数电课程设计报告-多功能数字钟

课题名称：多功能数字钟所在院系：机械电子工程学院班级：*自动化*班学号：2011******* 姓名：*宜杰指导老师：***时间：2013.12.20瓷学院数字电子技术课程设计任务书目录引言 (4)第一章方案设计 (5)第二章单元电路设计 (7)第三章总体电路图 (13)第四章课程设计总结 (15)附表元件清单 (16)附录参考文献 (17)引言随着社会的发展，科学技术的不断进步，对电子产品的性能要求也更高。

我们做为21世纪的一名学电子的大学生，不仅要将理论知识学会，更应该将其应用与我们的日常生活中去，使理论与实践很好的结合起来。

电子课程设计是电子技术学习中的一个非常重要的实践环节，能够真正体现我们是否完全吸收了所学的知识。

数字电子时钟是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。

通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟，以保证其频率的稳定。

以10 进制计数器74HC390 来实现时间计数单元的计数功能。

用4518作为计数电路，采用CD4511 作为显示译码电路。

选择ＬＥＤ数码管作为显示电路。

由CD4511 把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。

用COMS 与或非门实现的时或分校时电路。

该电路还有在整点前10 秒钟开始整点报时的功能。

报时电路可选74HC30 来构成。

时间以24 为一个周期。

数字钟采用数字电路实现对“时”“分”“秒”数字显示的计时装置。

具有时间显示、闹钟设置、报时功能、校时的功能。

走时准确、显示直观、精度高、稳定等优点。

第一章方案设计设计制作一多功能数字钟一、设计任务：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设计要求：(1) 时钟显示功能，能够十进制显示“时”、“分”、“秒”;(2) 小时高位具有零熄灭功能;(3) 具有整点报时功能;(4) 具有快速校准时间的功能。

二、设计方案在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电路的设计、参数计算和器件选择，最后将各部分连接在一起，画出一个符合设计要求的系统电路图。

一、明确系统的设计任务要求对系统的设计任务进行具体分析，充分了解系统的性能、指标、容及要求，以便明确系统应完成的任务。

二、方案选择把系统要完成的任务分解为若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。

方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务、要求和条件，完成系统的功能设计。

在此过程中要敢于探索，勇于创新，争取方案的设计合理、可靠、经济、功能齐全、技术先进。

并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析，最后设计出一个完整框图。

三、单元电路的设计、参数计算和器件选择根据系统的指标和功能框图，明确各部分任务，进行各单元电路设计、参数计算和器件选择。

1．单元电路的设计单元电路是整机的一部分，只有把单元电路设计好才能提高整机设计水平。

每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详细拟订出单元电路的性能指标，与前后级之间的联系，分析电路的组成形式。

具体设计时，可以模仿成熟的先进的电路，也可以创新或改进，但都必须保证性能要求。

而且，不仅单元电路本身要求设计合理，各单元电路间也要互相配合，注意各部分的输入、输出信号和控制信号的关系。

2．参数计算为保证单元电路达到功能指标要求，就需要用电子技术知识对参数进行计算，例如放大电路中各电阻值、放大倍数；振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数。

只有很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。

计算参数时，同一个电路可能有几组数据，注意选择一组能完成电路设计功能、在实践中真正可行的参数。

3．器件选择（1）阻容元件的选择注意功耗、容量、频率和耐压围是否满足要求。

（2）分立元件的选择包括二极管、双极型三极管、场效应管、光电二（三）极管等。

根据他们的用途分别进行选择。

（3）集成电路的选择根据电路功能、性能指标选择集成电路。

注意集成电路的功耗、电源电压、工作速度是否满足设计要求。

通过查阅有关设计手册，进行元器件的选择。

4、电路图的绘制电路图通常是在系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择的基础上绘制的，它是电路组装、调试和维修的依据。

绘制电路图时，注意以下几点：（1）元器件布局合理、排列均匀、图面清晰、便于阅读。

（2）注意信号流向。

一般从输入端或信号源开始，由左至右或上至下按信号的流向依次画出各单元电路，而反馈通路的信号流向则与此相反。

（3）图形符号标准，适当标注。

（4）连线应为直线，尽量少交叉和折弯。

第二章单元电路设计一、基本设计思路：数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路.由于计数的起始时间不可能与标准时间(如时间)一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定.通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟.上图所示为数字钟的一般构成框图二、功能模块的设计：（1）秒信号产生模块晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。

图1 COMS晶体振荡器图2 CD4046部框图图1所示电路通过ＣＭＯＳ非门构成的输出为方波的数字式晶体振荡电路，这个电路中，ＣＭＯＳ非门Ｕ１与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，Ｕ２实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。

