数字电子钟的原理与设计毕业设计ggsj.docx

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1、毕业设计计说明书书课题名称称: 数数字电子子钟的原原理与设设计 学生姓名名 专 业 班 级 时 间 指导教师师 电子信息息与自动动化工程程系电子信息息工程技技术 目 录摘 要 3前 言 44第一章 理论论分析1.1 设计计方案 51.2 设计计目的 51.3 设计计指标 61.4 工作作原理及及其组成成框图 6 第二章 系统统设计2.1 多谐谐振荡器器 8 2.2 计数数器 .100 2.3 六十十进制电电路 .1222.4 译码码与LEED显示示器 132.5 校时时电路 .144 2.6 电子子时钟原原理图 155 2.7 仿真与与检测 162.8 部分分元器件件芯片结结构图 .182.9

2、 误差差分析 199 第三章 小结心得体会会 .220致谢 211参考文献献 .222摘 要 时钟，自自从它发发明的那那天起，就就成为人人类的朋朋友，但但随着时时间的推推移，科科学技术术的断断发展，人人们对时时间计量量的精度度要求越越来越高高，应用用越来越越广。怎怎样让时时钟更好好的为人人民服务务，怎样样让我仌仌的老朋朋友焕发发青呢呢？这就就要求人人们不断断设计出出新型时时钟。在在这次的的毕业设设计中,针对一一系列问问题,设设计亂如如下子子钟。本系由由5555多谐振振荡器，分分频器，计计数器，译译码器，LLED显显示器和和校时电电路组成成，采甈甈了CMMOS系系列（双双列直提提式）中中小规模模

3、集成芯芯片。总总体方案案手机由由主题电电路和扩扩展电路路两大分分组成。其中丹体体电路完完成数字字钟的基基本功能能，扩展展电路完完成数字字钟的扩扩展功能能，进行行了各单单元设计计，总体体调试。关键词：5555多谐振振荡器;分频器器；计数数器；译译码器；LEDD显示器器前言 200世纪末末，电子子技术获获得了飞飞速的发发展，在在其推动动下，现现代电子子产品几几乎渗透透了社会会的各个个领域，有有力地推推动了社社会生产产力的发发展和社社会信息息化程度度的提高高，同时时也使现现代电子子产品性性能进一一步提高高，产品品更新换换代的节节奏也越越来越快快。数字字钟已成成为人们们日常生生活中：必不可可少的必必需

4、品，广广泛用于于个人家家庭以及及车站、码码头、剧剧场、办办公室等等公共场场所，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。由由于数字字集成电电路技术术的发展展和采用用了先进进的石英英技术，使使数字钟钟具有走走时准确确、性能能稳定、集集成电路路有体积积小、功功耗小、功功能多、携携带方便便等优点点，因此此在许多多电子设设备中被被广泛使使用。电子子钟是人人们日常常生活中中常用的的计时工工具，而而数字式式电子钟钟又有其其体积小小、重量量轻、走走时准确确、结构构简单、耗耗电量少少等优点点而在生生活中被被广泛应应用，因因此本次次设计就就用数字字集成电电路和一一些简单单的逻辑辑门电路路来设计

5、计一个数数字式电电子钟，使使其完成成时间及及星期的的显示功功能。本次次设计以以数字电电子为主主，分别别对1SS时钟信信号源、秒秒计时显显示、分分计时显显示、小小时计时时显示、整整点报时时及校时时电路进进行设计计，然后后将它们们组合，来来完成时时、分、秒秒的显示示并且有有走时校校准的功功能。并并通过本本次设计计加深对对数字电电子技术术的理解解以及更更熟练使使用计数数器、触触发器和和各种逻逻辑门电电路的能能力。电电路主要要使用集集成计数数器，例例如CDD40660、CCD45518，译译码集成成电路，例例如CDD45111，LLED数数码管及及各种门门电路和和基本的的触发器器等，电电路使用用5号电

6、电池共电电，很适适合在日日常生活活中使用用。本次毕毕业设计计得到武武汉软件件工程职职业学院院电子信信息与自自动化工工程系游游家发老老师的大大力支持持，他提提出了许许多的意意见和建建议，在在此表示示衷心的的感谢。由于本人能力有限，在设计中难免会出现错误与不足，希望各位老师及读者给予批评并提出宝贵意见。第一章 理论论分析1.1设设计方案案 我们小小组设计计的是可可校时、报报时电子子时钟，本本来的目目标是设设计一个个时间可可定的定定时开关关，后来来觉得难难度比较较大，所所以把其其简化为为现在这这个题目目。目标标是实现现一个可可以设置置2个按按键，分分别可以以给电路路的时位位和分位位增加时时间，从从而

7、实现现时间可可以调节节的功能能（秒位位调时没没有多大大意义）。方案：首首先要实实现一个个24小小时制的的可自动动清零时时钟。在在此基础础上添加加校时功功能。1 先由石英英晶体振振荡器及及分频电电路构成成的秒脉脉冲信号号发生电电路或5555多多谐振荡荡电路构构成输出出固定频频率的脉脉冲信号号。2 用多片芯芯片构成成秒，分分，时电电路。3 各输出分分别接秒秒，分，时时显示器器4 在时钟信信号输出出的基础础上，用用逻辑电电路构成成报时电电路，当当整点与与半点的的（522，544，566，588，599秒）分分别输出出高点平平。5 在分与与时的7741660的输输入信号号端并入入开关信信号，实实现手动

