数字电子钟报告ggsf.docx

湖南文文理学院院课程设设计报告告课程名称称： 多功能能数字电电子钟 学 院： 电气气与信息息工程学学院 专业班级级： 通信工工程0771022班 学生姓名名： 李 贝 贝贝 指导教师师： 李 建 英英 完成时间间：20009 年 66月 224日报告成绩绩：评阅意见：评阅教师 日期 目 录摘要. 4Absttracct.5第一章 设计要要求. 66第二章 数字电电子钟总总体方案案分析. 62.1 电子钟钟的重要要性. 662.2电电子钟的的基本设设计思想想 . 723 数字电电子钟的的方案分分析 . 77 2.33.1 基于分分立元件件的数字字电子钟钟.7 2.33.2 基于EEDA技技术的数数字电子子钟. 7 2.33.3 基于于单片机机编程的的数字电电子钟. 7724 三种方方案的比比较 .8第三章 多功能能数字电电子钟单单元电路路设计. 83.1 数字钟钟的构成成.8 3.2 晶体振振荡电路路.993.3 时间计计数电路路.111 3.33.1 分、秒秒的计时时电路.111 3.33.2 时的计计时电路路.1123.4 译码显显示电路路.1133.5 校时电电路.114第四章 数字电电子钟的的整体设设计及原原理说明明.1554.1 单元电电路的级级联.1164.2 整体电电路图.1164.3原原理说明明.116第五章 数字电电子钟的的仿真.165.1 秒电路路的仿真真.1775.2 秒、分分电路的的仿真.175.3 秒、分分、时电电路的仿仿真.118第六章 数字电电子钟实实物的焊焊接.18第七章 总结.199第八章 元件明明细列表表.200参考文献献.21致谢.222附录A 数字字电子钟钟全电路路图 .223附录B 数字字电子钟钟实物板板.24摘要数字电子子钟的应应用十分分广泛，给给人们的的生活、学学习、工工作、娱娱乐带来来极大的的方便，已已成为人人们日常常生活中中必不可可少的必必需品，广广泛用于于个人家家庭以及及办公室室等公共共场所。由由于数字字集成电电路技术术的发展展采用了了先进的的石英晶晶体振荡荡技术，采用相相应进制制的计数数器，转转化为二二进制数数，经过过译码和和显示电电路准确确地将“时”“分”“秒”用数数字的方方式显示示出来，与与传统的的机械钟钟相比，它它具有走走时准确确、性能能稳定、携携带方便便，显示示直观，无无机械转转动，无无需人的的经常调调整等优优点。因因此也被被广泛用用于电子子表、车车站、码码头、广广场等公公共场所所的大型型远距离离时间显显示电子子钟。尽尽管目前前市场上上已有现现成的数数字钟集集成电路路芯片出出售，价价格便宜宜、使用用也方便便，但鉴鉴于数字字钟电路路的基本本组成包包含了数数字电路路的主要要组成部部分，因因此进行行数字钟钟的设计计是必要要的。本本次课程程设计包包括四个个部分：晶振产产生电路路、时分分秒的计计数和进进位、数数码显示示、校时时电路。同时运用Protel 99SE软件绘制了单元电路以及总体电路图；借助Multisim2001仿真软件对单元电路以及总体电路进行了仿真虚拟实验，并通过万能板实物的制作圆满的实现了数字电子钟的显示及校时功能。【关键词词】晶振；计数（774LSS1600）;显显示；LLED;校时 AbsttracctThe apppliccatiion of diggitaal eelecctroonicc cllockk iss veery widdesppreaad. It hass maade a ggreaat ddeall off coonveenieencee too peeoplle'ss liife, sttudyy, wworkk annd eenteertaainmmentt annd hhas beccomee esssenntiaal ddailly nneceessiity beiing widdelyy ussed in inddiviiduaal ffamiily as welll aas tthe offficee annd sso oon ppubllic plaace. Ass a ressultt off thhe ddeveeloppmennt oof ddigiitall innteggratted cirrcuiit ttechhnollogyy ussingg addvanncedd quuarttz ccrysstall