多功能数字钟课程设计报告

电子技术课程设计报告书课题名称

姓名

学号

院、系、部

专业

指导教师

2016年6月12日

一、设计任务及要求：

用中小规模集成芯片设计并制作多功能数字钟，具体要求如下：1、准确及时，以数字形式显示时（00～23）、分（00～59）、秒（00～59）的时间。

2、具有校时功能。

指导教师签名：

2016年6月日

二、指导教师评语：

指导教师签名：

2016年6月日

三、成绩

指导教师签名：

2016年6月日

多功能数字钟课程设计报告

1 设计目的

一、设计原理与技术方法：

包括：电路工作原理分析与原理图、元器件选择与参数计算、电路调试方法与结果说明；软件设计说明书与流程图、软件源程序代码、软件调试方法与运行结果说明。

1、电路工作原理分析与原理图

数字钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。由于标准的1Hz

时间信号必须做到准确稳定，所以通常使用输出频率稳定的石英晶体振荡器电路构成数字钟的振源。又由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路。因此一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等七部分组成。石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲后，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器译码，并通过显示器显示时间。由以上分析可得到原理框图如下图

图1 实验原理框图

2、元器件选择与参数计算

（1）晶体振荡电路：产生秒脉冲既可以采用555脉冲发生电路也可以采用晶振脉冲发生电路。若由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源，可使555与RC 组成多谐振荡器，产生频率 f=1kHz的方波信号，再通过分频则可得到秒脉冲信号。晶体振荡器电路则可以给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。

相比二者的稳定性，晶振电路比555电路能够产生更加稳定的脉冲，数字电路中的时钟是由振荡器产生的，振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精度决定了数字钟计时的准确程度，所以最后决定采用晶振脉冲发生电路。石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整，它是电子钟的核心，用它产生标准频率信号，再由分频器分成秒时间脉冲。

所以秒脉冲晶体振荡选用32768Hz的晶振，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20pF。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20MΩ。

（2）分频器电路：分频器电路将32768Hz的高频方波信号经32768（152）次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。该电路可通过CD4060与双D触发器74LS74共同实现。

（3）时间计数器电路：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，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为24进制计数器。计数器可以使用十进制的74LS160。

（4）译码驱动电路：译码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。译码器可以使用CD4511。

（5）校时电路：可以通过基本的门器件、电阻与开关实现。由设计的电路图可选择与非门74LS00。

（6）整点报时电路：一般时钟都应具备整点报时电路功能,即在时间出现整点前数秒内,数字钟会自动报时,以示提醒.其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波。

3、电路调试方法与结果说明

（1）电路调试方法

①数码管的调试：可以用万用表的负极接数码管的3或8脚，正极依次接数码管剩余的管脚所接电阻的另一端，并将万用表调至测发光二极管档位，从而测试数码管的显示是否正确。

②“时”“分”“秒”电路的调试：将“时”“分”“秒”电路连接完成后，可以用函数信号发生器产生的1Hz方波信号分别作为“时”、“分”、“秒”的个位74LS160的计数脉冲，从而测试“时”是否为24进制，“分”和“秒”是否为60进制。

③校时电路的调试：先将电路外接用函数信号发生器产生的2Hz方波信号，再分别通过校时、校分电路开关的断开、闭合以及开关闭合后电路的工作情况判断电路的校时、校分功能是否正确。

④秒脉冲产生电路的调试：将电路产生的秒时间脉冲接入示波器，观察并计算电路是否产生1Hz方波信号。（2）结果说明

①数码管的调试：当正极依次接1、2、4、5、7、9、10管脚时，数码管依次是G、F、A、

B、C、D、E亮。

②“时”“分”“秒”电路的调试：“时”为24进制（从“00”到“23”），“分”和“秒”都为60进制（从“00”到“59”）。

③校时电路的调试：开关断开时电路处于正常工作状态，开关闭合时电路处于校时、校分状态。

④秒脉冲产生电路的调试：电路产生1Hz方波信号。

4、软件设计说明书与流程图

（1）秒脉冲产生电路

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。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20pF。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，