数字电子钟(17页).doc

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1、-中北大学电子线路 课程设计说明书学生姓名： 任怀龙 学 号：0506240233 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 通信工程专业 题 目： 数字电子钟 刘哲指导教师： 职称: 硕士 赵建东 讲师 2008 年 1 月 17 日 中北大学电子线路课程设计任务书 2007/2008 学年第 一 学期学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 通信工程 学 生 姓 名： 任怀龙 学 号： 0506240233 课程设计题目： 数字电子钟 起 迄 日 期： 1 月 7日 1 月 18 日 课程设计地点： 通信工程专业实验室 指 导 教 师： 刘哲 赵建东 系 主 任： 赵冬娥 下达任务书日期: 2

2、008 年 1 月7 日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：1）综合运用所学的理论知识，掌握一般电子线路分析和设计的基本方法和步骤；2）培养一定的独立分析问题、解决问题的能力；3）实践利用EDA软件绘制电子线路原理图、PCB图及仿真；4）学会说明书的规范整理和书写。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：(a) 设计任务与要求：（1）设计一个具有时、分、秒显示的电子钟。应具有校时功能；（2）用小规模集成电路组成电子钟；（3）设计显示装置。(b) 数字电子钟的逻辑框图：它由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器和校时电路组成，石英晶体振荡器产生的信号经过分频器作为

3、秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。3设计工作任务及工作量的要求1）分析设计任务，查阅相关资料；2）确定系统方案，设计各模块电路，计算参数，分析其特性，使其满足题目要求；3）利用PROTEL或其他软件绘制所设计系统的原理图及PCB图；4）按格式要求撰写课程设计说明书。4设计成果形式及要求：1）课程设计说明书一份；2）电子文档一份。目录1引言22总体概要设计.33各单元模块设计和分析.34 数字电子钟整体电路图 95 Protel生成的PCB图.12 6心得与体会137参考文献和辅助工具138数字钟设计附图14 1引言数字钟已成为人们日常生活中必不可少

4、的必需品，广泛用于个人家庭以及办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。尽管目前市场上已有现成的数字钟集成电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但鉴于数字钟电路的基本组成包含了数字电路的主要组成部分，因此进行数字钟的设计是必要的。在这里我们将已学过的比较零散的数字电路的知识有机的、系统的联系起来用于实际，来培养我们的综合分析和设计电路的能力。 本次设计以数字电子为主，实现对时、分、秒数字显示的计时装置,周期为24小时，显示满刻度为23

5、时59分59秒，并具有校时功能的数字电子钟。电路主要采用中规模CMOS集成电路.本系统的设计电路由脉冲逻辑电路模块、时钟脉冲模块、时钟译码显示电路模块、校时模块等几部分组成。采用电池作电源，采用低功耗的CMOS芯片及液晶显示器，发生器使用晶体振荡、计数振荡器CD4060及双JK触发器CD4027，将标准秒信号送入“秒计数器”；计数器采用“可予制四位二进制异步清除”计数器来实现，分别组成两个六十进制(秒、分)、一个二十四进制(时)的计数器；校时电路是由与非门构成的双稳态触发器，用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行调整的；译码显示电路选用BCD-7段锁存译码驱动器CC4511构成，再经过六位L

6、ED七段显示器显示出来。2. 总体概要设计： 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（如北京时间）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。图1所示为数字钟的一般构成框图。图1 数字钟的组成框图2.1晶体振荡器电路晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768z的脉冲，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。2.2分频器电路分频器电路将32768z的高频方波信号经74LS4060和74LS250的二分频的分

7、频后得到1Hz的方波信号，可以供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。 2.3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，时个位和时十位计数器可以设计为12进制计数器或者24进制计数器，我们这里根据自己的意愿设计成24进制计数器。2.4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。2.5 数码管数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计采用的为数码管。3各单元模块