osscilllattor tecchnoologgy, usiing thee coorreespoondiing couunteer-bbandd, iit ttrannsfoormss foor tthe binnaryy nuumbeer, undderggoess thhe ddecoodinng aand thee diispllay cirrcuiit aaccuurattelyy off "hhourr", "miinutte" "seeconnd" witth tthe wayy fiigurres dissplaayedd. CComppareed tto ttradditiionaal mmechhaniicall beell, itt haas tthe exaact patth, staablee peerfoormaancee, eeasyy caarryy, ddireect-vieewinng ddispplayy, nnon-mecchannicaal rrotaatioon aand no perrsonns freequeent adjjusttmennt. Andd thhereeforre iit iis aalsoo wiidelly uusedd inn ellecttronnic wattchees, staatioons, teermiinalls, squuarees aand othher pubblicc pllacees oof tthe timme ddispplayyed by thee laargee-sccalee loong-rannge eleectrroniic cclocck. Altthouugh theere aree maany reaady-madde iinteegraatedd ciircuuit chiips of diggitaal cclocck ffor salle oon tthe currrennt mmarkket, chheapp annd eeasyy usse, butt inn viiew of thee faact thaat tthe diggitaal cclocck eelecctriic ccirccuitt's bassic commpossitiion hass coontaaineed ddigiitall ciircuuit''s kkey commponnentt. TTherrefoore carrryiing on thee diigittal cloock''s ddesiign is neccesssaryy. TThiss cuurriicullum dessignn inncluudess foour parrts :thhe ccrysstall osscilllattor cirrcuiit； hoour，minnutee annd ssecoonds ccounntinng aand carrryiing ；diggitaal ddispplayy annd ttimiing cirrcuiit. Meaanwhhilee sooftwwaree haas ddrawwn uup tthe uniit eelecctriic ccirccuitt ass weell as thee ovveraall cirrcuiit ddiaggramm ussingg Prroteel 999SEE annd MMulttisiim 220011 wiith cirrcuiit ssimuulattionn sooftwwaree onn thhe uunitt ass weell as thee ovveraall cirrcuiit ssimuulattionn viirtuual expperiimennt. By joiintiing thee coompoonennt oon tthe uniiverrsall suurfaace plaate hass coomplleteely finnishhed tthe diggitaal eelecctroonicc cllockk's dissplaay aand thee tiiminng ffuncctioon.Keywwordds: cryystaal oosciillaatorr; ccounnterr(744LS1160);diispllay cirrcuiit; LEDD; ttimiing cirrcuiit第一章 数字字电子钟钟设计要要求1.1 设计指指标1、时间间以244小时为为一个周周期； 2、显显示时、分分、秒； 33、具有有校时功功能，可可以分别别对时及及分进行行单独校校时，使使其校正正到标准准时间； 44、为了了保证计计时的稳稳定及准准确须由由晶体振振荡器提提供时间间基准信信号。 