多功能数字钟的设计、安装、调试课程设计

多功能数字钟的设计、安装、调试课程设计课程设计
课程名称: 多功能数字钟的设计、安装、调试学院: 电气工程学院专业:电气工程及其自动化
姓名: 学号:
年级: 任课教师: 2013年12 月 18 日前言数字时钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。

数字时钟从原理上讲是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。

数字电子钟由下几部分组成:秒脉冲发生器、校正电路、60进制的秒、分计时器和24进制计时计数器以及秒、分、时的译码显示部分等。

因此,我们此次设计与制作数字钟就是通过了解数字钟的原理,从而学会制作数字时钟。

通过数字时钟的制作我进一步了各种中小规模集成电路的作用及使用方法。

且由于数字钟包括组合逻辑电路和时序电路,通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。

目录摘要............................................................ ............I中文摘要 (I)
英文摘要 (II)
正文 (1)
一、电路设计目的、要求、指标、基本原理
1.1 设计目
的 (1)
1.2 设计要
求 (1)
1.3 设计指
标 (2)
1.4 基本原
理 (2)
二、设计思路及总体框图.............................................3 2.1 计时器设计思路.....................................................................3 2.2 闹钟功能实现思路..................................................................3 2.3 显示切换模块实现思路............................................................3 2.4 总体框图上设计.....................................................................4 2.5 功能模块设计 (4)
计算部分............................................................5 3.1 十进制计数设计...............................................................5 3.2 六进制计数器设计...............................................................5 3.3 六十进制计数器连接 (6)
4 设计计时电路............................................................64.1 方波发生器..............................................................................64.2 60进制计数器电路(分、秒) (7)
4.3 24进制计数器电路
(时)...............................................................84.4 CD4511构成译码器部分...............................................................94.5 显示电路.................................................................................94.6 校时电路..............................................................................104.7 整点报时电路........................................................................114.8 总体电路图 (12)
5 参考文献 (12)
6 致谢 (13)
附录1 元件清单 (14)
附录2 使用仪器、工具 (14)
附录3 仿真实验图 (15)
附录4 实物照片………………………………………………… 16多功能数字时钟的设计、安装、调
试摘要数字时钟已成为日常生活中不可少的必需品,给人们的生活、学习、工作带来极大的方便。

本文介绍的数字时钟是一种利用数字电路来显示时、分、秒的装置,与传统的机械时钟相比,它具有走时准确,性能稳定,显示直观,无机械传动装置等特点。

数字电子钟由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校
时电路等组成。

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555构成的振荡器或石英晶体振荡器加分频器来实现。

将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”,该计数器采用60进制计数器,每累计60秒发出一个“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进制进制计数器,每累计60分,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进制计数器,可
以实现一天24h的累计。

