数字钟课程设计(完整原理图).doc-资料库

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WUST 课程设计报告题目数字钟-数电课程设计 2019-2020 第一学期班姓学级名号指导教师单位年月日前言 20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，

一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。例如，许多火灾都是由于人们一时忘记了关闭煤气或是忘记充电时间。尤其在医院，每次护士都会给病人作皮试，测试病人是否对药物过敏。注射后，一般等待 5 分钟，一旦超时，所作的皮试试验就会无效。手表当然是一个好的选择，但是，随着接受皮试的人数增加，到底是哪个人的皮试到时间却难以判断。所以，要制作一个定时系统。随时提醒这些容易忘记时间的人。钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

目录一、设计目的.................................................................................................................................... - 3 - 二、设计要求..................................................................................................................................- 3 - 2.1 设计指标.................................................................................................................................... - 3 - 2.2 设计要求.................................................................................................................................... - 3 - 2.3 制作要求................................................................................................................................... - 3 - 2.4 编写设计报告........................................................................................................................... - 3 - 三、各单元电路设计......................................................................................................................- 4 - 3.1 工作原理................................................................................................................................... - 4 - 3.2 原理框图................................................................................................................................... - 4 - 3.3 振荡器....................................................................................................................................... - 5 - 3.3.1由石英晶体振荡器构成的1HZ秒脉冲信号...................................................................- 5 - 3.4 时间计数器电路...................................................................................................................... - 6 - 3.4.1秒计数器的设计...............................................................................................................- 6 - 3.4.2分计数器的设计...............................................................................................................- 7 - 3.4.3时计数器电路...................................................................................................................- 8 - 3.5 译码驱动及显示单元的设计................................................................................................... - 9 - 3.6 校时电路................................................................................................................................... - 9 - 3.7 整点报时电路.......................................................................................................................- 10 - 3.7.1 论证..............................................................................................................................- 10 - 3.7.2 实现..............................................................................................................................- 10 - 四、总电路设计............................................................................................................................- 12 - 五、元件清单................................................................................................................................- 12 - 六、课程设计体会 ........................................................................................................................- 13 - 七、参考文献................................................................................................................................- 14 -

一、设计目的 1、熟悉集成电路的引脚安排； 2、掌握各芯片的逻辑功能及使用方法； 3、了解数字钟的组成及工作原理； 4、熟悉数字钟的设计与制作； 5、熟悉 Protel99 SE 软件的操作；二、设计要求 2.1 设计指标时间以 24 小时为一个周期；能显示时，分，秒；有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；计时过程具有报时功能，当时间到达整点前 10 秒进行蜂鸣报时；为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。 2.2 设计要求画出电路原理图(或仿真电路图)；元器件及参数选择； 2.3 制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题； 2.4 编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

三、各单元电路设计 3.1 工作原理数字钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为 24 小时，显示满刻度为 23 时 59 分 59 秒，另外应有校时功能和报时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”， “秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。干电路系统由秒信号发生器、 “时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用 60 进制计数器，每累计 60 秒发送一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用 60 进制计数器，每累计 60 分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用 24 进制计时器，可实现对一天 24 小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒” 计数器的输出状态由七段显示译码器译码，通过六位 LED 七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然后触发音频发生器实现报时。校时电路时用来对“时”、“分”显示数字进行校对调整的。数字电子钟由振荡器、分频器计数器、译码显示、报时等电路组成。其中振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，由不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累加的结果以‘时，、‘分，、 ‘秒’的数字显示出来。‘时’显示由 24 进制计数器、译码器、显示器构成， ‘分’、‘秒’显示分别由 60 进制计数器、译码器、显示器构成。可进行整点报时，计时出现误差时，可以用校时电路校时、校分。 3.2 原理框图

时显示器分显示器秒显示器时译码器分译码器秒译码器报时器时计时器分计时器秒计时器校时电路校分电路分频器振荡器 1-1 原理框图 3.3 振荡器振荡器产生的时基信号通常频率都很高，要使它成为能用过来计时的“秒” 信号，需由分频器来完成。分频器的级数和每级的分频次数要根据时基频率来决定。例如，目前石英电子钟多采用 32768HZ 的时标信号，将此信号经过 15 级即可得到周期为 1S 的“秒”信号。也可选用其他频率的时基信号，确定好分频次数后再选选择合适的集成电路。 3.3.1 由石英晶体振荡器构成的 1HZ 秒脉冲信号石英晶体振荡器产生的 32768Hz 时标信号进行 15 分频。选用 14 为二进制计数器\分频器 CMOS 集成电路 cc4060，由它可以得到 14 分频的信号。再将 TTL 集成电路 74LS74 双 D 触发器钟的一个触发器结成计数器型，完成第 15 级分频，即可得到周期为 1s 的冲信号。振荡器与分频器连接电路和 cc4060 引脚排列下图：

图 3-1cc4060 引脚排列图 3-2 cc4060 组成的振荡器与分频器连接电路 3.4 时间计数器电路时间计数器电路由秒个位和秒十位计数器，分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器，分个位和分十位计数器均为 60 进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为 24 进制计数器。这些计数器电路都可以由中规模集成计数器 74LS90 来实现。 3.4.1 秒计数器的设计秒信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了时信号发生器和分信号发生器的精度。“秒”计数器为 60 进制计数器。实现此 100 模数的计数器是由两片中规模集成计数器 74LS90 构成的。首先分别将两片 74LS90 Q 9 1 3 Q 5 5 Q 4 7 Q 6 4 Q 1 0 1 5 Q 1 2 1 Q 7 6 G N D 8 Q 1 3 2 Q 8 1 4 Q 1 4 3 C L K 0 1 0 C L K 0 9 R S T 1 2 C L K 1 1 1 V D D 1 6 H C C 4 0 6 0 B F c c 4 0 6 0 引脚排列图

设置成 10 进制加法计数器。即将两片的 74LS90 的置数端 R0 和 R9 都接地，将 INA 端接到 QA 端，以 QD 为进位输出端，则构成了 10 进制加法计数器。再将其中一片 74LS90 计数器的进位输出端 QD 接到另一片 74LS90 的进位输入端 INA 端。如此，两片计数器最大的即可实现 100 进制的计数器。接下来，利用 74LS90 的反馈置数的方法实现 60 进制。74LS90 属于异步置数，所以计数器输出 “2QD2QC2QB2QA、1QD1QC1QB1QA=0110、0000”时，通过置数脉冲使计数器清零，也就是此时 QB，QC 发出置数脉冲送至清零端 R0，则 R0 使计数器清零。“秒”计数器电路图如图所示。图 3-3 秒计数器电路 3.4.2 分计数器的设计 “分”计数器也是 60 进制计数器。同“秒”计数器一样是由两片中规模集成计数器 74LS90 构成。将两片 74LS90 按同秒计数器的方法先接成 10 进制加法计数器，再按“秒”计数器电路的方法连接就可实现 100 进制的计数器。再用同 “秒”计数器的方法实现 60 进制。其电路图同“秒”计数器电路图。如下图所示。

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