1.2 设计要要求 1、画画出电路路原理图图（或仿仿真电路路图）； 22、元器器件及参参数选择择； 3、电路仿真与调试； 4、PCB文件生成与打印输出。1.3 制作要要求自行装配配和调试试，并能能发现问问题和解解决问题题。1.4 编写设设计报告告写出设计计与制作作的全过过程，附附上有关关资料和和图纸，有有心得体体会。 第二章 数字电电子钟总总体方案案论证随着电子子技术的的发展，在在数字电子子技术领领域中，实实现数字字电子钟钟的方法法和手段段有很多多种，本本设计对对其中的的几种方方案进行行了设计计与分析析。2.1 数字电电子钟的的重要性性数字集成成电路的的发展和和石英晶晶体振荡荡器的广广泛应用用,使得得数字钟钟的精度度,远远远超过老老式钟表表, 钟钟表的数数字化给给人们生生产生活活带来了了极大的的方便，而而且大大大地扩展展了钟表表原先的的报时功功能。诸诸如定时时自动报报警、按按时自动动打铃、时时间程序序自动控控制、定定时广播播、自动动开启和和关闭路路灯、定定时开关关烘箱、通通断动力力设备、甚甚至各种种定时电电气的自自动启用用等，所所有这些些，都是是以钟表表数字化化为基础础的。因因此，研研究数字字钟及扩扩大其应应用，有有着非常常现实的的意义。2.2数数字电子子钟的基基本设计计思想石英晶体体振荡器器产生的的时脉冲冲送到分分频器，分分频电路路将时标标信号分分成每秒秒一次的的方波基基准信号号。秒脉脉冲发生生器产生生频率稳稳定很高高的秒脉脉冲，秒秒脉冲被被送到一一个六十十进制秒秒计数器器计数，将将计数结结果送至至秒个位位和十位位译码器器，译码码结果分分别由两两只七段段半导体体数码管管以十进进制数形形式显示示来。当当秒六十十进制计计数器累累计到第第59秒秒时，若若再来一一个秒脉脉冲，秒秒计数器器的进位位输出就就产生进进位脉冲冲（分计计数脉冲冲），同同时，秒秒计数器器的十位位和个位位都复位位到零。分分计数脉脉冲又被被送到分分六十进进制计数数器计数数，经译译码电路路译码后后数码管管显示相相应的分分数。当当计满559分559秒时时，若再再来一个个秒脉冲冲，则分分计数器器便向时时计数器器送出时时计数脉脉冲，同同时，分分、秒计计数器均均复位到到零。时时计数器器是一个个二十四四进制计计数器，当当计数显显示233时599分599秒时，若若再来一一个秒脉脉冲，则则时、分分、秒计计数器都都应回到到零，并并显示（000 000 000）表表示已到到达午夜夜零点，第第二天开开始继续续计数。在秒的计数电路里通过控制电路的CP脉冲对秒电路进行，在分、时的电路里通过控制进位输出实现校时功能。2.3数数字电子子钟的方方案分析析2.3.1 基基于分立立元件的的数字电电子钟采用实时时时钟芯芯片采用用集成逻逻辑电路路设计具具有能实实现，时时、分、秒秒计时功功能和校校时功能能，计时时数据的的更新每每秒自动动进行一一次，不不需程序序干预。计计算时间，程程序简单单。2.3.2 基基于EDDA技术术的数字字电子钟钟采用 EEDA作作为主控控制器控控制外围围电路进进行电压压，时钟钟控制、键键盘和LLED控控制。此此方案逻逻辑电路路复杂，且且灵活性性较低，不不利于各各种功能能的扩展展，在对对电路进进行检测测比较困困难；2.3.3 基基于单片片机编程程的数字字电子钟钟在按键较较少的情情况下，采采用独立立式4个个按键，经经软件设设计指定定的I/O口（PP1.00PP1.33）送出出逻辑电电平，控控制数码码管显示示。根据据数字电电子钟的的设计要要求与原原理以及及特性，系系统采用用单片机机AT889C552串口口输出的的形式来来设计电电路，使使功能及及效果更更完美。2.4 三种方方案的比比较在设计过过程中，方方案的选选择必须须与实际际情形联联系起来来，要从从各个方方面考虑虑设计的的可行性性，即不不仅要考考虑其先先进性也也要考虑虑其现实实性，从从多方面面综合寻寻求最佳佳方案。