译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经
七
段显示译码器,通过六位LED显示器显示出来。

目前,数字钟的功能越来越强,
并
且有多种专门的大规模集成电路可供选择。

数字钟适用于自动打铃、自动广播, 也适用于节电、节水及自动控制多路电器设备。

它是由数子钟电路、定时电
路、
放大执行电路、电源电路组成。

为了简化电路结构,数字钟电路与定时电路之
间
的连接采用直接译码技术。

具有电路结构简单、动作可靠、使用寿命长、更改
设
定时间容易、制造成本低等优点。

我们通过由振荡器,分频器,计数器,译码器, 显示器等实现了多功能数字钟的整个电路。

使用到了
74LS90,74LS00,CD4511,555定时器等常用芯片。

关键词:数字电路,译码器 ,显示器,校时电路Abastract Digital clock has become a necessity is indispensable in the daily life, to the
people's life, learning, work to bring great convenience. This paper introduces the digital clock is a kind of device to display the digital circuit, minutes, seconds, compared with the traditional mechanical clock, it is accurate, stable performance, visual display, no mechanical transmission device etcDigital electronic clock by the second signal generator, "when, minutes and seconds," counter, decoder and display, timing circuit. Second signal generator is the time base signal of the whole system, which directly determines the accuracy of timing system, generally with the 555 oscillator or quartz crystal oscillator and divider to achieve. The second pulse signal into the "seconds counter", the counter with 60 binary counter, a total of 60 seconds each issued a "pulse" the signal, the signal
will be used as a "counter" clock pulse. The "counter" uses 60 hexadecimal binary counter, each accumulated 60, issued a "pulse" the signal, the signal will be sent to the "counter". "Counter" uses 24 binary counter, can realize one day 24h cumulative. The decoding display circuit "output state, minutes and seconds," counter by seven segment display decoder, the six bit LED displayAt present, more and more strong function of digital clock, and a variety of special large scale integrated circuit available. Digital Zhong Shi for automatic bell, automatic broadcasting, also suitable for electricity, water and
automatic control of multi-channel electrical equipment. It is composed of a digital clock circuit, timing circuit, magnifying executive circuit, power supply circuit. In order to simplify the structure of the circuit, the digital clock circuit is connected with the timing circuit by using the direct decoding technology. Has the advantages of simple structure, reliable operation, long service life, change the setting time, the advantages of easy manufacture and low cost. We passed by the oscillator, frequency divider, counter, decoder, display the multi-function digital clock of the whole circuit. Use the 74LS90, 74LS00, CD4511,555 timer and other commonly used chip.
Keywords:digitalcircuit,decoder,display,timing circuit
电路设计目的、要求、指标、基本原理
1.1 设计目的
电子技术是一门实践性很强的课程,加强工程训练,特别是技能的培养,
对于培养工程人员的素质和能力具有十分重要的作用。

在电子信息类本科教学中,课程设计是一个重要的实践环节,它包括选择课题、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。

通过本次电子技术课程设计要实现以下两个目标:
一、学生初步掌握电子线路的设计、组装及调试方法。

即学生根据设计要求,
查阅文献资料,收集、分析类似电路的性能,并通过组装调试等实践活动,使电路达
到性能要求。

二、课程设计为后续的毕业设计打好基础。

毕业设计是系统的工程设计实践,
而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际方面,运用已
学过的分析和设计电路的理论知识,逐步掌握工程设计的步骤和方法,同时,课程设计报告的书写,为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。

1.2设计要求
本次设计的内容多功能数字钟,要求有以下功能:
1.设计一个具有时、分、秒计时的数字时钟电路,计时采用24小时制;
2.数字时钟用6位LED数码管显示时、分、秒的计时值;
3. 具有快速校时功能,可以对时和分的计数值进行设定;
4. 具有整点报时功能,在整点到达时,电路发出一声迅响指示;
5.具有闹铃功能,在设定时间到达时,电路发出持续1分钟时间的迅响指示。

1.3设计指标
设计一个电子电路系统时,首先必须明确系统的设计任务,根据任务进行方案选择,然后对方案中的各部分进行单元的设计和器件选择,最后将各部分连接在一起,设计出一个符合设计要求的完整系统电路。

具体如下:
1.分析任务要求、确定总体方案
根据系统的总体功能,把一个较复杂的系统分解为若干个较简单的单元电路,明确各个单元的功能及作用,画出其原理框图。

2.选择集成电路类型、确定单元电路的组成
按照每个单元电路的逻辑功能,选择合适的集成电路芯片进行设计。

由于器件类型和性能的不同,需要器件的数量和电路连接形式不一样,所以需将不同方案进行比较。

一般情况下,选择性能可靠、使用器件少、成本低、器件易于获得的方案。

3.考虑单元电路之间的连接
各单元电路选定之后,还要认真解决它们之间的连接问题。

如前级对后级是否能够驱动,前级与后级之间的逻辑关系,要保证各单元之间在时序上协调一致,并能稳定工作,避免出现竞争冒险或相互之间的干扰。

4. 画出电路图
电路图应当清晰、工整,符合电路制图原则:
(1)通路尽量用线连接,不便连接时,应在断口两端标出,互相连通的交叉线应打点标出;
(2)同一电路分作两张以上绘制时,应用同一坐标系统,并应标明信号的连接关系;
(3)所用的元器件逻辑符号为国家标准。

