数字电路课程设计：数字钟.docx

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1、数字电路课程设计：数字钟四川航天职业技术学院电子工程系课程设计专业名称：电子信息工程技术课程名称：数子电路课程设计课题名称：数字钟兼钟控定时器的设计设计人员：覃敏指导老师：申勇2020年06月11日课程设计报告书评阅页课题名称：数字钟兼钟控定时器的设计班级：G08电信2班姓名：覃敏2020年06月11日指导老师评语：考核成绩：指导老师签名：200年月日（数字电路课程设计）任务书一、课题名称：数字钟兼钟控定时器的设计二、技术指标：1.时间以24小时为一个周期；2.显示时、分、秒；3.有校时功能，能够分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；4.计时经过具有报时功能，当时间到达整点前5秒进行蜂

2、鸣报时；5.为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。三、要求：1.画出电路原理图或仿真电路图；2.元器件及参数选择；3.电路仿真与调试；指导老师：申勇学生：覃敏电子工程系2020年06月11日摘要数字钟是采用数字电路实现时、分、秒数字显示的计时装置。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的使用，使得数字钟的精度、稳定性远远超过了机械钟表，因而得到了广泛的使用。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。数字钟可用中小规模集成电路制作，可以用做大规模集成电路制作。若用中小规模集成电路制作，至少需要振荡器、分频器、计算器、显示器等电路，所用的元器件较

3、多，仅计数器就需要好多块，固然原理简单，但所画出的电路图比拟复杂，功能单一。关键字：振荡器、周期、IC、LED目录目录(1)1、设计目的(2)2、设计方案(2)3、设计原理及其框图(2)3.1数字钟的构成(2)3.2数字钟的工作原理(4)3.3时间计数单元(5)3.4译码驱动及显示单元(6)3.5校时电源电路(6)3.6整点报时电路(7)4、元器件(7)4.1实验中所需的器材(7)4.2芯片内部构造图及引脚图(8)4.3面包板内部构造图(10)5、功能块电路图(10)6、总结(18)7、参考文献(19)一、设计目的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。此次设计

4、与制作数字电子钟的目的是让学生在了解数字钟的原理的前提下，运用刚刚学过的数电知识设计并制作数字钟，而且通过数字钟的制作进一步了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及其使用方法。由于数字电子钟包括组合逻辑电路和时序电路，通过它能够进一步学习与把握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法，进而实现理论与实践相结合。总的来讲，此次课程设计，有助于学生对电子线路知识的整合和电子线路设计能力的训练，并为后继课程的学习和毕业设计打下一定的基础。二、设计方案1设计指标时间以24小时为一个周期；显示时、分、秒；有校时功能，能够分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；计时经过具有报时功能，当时间到

5、达整点前5秒进行蜂鸣报时；为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。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编写设计报告写出设计与制作的全经过，附上有关资料和图纸，有心得体会。三、设计原理及其框图1数字钟的构成数字钟是一个将“时，“分，“秒显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时功能和一些显示星期、报时、停电查看时间等附加功能。因而，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时，“分，“秒，“星期计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。数字钟实际上是一个对标准频率1HZ进行计数的计数电路

6、。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3-1所示为数字钟的一般构成框图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的方波信号，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。分频器电路分频器电路将32768z的高频方波信号经32768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。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

7、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12进制计数器。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。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，本设计提供的为LED数码管。2数字钟的工作原理晶体振荡器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。图3-2所示电路通过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，非门与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转

8、换为较理想的方波。输出反应电阻为非门提供偏置，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、与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个度相移，进而和非门构成一个正反应网络，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，进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30pF。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，因而反应电阻R1可选为10M。较高的反应电阻有

9、利于提高振荡频率的稳定性，非门电路可选74HC00。图3-2COMS晶体振荡器分频器电路通常，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。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，能够将Z的信号分频为Z，其内部框图如图3-3所示，从图中能够看出，的时钟输入端两

10、个串接的非门，因而能够直接实现振荡和分频的功能。图3-3CD4046内部框图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.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3-474HC390(1/2)内部逻辑框图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

11、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。图3-510进制6进制计数器转换电路分个位和分十位计数单元电路构造分别与秒个位和秒十位计数单元完全一样，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。时个位计数单元电路构造仍与秒或个位计数单元一样，但是要求，整个时计数单元应为进制计数器，不是的整数倍，因而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3-612进制计数器电路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CD4511作为显示译码电路，选用LED数码管作为显示单元电路。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