在方案的的实施中中，方案案一简洁洁、灵活活、可扩扩展性好好，能完完全达到到设计要要求；方方案二逻逻辑电路路复杂，灵灵活性比比较的低低，并且且不利于于调试；方案三三的设计计理念超超过我们们现在所所学的内内容，因因此暂不不考虑。综上分析析，我们们选择第第一种方方案作为为本次课课程设计计的最佳佳方案。   第三章 多功功能数字字电子钟钟单元电电路设计计3.1 数字钟钟的构成成数字钟是是一个将将“ 时时”，“分分”，“秒秒”显示示于人的的视觉器器官的计计时装置置。它的的计时周周期为224小时时，显示示满刻度度为233时599分599秒，另另外有校校时功能能和一些些显示星星期、报报时、停停电查看看时间等等附加功功能。因因此，一一个基本本的数字字钟电路路主要由由译码显显示器、“时时”，“分分”，“秒秒”，“星星期”计计数器、校校时电路路、报时时电路和和振荡器器组成。干干电路系系统由秒秒信号发发生器、“时时、分、秒秒”计数数器、译译码器及及显示器器、校时时电路。秒秒信号产产生器是是整个系系统的时时基信号号，它直直接决定定计时系系统的精精度，一一般用石石英晶体体振荡器器加分频频器来实实现。将将标准秒秒信号送送入“秒秒计数器器”，“秒秒计数器器”采用用60进进制计数数器，每每累计660秒发发出一个个“分脉脉冲”信信号，该该信号将将作为“分分计数器器”的时时钟脉冲冲。“分分计数器器”也采采用600进制计计数器，每每累计660分钟钟，发出出一个“时时脉冲”信信号，该该信号将将被送到到“时计计数器”。“时时计数器器”采用用24进进制计时时器，可可实现对对一天224小时时的累计计。译码码显示电电路将“时时”、“分分”、“秒秒”计数数器的输输出状态态送到七七段显示示译码器器译码，通通过七位位LEDD七段显显示器显显示出来来。校时时电路时时用来对对“时”、“分分”、“秒秒”显示示数字进进行校对对调整的的。图11 所示示为数字字钟的一一般构成成框图。图1 数字电电子钟的的构成框框图3.2 晶体振振荡电路路不管是指指针式的的电子钟钟还是数数字显示示的电子子钟都使使用了晶晶体振荡荡器电路路，晶体振振荡器电电路给数数字钟提提供一个个频率稳稳定准确确的3227688Hz的的方波信信号，是是数字电电子钟的的核心部部分，它它的精度度和稳定定度决定定了数字字钟的质质量。本本设计采采用的是是石英晶晶体振荡荡器产生生的脉冲冲，经过过整形、分分频获得得1Hzz的秒脉脉冲，典典型电路路如下图图2所示示：图2 晶晶振秒脉脉冲电路路40600是144位的二二进制计计数器。它它内部有有14级级二分频频，有两两个反相相器。CCIN（111脚）、（10脚）分别为时钟输入、输出端。图中R7为反馈电阻（10100 Mom），目的是为CMOS反相器提供偏置，使其工作在放大状态。C1为温度特性校正电容，一般取2050Pf;C2是频率微调电容，取530pF。石英晶振采用32768 Hz晶振，若要得到1Hz的脉冲，则需要经过15级的二分频器完成（32768 Hz /215=1 Hz）。由于CD4060只能完成14级分频，故需要外加一级分频，采用74LS74双D触发器完成二分频，最终得到数字钟的脉冲输入1Hz信号。下图为CD4060引脚图：图3 CCD40060引引脚图3.3 时间计计数电路路时间计数数电路由由秒个位位和秒十十位计数数器、分分个位和和分十位位计数器器、时个个位和时时十位计计数器构构成，其其中秒个个位和秒秒十位计计数器、分分个位和和分十位位计数器器为600进制计计数器，时时个位和和时十位位计数器器为244进制计计数器。实实现这两两种模数数的计数数器采用用中规模模计数器器74LLS1660，分分两级构构成。3.3.1 分分、秒的的计时电电路由74LLS1660 构构成的660进制制计数器器如下图图4 所所示：图4 660进制制计数器器将一片774LSS1600设置为为10进进制加法法计数器器，另一一片设置置为 66 进制制加法计计数器。因因为6的的二进制制表示是是01110且774LSS1600是低电电平清零零，因此此在反馈馈清零的的时候，将将十位的的Q1和Q2通过774LSS00与与非门后后接入十十位的清清零端。两两片744LS1160按按照反馈馈清零法法串联。个个位的进进位输出出端级联联十位的的脉冲输输入端。秒秒计数的的十位和和个位，输输出脉冲冲除用作作自身清清零外，同同时还作作为分计计数器的的输入脉脉冲。