1.4基本原理
数字时钟的逻辑框图如图1所示。

它由555集成芯片构成的振荡电路、
计数器、显示器和校时电路组成。

555集成芯片构成的振荡电路产生的信号作
为秒信号,秒信号送入计数器,计数器结果通过“时”、“分”、“秒”译码显示时间。

图 1
设计思路及总体框图2.1计时器设计思路主要由555计时器产生秒信
号,74LS90芯片完成计数功能,再由CD4511译码器译码,LED显示器显示。

2.2闹钟功能实现思路该功能的实现采用两个模块:计时模块和闹钟模块。

计时模块完成普通计时功能,闹钟模块完成闹铃时间记忆。

2.3 显示切换模块实现思路该模块的设计思路不难,主要是设计一组电压控制
的单刀双掷开关,用开关组来实现功能的切换,该模块在实际设计中融入了逻辑判断,可判断计时模块与闹钟模块的输出是否相同,从而到达前面说的闹钟功能的实现。

2.4总体框图设计图 2
2.5 功能模块设计
图 3
计算部分
3.1十进制计数器设计
Q0接到CP1,置零端和置九端接地,脉冲从CP0输入。

状态图如图4
3.2 六进制计数器设计
Q0接到CP1,脉冲从CP0输入,置九端接地。

由于是六进制,当计数器计满六个数时,计数器清零,在接线时就需要用到置零端R0【7】,其状态图如图5。

从状态中可以得到,在计数中有一个过度状态0110,故我们可以将Q2Q3两个引脚接到计数器的置零端,这样就构成了一个6进制计数器。

3.3六十进制计数器连接
个位的十进制在清零时是由1001变化为0000时,Q3有一个下降沿,在其他时刻Q3没有下降沿的产生,所以在此处将Q3作为十位六进制计数器的CP脉冲输入。

通过上面的级联就做到了个位向十位的进位。

四、设计计时电路
4.1 方波发生器首先设计一个秒脉冲产生电路,可采用555定时器构成多谐振荡器。

通过设计多谐振荡器电阻、电容的参数大小,使555定时器输出一个固定频率为1Hz的方波。

图 6
仿真电路如图图 7 时间计数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为60进制计数器,时个位和时十位计数器设计为12进制计数器。

4.2 60进制计数器电路(分、秒)
当分(秒)计数部分的个位接受计数部分的信号(秒计数接受的信号振荡器经分频后输出1HZ的标准脉冲),个位计数满10后向十位近一位,十位满6以后向前一级进一位,并该计数器清零。

计数规律为00?59?00。

其中,该计数器有同步和异步之分,虽然以下的阐述中可以看出异步连接线路比同步简单,但是由于异步连接时上一级的时间脉冲来自下一级的进位信号,所以比起同步连接来说有失稳定性,而时钟是
精密的仪器,所以此次设计在计时电路方面全部选择同步连接方式,本设计以后将不予说明。

由74LS90构成的60进制计数器,将一片74LS90设计成10进制加法计数器,另一片设置6进制加法计数器。

两片74LS90按反馈清零法串接而成。

秒计数器的十位和个位,输出脉冲除用作自身清零外,同时还作为分计数器的输入脉冲CP1。

图 8
4.3 24进制计数器电路(时) 图 9
用反馈清零法构成:个位“4”对应“0100”,十位“2”对应“0010”,所以将U1的Q3接U2的CKA进行级联,U1的Q2接U1、U2的R0(2)、R0(1),U2的Q1接
U1、U2的R0(1)、R0(2)。