8、设计和分析3.1 晶体振荡器电路 图3-1 COMS晶体振荡器3 .2 分频器电路 通常，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到z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，一般采用多级进制计数器来实现。例如，将z的振荡信号分频为Z的分频倍数为（），即实现该分频功能的计数器相当于极进制计数器。常用的进制计数器有等。CD4046内部框图如图3-2 。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。计数为级进制计数器，可以将Z的信号分频为Z，其内部框图如图3-3

9、所示，从图中可以看出，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。 图3-2 CD4046内部框图如图3-3所示，可以直接实现振荡和分频的功能。图 3-3 分频电路3. 3 时间计数单元 时间计数单元有时计数、分计数和秒计数等几个部分。 时计数单元一般为进制计数器计数器，其输出为两位码形式；分计数和秒计数单元为进制计数器，其输出也为码。 一般采用10进制计数器74HC390来实现时间计数单元的计数功能。为减少器件使用数量，可选，其内部逻辑框图如图 34所示。该器件为双异步计数器，并且每一计数器均提供一个异步清零端（高电平有效）。 图3-4 74HC390(1/2)内部逻辑框图

10、 秒个位计数单元为进制计数器，无需进制转换，只需将与（下降沿有效）相连即可。（下降没效）与Z秒输入信号相连，可作为向上的进位信号与十位计数单元的相连。秒十位计数单元为进制计数器，需要进制转换。将进制计数器转换为进制计数器的电路连接方法如图3-5所示，其中可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的相连。分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，只不过分个位计数单元的作为向上的进位信号应与分十位计数单元的相连，分十位计数单元的作为向上的进位信号应与时个位计数单元的相连。图3-5 10进制6进制计数器转换电路 时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计

11、数单元应为进制计数器，不是的整数倍，因此需将个位和十位计数单元合并为一个整体才能进行进制转换。利用片LS实现进制计数功能的电路如图3-6所示。 另外，图3-6所示电路中，尚余进制计数单元，正好可作为分频器Z输出信号转化为Z信号之用。 图3-6 12进制计数器电路时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计数单元应为24进制计数器，所以在两块74LS90构成的100进制中截取24，就得在24的时候进行异步清零。两块74LS390构成的60进制计数器电路图如图3 7所示，两块74LS390构成的24进制计数功能的电路如图3 8所示。图3-7 60进制计数器电路图3-8 24进

12、制计数器电路3.4 译码驱动及显示单元计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出，选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，选用74LS47作为显示译码电路，选用74LS546八段共阳LED数码管作为显示单元电路，如图3-9所示。3-9译码驱动和显示电路 3.5校时电源电路 当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。通常，校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。 根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和

13、时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。图310所示即为带有基本RS触发器的校时电路，用74LS51构成的校正电路如图311。 图3-10带有消抖动电路的校正电路图3-11校正电路4 数字电子钟整体电路图 整体电路图如下图41 图4-1整体电路图 部分电路图如图42 图42 部分电路部分电路图如图43 图43部分电路5 Protel生成的PCB图片PCB电路图如下图51 图51PCB电路图6 心得与体会我们学习了数字电子电路和模拟电子电路，对电子技术有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西。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

14、对我们学的知识有了更进一步的理解。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。也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。设计本身并不是有很重要的意义，而是同学们对待问题时的态度和处理事情的能力。至于设计的成绩无须看的太过于重要，而是设计的过程，设计的思想和设计电路中的每一个环节，电路中各个部分的功能是如何实现的。各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点。同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。另外，我们设计要从市场需求出发，既要有强大的功能，又要在价格方面比同等档次的便宜。虽然我们现在作的不可能到市场上去销售，但我们要为以后作设计培养出好的习惯。在这次设计过程中，我也对protel、word、photoshop、画图板等软件有了更进一步的了解，这使我在以后的工作中更加得心应手。参考文献1 高吉祥电子技术基础实验与课程设计北京：电子工业出版社，2002年2 毕满清电子技术实验与课程设计北京：机械工业出版社，2001年3 彭介华电子技术课程设计指导北京：高等教育出版社，1997年4 阎石数字电子技术基础北京：高等教育出版社，1998年 附录-第 17 页-