74LSS1600十进制制计数器器的清零零功能（特特点：不不耗时钟钟脉冲），在在上级1160控控制下级级1600时候通通过组合合电路（主主要利用用与非门门）实现现，在连连接电路路的时候候要注意意并且强强调使能能端的连连接，其其将影响响到整一一个电路路的是否否工作。 电路的控控制原理理如下：秒钟由个个位向十十位进位位：00000000010011000011101100010010011000111110000110011实现个个位的计计数由秒区向向分区的的显示控控制：基本原理理同上，在在秒区十十位向时时区个位位显示的的时：00000000001001100001110110001001产生生了六个个脉冲的的时候向向下级输输出一个个时钟脉脉冲，利利用的还还是与非非门，目目标仍是是实现正正确的计计时显示示。3.3.2 时时的计时时电路时电路的的设计如如下：图5 时时电路图图由分计数数器送来来的进位位脉冲送送入时个个位计数数器，电电路在分分进位脉脉冲的作作用下按按二进制制自然序序依次递递增1，当当计数到到24，这这时小时时个位计计数状态态是Q33Q2Q1Q0=01100（也也就是44）, 小时时十位计计数器的的状态QQ3Q2Q1Q0=00010（也也就是22）时，小时时十位计计数器只只有Q11端有输输出，小小时个位位计数器器只有QQ2端有输输出，将将Q1、Q2端接一一个二输输入与非非门，与与非门输输出一路路送入十十位计数数器的清清零端，另另一路送送入小时时个位计计数器的的清零端端。每时的个个位100小时向向小时十十位计数数器送进进位脉冲冲，当十十位输出出为二，小小时个位位输出为为四时，将将整个电电路清零零，从而而构成224进制制计数器器。3.4 译码显显示电路路本次译码码显示的的电路如如下：图6 译译码显示示电路译码显示示电路的的功能是是将“秒”、“分”、“时”计数器器的输出出代码进进行翻译译，变成成相应的的数字。用用于驱动动LEDD七段数数码管的的译码器器常用的的有744LS448。774LSS48是是BCDD-7段段译码器器/驱动动器，输输出高电电平有效效，专用用于驱动动LEDD七段共共阴极显显示数码码管，上上图既是是由744LS448和LLED七七段共阴阴极数码码管组成成的一位位数码显显示电路路。若将将“秒”、“分”、“时”计数器器的每一一位输出出分别送送到相应应七段译译码器的的输入端端便可进进行不同同数字的的显示。下下面简介介74LLS488 的功功能：BI：当当BI=0 时时，不管管其它输输入端状状态如何何，七段段数码管管均处于于熄灭状状态，不不显示数数字。LLT：当当BI=1，LLT=00 时，不不管输入入 DCCBA 状态如如何，七七段均发发亮，显显示“88”。它它主要用用来检测测数码管管是否损损坏。RRBI：使能控控制端，当当RBII=1 时，允允许译码码输出。DDCBAA：为884211BCDD码输入入端。aabcddefgg：为译译码输出出，输出出为高电电平。774LSS48 的BII、LT、RRBI端端接高电电平，输输入端DD、C、BB、A接接74LLS1660的输出出端Q33、Q2、Q1、Q0，其输输出端aaf接接数码管管。当数数字钟的的计数器器在CPP脉冲作作用下，按按60秒秒为1分分、600分为11小时、24小小时为11天的计计数规律律计数时时，就应应将其状状态显示示成清晰晰的数字字符号。这这就需要要将计数数器的状状态进行行译码并并将其显显示出来来。我们们选用的的计数器器全部是是十进制制集成片片，“秒秒”、“分分”、“时时”的个个位和十十位的状状态分别别由集成成片中的的四个触触发器的的输出状状态来反反映的。每每组(四四个)输出的的计数状状态都按按 BCCD代码码以高低低电平来来表现。因因此，需需经译码码电路将将计数器器输出的的BCDD代码变变成能驱驱动七段段数码显显示器的的工作信信号。35 校时电电路校时电路路是数字字钟不可可少的部部分，每每当数字字钟显示示与实际际时间不不相符合合的时候候，需要要根据标标准时间间进行校校时。本本次设计计的校时时电路如如下图所所示。该该电路的的针对秒秒计时脉脉冲、分分计时脉脉冲和时时计时脉脉冲进行行控制，达达到校时时的目的的。对于下图图的秒校校时电路路，将按按键S 1 按按下，此此时U22A与非非门被封封锁，11Hz的的秒信号号进入不不到“秒计数数器”中，此此时暂停停秒计时时。