4.4 CD4511构成译码器部分译码器驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。

本设计采用CD4511译码器和LED数码管。

译码驱动显示电路如图8所示。

图 10
4.5 显示电路
根据EWB或PROTEUS元件库中数码管的不同,有四个引脚的显示二进制、有8
个引脚的(显示8段位码,需要添加译码芯片),完成计数结果的输出显示。

如图9所示,对计数器输出的数据通过CD4511译码芯片译码显示在7段数码管上(图采用的是共阴极7段数码管)。

图 11
4.6 校时电路
校时电路是在刚接通电源或钟表走时出现误差时进行时间校准,本电路只对分和秒进行校准,校时电路要求各种校准必须互不影响,即在小时校正时不影响分和秒的正常计数,在分校正时不影响小时和秒的正常计数。

通过触发器及与非门对“时”和“分”进行校正的原理如下图4.4.1所示。

图 12
下面以校“分”电路来哦说明校准电路的原理:
1.正常计数时,G1门开,秒脉冲进行单位产生的分脉冲课通过G1、G3(开门状态)送入分计数器,此时G2封锁,校准(即秒脉冲)进不去。

2.按下S1则G1封锁,“分”脉冲受阻,而G2打开,秒脉冲进入分计数器进行快速计数(即校分),校时电路完全相同。

根据原理画出电路图如图4.4.2所示。

4.7 整点报时电路根据要求,电路应在整点时开始整点报时,即当时间在59分59秒时,报时电路报时控制信号作用。

电路图如下图4.5所示。

图 13
4.8 总体电路图
图3.14
5 参考文献
[1] 康华光主编.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2006.1
[2] 王愉节主编.电子技术实验指导[M].贵阳:贵州科技出版社,2010.10
[3] 《现代电子学及应用》,童诗白、徐振英编,高等教育出版社,1994年
[4] 《电子系统设计》,何小艇等编,浙江大学出版社2000年
6 致谢
在此次的数字钟设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的
工作原理和其具体的使用方法。

这学期数电实验课的考试就是做的数字钟,所以在计数模块上面有以前的经验,设计技术模块很快就得出了正确的结果,虽然跟实验室用得芯片不一样,但原理一样,我也得出结论,不同的电路可以实现同样的功能,我们应该设计最简单,最经济,最实用的电路。

当然这个不一定所有条件都符合,找到一个最大限度满足各种条件的方案是我们设计的目标。

每次课程设计是一次难得的锻炼机会,让我们能够充分利用所学过的理论知识
还有自己的想象的能力,另外还让我们学习查找资料的方法,以及自己处理分析电路,设计电路的能力。

这次的课程设计让我懂得了它们在实际中的用途,还有我们身边的很多数字钟电路,这些都是我们自己可以实现的。

通过这次课程设计,我还更加深了理论知识的学习。

这次的设计电路我用到了计数器、译码器等,通过自己分析和设计更好地运用了它们,而且还学会了它们更多的功能,模电课程设计学到得方法在这里可以继续使用,比如MULTISIM等学习软件,给设计提供了很大的便利。

课程设计是一个结合上课理论自己手动操作的一门很有意义的学科,在设计电
路的过程中遇到了很多的困难,是老师和同学给了我莫大的帮助,老师很认真的帮我们讲解电路的设计方法,以及需要注意和强调的问题,在测试过程中出现的问题,是同学们帮我一一找出,每天大家都一起弄到熄灯,这让我十分感谢,这次的课程设计我获得了很多,也让我有了很大的提升,感谢学校和老师给予我
们这么好的机会。

由于时间短暂和本人能力有限,本电路的设计可能存在一定问题和缺陷,
如有发现希望老师能够给予批评指正。

附录1 元件清单
器件型号用途介绍数量
CD4511 译码器 4
BS202 数码显示器 4
74LS90 多功能的计数器 7
74LS00 校时器 1
电阻 3
电容 2
附录2 工具仪器
1 5V稳压电源:1个
2 数字万用表:1个
3 面包板:1块
4 剪刀:1把
5 镊子:1把
6 导线若干
附录3 仿真实验图附录4 实物照片。