输出反馈电阻Ｒ１为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。

电容Ｃ１、Ｃ２与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。

由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。

晶体XTAL的频率选为32768Hz。

该元件专为数字钟电路而设计，其频率较低，有利于减少分频器级数。

从有关手册中，可查得C1、C2均为22pF。

当要求频率准确度和稳定度更高时，还可接入校正电容并采取温度补偿措施。

由于CMOS电路的输入阻抗极高，因此反馈电阻R1可选为22MΩ。

较高的反馈电阻有利于提高振荡频率的稳定性。

通常，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到1Hz的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。

通常实现分频器的电路是计数器电路，一般采用多级2进制计数器来实现。

例如，将32768Hz的振荡信号分频为1Hz的分频倍数为32768（215），即实现该分频功能的计数器相当于15极2进制计数器。

本实验中采用CD4060来构成分频电路。

CD4060在数字集成电路中可实现的分频次数最高，而且CD4060还包含振荡电路所需的非门，使用更为方便。

CD4060计数为14级2进制计数器，可以将32768Hz的信号分频为2Hz，其部框图如图所示，从图中可以看出，CD4060的时钟输入端两个串接的非门，因此可以直接实现振荡和分频的功能。

74HC74 D触发器二分频原理图（2）计时模块计时进位与清零1)秒位上图右部分是秒个位的进位与清零电路。

由十进制计数器74LS74构成秒位的个位，74LS160构成十位。

当7490的输出是9（1001）时，QA和QD 的信号通过与非门7400输出低电平，则由7400的4Y端口产生下降沿脉冲，使得74160开始计数，实现进位功能。

此时QA和AD的电平改变，与非门输出高电平，产生一个上升沿，输出给下一级的计数端，实现进位。

上图左部分是秒十位的警卫与清零电路。

当输出是5（0101）时，QA和QD的信号通过与非门输出低电平，当输出给自己的预置位端，实现自身的清零，此时QA和AD的电平改变，与非门输出高电平，产生一个上升沿，输出给下一级的计数端，实现进位。

而由于分位的个位同样是用7490构成，其时钟信号为下降沿有效，则秒位十位进位信号须经过另一片与非门7400产生下降沿脉冲，实现进位功能。

2）分位分个位、分十位的进位与清零电路与秒个位、秒十位的电路原理类似。

3）时个位、时十位：如下图所示，当时个位为9（1001）时，时十位清零，并且产生进位信号。

当时十位为2（0010）且时个位为4（0100）时，与非门2Y端输出低电平，给十个位、时十位计数器的清零端低电平，使十个位、时十位置零。

图3-10（3）时高位零熄灭功能实现：如下图所示，当时十位输出0（即0000）时，74LS160的QA和QB 端通过或门74LS32输出低电平至时的十位译码器的BI/RBO端口，使其不工作。

当时十位输出大于0时，通过或门输出高电平，使其正常工作，从而实现时高位零熄灭功能。

（4）整点报时模块蜂鸣器部分实物电路，右为74HC30（5）快速校时部分校时模块开关校时电路方案论证：该方案结构简单，节约成本。

但是只能从低位向高位逐步调整，以避免低位调整对高位的影响，灵活性差。

考虑到实际生活中，时钟一旦调整之后就很少会再次调整，为了降低成本，降低电路复杂度，所以采用此方案。

第三章总电路图秒模块分模块时模块第四章课程设计总结心得体会：经过这次数字电子电路的课程设计，我的数电知识得到巩固，并且有了一定程度的提高，对数字钟的工作原理有了比较深刻的理解，对数字电子设计的过程及其涉及的工具有更深入的认识。

在这次课设中充分锻炼了自己的动手能力，学会了如何查找资料是自己的设计达到合理的要求。

虽然在在设计过程遇到一些困难，但是经过自己查阅的资料和老师细心的指导，终于在最后把这个多功能数字钟设计出来了。

并通过此课程设计任务是我们加深了数电课程设计的了解。

非常感这次数电课程设计机会，通过这次数字电子钟的课程设计，我们才把学到的东西与实践相结合。

从中对我们学的知识有了更进一步的理解，并从中体会到了团队协作的乐趣。

最后感老师的耐心指导和各位同学给予的帮助。

（附表）电子元件清单（附录）参考文献1、华成英《模拟电子技术基本教程》2、《电子技术基础》（第五版），康华光主编，高等教育（2006）3、高吉祥《电子技术基础实验与课程设计》（第二版）4、南航航空大学《电子实践技术2》5、自美《电子线路设计、课题、测试》（第二版）。