但数数字钟的的秒计时时与实际际的时间间相同时时，立即即松开SS 1 ，数字字钟的秒秒显示与与标准的的时间同同步进行行，完成成秒的校校时。分的校时时电路和和时的校校时电路路比较的的相似，现现在列举举分的校校时电路路分析。在在此电路路中分的的校时是是由U33A、UU4A、UU5A、UU13AA组合门门电路构构成的。当当进行分分校时时时，按下下开关SS 2，由由于U33A、UU13AA输出高高电平，封封锁秒的的十进位位脉冲，同同时1HHz脉冲冲信号直直接通过过U4AA、U55A门电电路被送送到分计计数的个个位计数数器中，使使分计数数器以秒秒的节奏奏快速计计数。当当分计数数器的显显示与标标准时间间数值相相同时，松松开S 2即可可。当松松开S 2时，门门电路UU13AA输出低低电平，从从而使UU5A门门被封锁锁，1HHz信号号不能够够被输入入U4AA门中，且且输出高高电平。UU3A门门电路接接受来自自秒计数数器的十十进位输输出信号号，从而而使U44A正常常工作，使使分计数数器正常常工作。同同理，“时”校时电电路与“分”校时电电路工作作原理完完全一样样。图7 校校时电路路第四章 数字电电子钟的的整体电电路及原原路说明明各个单元元电路以以及元器器件参数数确定后后，必须须把各个个单元连连为一个个整体。 进行整整体电路路图绘制制。整体体电路图图是电子子电路设设计的结结晶，是是重要的的设计文文件，它它不仅是是电路安安装和电电路板制制作等工工艺设计计的主要要依据，而而且是电电路实验验和维修修时不可可缺少的的文件。4.1 单元电电路的级级联 单元电路路级联设设计要注注意以下下几个问问题：电电气性能能相互匹匹配问题题、信号号耦合方方式问题题、时序序配合以以及相互互干扰等等问题。单单元电路路之间的的电气性性能相互互匹配问问题主要要包括：阻抗匹匹配、线线性范围围匹配、负负载能力力匹配、高高低电平平匹配等等。信号号的耦合合方式包包括四种种：直接接耦合、阻阻容耦合合、变压压器耦合合和光电电耦合。时时序配合合是一个个非常复复杂的问问题，为为确定每每个系统统所需的的的时序序，必须须对系统统各个单单元电路路的信号号进行仔仔细的分分析，画画出各波波形的波波形关系系图时序图图，确定定出保证证系统正正常工作作的信号号时序，然然后提出出实现该该时序的的措施。本设计因因为只存存在数字字地，没没有模拟拟地，因因此级联联比较的的简单。采取的措施是：直接将各个部分进行级联。4.2 整体原原理图总体电路路图是电电子电路路设计的的结晶，是是重要的的设计文文件，它它既是电电路安装装和电路路板制作作等工艺艺设计的的主要依依据，也也是电路路实验和和维修时时不可缺缺少的文文件。总总体电路路涉及的的方面和和问题很很多，不不可能一一次画出出来而不不存在任任何问题题，未通通过实验验的检验验，不能能算是正正式的总总体电路路图，而而只能是是一个总总体电路路草图。绘制总体体电路图图应注意意：合理理布局元元器件、尽尽量把总总体电路路画在一一张纸上上、电路路中各元元器件必必须采用用国家标标准规定定的图形形符号如如使用GB/T4728电气简图用图形符号。在Protel 99 SE 绘图软件下绘制多功能数字电子钟总电路图，如附录A所示。4.3 原理说说明整个电路路图由基基准信号号产生（11Hz）、计时电路、译码显示部分和校时电路四个部分。当晶振产生的信号经过分频器的分频后输入计时部分，经过译码显示将其数字化，并且由校时电路控制各计数部分的个位和1Hz方波，最终实现整个电路的设计。第五章 数字电电子钟的的仿真 借助助Mulltissim 10 仿真软软件对电电路进行行仿真，仿仿真结果果如下。5.1 秒电路路的仿真真图8 秒秒电路的的仿真5.2 秒、分分电路的的仿真图9 秒、分分电路的的仿真在实际焊焊接的过过程中，将将根据仿仿真的电电路图进进行制作作与调试试，对板板子进行行排版和和焊接，所所制作的的实物板板的图如如附录BB所示。5.3 秒、分分、时电电路的仿仿真图10 秒、分分、时电电路的仿仿真第六章 数字电电子钟实实物的焊焊接 登记并按按照所设设计的电电路图到到实验室室领取元元器件，检检查、核核实领取取的元器器件的数数量。按按照电路路图在万万能板上上布局元元器件。开开始焊接接元器件件时,注注意焊接接的质量量，认真真的焊接接才会避避免因虚虚焊、短短路等而而造成的的电路麻麻烦。在在焊接芯芯片的时时候需要要焊上芯芯片底座座，这样样可以避避免因直直接焊接接元件而而造成的的温度过过高而损损坏元件件的情况况。第