数字电子技术课程设计报告——电子钟设计.doc

数字电子技术课程设计报告课 题：数字钟的设计与制作学 年：09学年 学 期： 第二学期专 业： 班 级：姓 名： 时 间：2009年6月20日2009年6月26日数字电子技术课程设计报告一、设计目的数字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，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字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。因此，我们此次设计与制作数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.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.二、设计内容及要求（1）设计指标 由晶振电路产生1HZ标准秒信号； 分、秒为0059六十进制计数器； 时为0023二十四进制计数器； 周显示从1日为七进制计数器； 具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； 整点具有报时功能，当时间到达整点前鸣叫五次低音（500HZ），整点时再鸣叫一次高音（1000HZ）。（2）设计要求 画出电路原理图（或仿真电路图）； 元器件及参数选择； 电路仿真与调试。（3）制作要求 自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。（4）编写设计报告 写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。三、原理框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。数字电子钟的总体图如图（1）所示。由图（1）可见，数字电子钟由以下几部分组成：石英晶体振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器；校对电路；六十进制秒、分计数器、二十进制时计数器及七十进制日计数器；以及秒、分、时的译码显示部分等。显 示 器显 示 器显 示 器显 示 器译码器译码器译码器译码器7进制周计数器24进制时计数器60进制分计数器60进制秒计数器晶体振荡器分频器四、主要部分的实现方案 1 秒脉冲电路 由晶振32768Hz经 CD4060分频为2Hz，再经过74LS74一次分频，即得1Hz 标准秒脉冲，提供给时钟计数脉冲。如图示： 20pF74LS74 10 Q1Hz CD4060Q14 C1 320pF 1D 11 R 32768Hz 22M 12 秒脉冲发生器 2 时间计数器电路由6个74LS90 计数器组成时分秒的计数电路，74LS90 是4位二进制同步加计数器，它的设置为多片集成计数器的级联提供方便。它具有异步清零，同步并行预置数，保持和计数的功能。 （）秒计数器 秒的个位计数单元为10进制计数器，当QDQCQBQA变成1010时，通过与非门把它的清零端变成0，计数器的输出被置零，跳过1011到1111的状态，又从0000开始，如此重复。秒的十为计数单元为6进制，当QDQCQBQA变成0101时，通过与非门把它的清零端变成0，计数器的输出被置零，跳过0110到1111的状态，又从0000开始，如此就是60进制。同时秒十位上的0101时，要把进位信号传输给“分”个位的计数单元。 （2）分计数器 分的个位和十位计数单元的状态转换和秒的是一样的，只是它要把进位信号传输给时的个位计数单元。 （3）时计数器 当“时”十位的QDQCBA为0000或0001时，“时”的个位计数单元是十进制计数器，当他的QDQCQBQA到1010时，通过与非门使得个位74LS90上的清零端为0，则计数器的输出直接置零，从0000有开始。当十位的QDQCQBQA为0010时，通过与非门使得该74LS90的清零端为0，“时”的十位有重新从0000开始，此时的个位计数单元变成4进制，即当个位计数单元的QDQCQBQA为0100时，就要又从0000开始计数。这样就实现了“时”24进制的计数 ( 4 ) 日计数器日计数器由两个74LS74，四个TTL 和一个 74LS20 构成，实现了七定制的功能。每个74LS74控制一个输入，即控制QDQCQBQA中的一个。当从0000到0111 时，显示是按照74LS74集成们电路的逻辑功能来实现的，当为0111的时候，QCQBQA各为1 1 1 ，他们三个通过74LS74 与非门输出为0 。再与QD 所控的0 通过 TTL集成门电路输出了0 ，如此循环，使得四个TTL 输出都为 0000。即使得输出变为了“置零”状态。从而实现了七禁止循环。如下图所示:Q4 Q3 Q2 Q1 显 示 1 0 0 0 日 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 63数字钟的译码及显示单元电路 译码显示采用共阳极LED八段数码管和译码器74SL247组成。 4.整点报时电路 电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分54秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。 当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5、9和5，因此可将分计数器十位的QC和QA 、个位的QD和QA及秒计数器十位的QC和QA相与，从而产生报时控制信号。 报时电路由74LS08高音和74LS04低音通过74LS32来构成。 五、实验过程中遇到的问题及解决方法大部分的线路都连完了之后，我们用干电池进行了试验，结果发现数码管不发光。于是重新检查电路，发现有几处的地线与地线、电源线与电源线之间没有连接，连上后数码管可以正常发光。但是问题接踵而至，数字不会变动，即没有起振。检查晶振等原件及附近电路，未发现问题。再检查74LS90的接线，发现管脚多处未接地，接上后数字开始跳动。秒的显示正常，但是不进位，经过检查发现是某一根线接错了，改正后进位正常。时、分、秒的显示都正常后，日的显示又出现了问题。在欧阳同学反复检查与试验之下，终于发现了错误的根源。纠正了接错的导线之后，终于，数字钟可以正常显示时间。当遇到蜂鸣器不能在要求的时间上发声时，我们请教了部分已经完成设计的同学，了解到了一些可能的原因，对这些可能一一试验，究其根本，并最终解决了问题,达到了预期的目标。六、心得体会 通过这次对数字钟的设计与制作，让我们了解了设计电路的程序，也让我们了解了数字钟的原理和设计理念。要设计一个电路总要对着一个参考电路图才可以连接，但是最后的成品却不一定与想象的完全一样，因为在事迹接线中有着各种各样的条件制约，所以要合理布局这样连出来的成品才比较美观。设计过程中，在一次又一次的失败面前，我们没有退缩，而是勇敢的去面对，积极的去解决，充分运用所学知识和他人的帮助，最终取得了成功。通过亲自动手连线，试验，遇到问题，解决问题，我们巩固了书本的知识，同时也学到了新的学问，明白了实践的可贵性。动手能力的提高，细心与耐心的培养，品尝自己劳动成果的喜悦，是我们在这次课程设计中最大的收获。七、元器件 1四连面包板1块 2镊子1把 3剪刀1把 4共阳八段数码管7个 5导线若干 674LS90 集成块6块 7CD4060集成块1块 874LS247集成块7块 974LS20 集成块1块 1074LS00 集成块1块 1174LS08集成块2块 1274LS32 集成块 1块1374LS04 集成块 1块14 74LS74 集成块 4块 1532.768k时钟晶体1个 1622pF和20pF可调电容各一个17三极管8050一个183007个 22M一个 1K一个 10K一个八、参考资料及文献 参考资料： 电子技术基础（数字部分）（第四版） 电路及电子技术实验 电工电子技术实践教材