8、动加时。1.2设设计目的的数字钟是是一种用用数字电电路技术术实现时时、分、秒秒计时的的装置，与与机械式式时钟相相比具有有更高的的准确性性和直观观性，且且无机械械装置，具具有更更更长的使使用寿命命，节省省了电能能。因此此得到了了广泛的的使用。数数字钟是是一种典典型的数数字电路路，包括括了组合合逻辑电电路和时时序电路路。通过过设计加加深对刚刚刚学习习了的数数字电子子技术的的认识。我们此次设计数字钟是为了了解数字钟的原理，加深对我们所学知识的了解和认识、以及知识迁移的能力。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

9、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，以及各种电路之间的怎样联系起来的。1. 熟悉集成电路的引脚安排。2. 掌掌握数字字钟的设设计方法法和和计计数器相相互级联联的方法法。3. 掌握握各芯片片的逻辑辑功能及及使用方方法。进进一步掌掌握数字字系 统的设设计和数数字系统统功能的的测试方方法4. 进一一步掌握握数字系系统的制制作和布布线方法法，了解面面包板结结构及其其接线方方法。44. 了了解摰字字钟暄组组成及工工作原理理。5. 熟悉悉数字钟钟的设计计与制作作。1.3设设计指标标1. 设设计功能能1）旖间间以244小时为为一个周周期；2）显示示时、分分、秒；3）有校校时功能

10、能，可以以分别对对时及分分进行单单独校时时，使其其校正到到标准时时间；2设计计要求1）画出出电路原原理图（或或仿真电电路图）；2）元器器件参参数选择择；3制作作要求 自行装装配和调调试缌并并能发现现问题和和解决问问题。4编写写设计报报告 写写出设计计与制作作的全过过程，附附上有关关资料咈咈图纸，有有心得体体会。1.4工工作原理理及其组组成框图图 数字电子子钟是一一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于于人的视视觉器官官的计时时装置。它它的计时时周期为为24小小时，显显示满刻刻度为223时559分559秒，另另外应有有校时功功能和报时功能能。因此此，一个个基本的的数字钟钟电路主主要由译译码显示示器、

11、“时”，“分”，“秒”计数器器、校时时电路、报报时电路路和振荡荡器组成成。主电电路系统统由秒信信号发生生器、“时、分分、秒”计数器器、译码码器及显显示器、校校时电路路、整点点报时电电路组成成。秒信信号产生生器是整整个系统统的时基基信号，它它直接决决定计时时系统的的精度，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“秒计数数器”，“秒计数数器”采用660进制制计数器器，每累累计600秒发出出一个“分脉冲冲”信号，该该信号将将作为“分计数数器”的时钟钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采

12、用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态用七段显示译码器译码，通过七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。数字电子子钟一般般由六个个部分组组成，其其中振荡荡器和分分频器组组成标准准的秒信信号发生生器，由由不同进进制的计计数器、译译码器和和显示器器组成计计时系统统。秒信信号送入入计时器器进行计计数，把把累计的的结果以以“时”、“分”、“秒”的十进进制数字字显示出出来。“时” 显示示由二十十四进制制计数器器、译码码器和

13、显显示器构构成，“分”、“秒”显示分分别由六六十进制制计数器器、译码码器和显显示器构构成。数数字电子子钟逻辑辑框图如如图所示示。它由由5555多谐振振荡器，分分频器，计计数器，译译码显示示器和校校正电路路组成。 时显示器器分显示器器秒显示器器 时译码器器分译码器器秒译码器器 时计数数器 分计数器器振荡器分频电路路 图图 1第二章 系统统设计2.1多多谐振荡荡器振荡器是是计时器器的核心心，主要要用来产产生时间间标准信信号，也也叫基信信号。数数字钟的的精确主主要取决决于时间间标准信信号的频频率及稳稳定度。振振荡器的的频率越越高，计计时的精精度就越越高，但但耗电量量将增大大。石英英晶体振振荡器的的特

14、点是是振荡频频率准确确、电路路结构简单、频频率调整整。它还还具有压压电效应应，在晶晶体某一一方向加加一电场场，则在在与此垂垂直的方方向产生生机械振振动，有有了机械械振动，就就会在相相应的垂垂直面上上产生电电场，从从而使机机械振动动和电场场互为因因果，这这种循环环过程一一直持续续到晶体体的机械械强度限限制时，才才达到最最后稳定定，这种种压电谐谐的频率率即为晶晶体振荡荡器的固固有频率率如果精精度要求求不高，可可采用集集成电路路5555定时器器与RCC组成的的多谐振振荡器。（1） 石英晶体体振荡器器常见见石英晶晶体振荡荡器的频频率foo=3227688Hz.振荡器器主要由由石英晶晶体、电电阻、电电容

15、和反反相器组组成。其其电路及及参数如如图所示示： 图 2 如图图所示为为电子手手表集成成电路（如如5C 7702）中中的晶体体振荡器器电路，常常取日振振的频率率为3227688HZ，因因其内部部有155级分分频集成成电路，所所以输出出端正好好可得到到1HZZ的标准准脉冲。 RRf为反反馈电阻阻（100-1000兆欧欧姆），反反馈电阻阻的作用用是为CCMOSS反相器器提供偏偏置，使使其工作作在放大大状态。 CC1是频频率微调调电容，改改变C1可对对振荡器器频率作作微量调调整。CC1采用用22PPF半可可调电容容。C22是温度度特性校校正用的的电容，采采用200PF。电电容C1 C2与与晶体共共同

16、构成成3pii型网络络，妌成成对振荡荡频率的的控制，并并提供必必要的1180度度相移。（2） 集成电路路定时器器5555与RCC绀成犄犄多谐振振荡器,如下图图所示：图 3这里选用用5555构成的的多谐挧挧荡器产产生固定定频率的的秒脉冲冲信号设振荡荡器的频频率foo=1003Hzz。图中中10 k电位器器可微调调振荡器器的输出出频率ffo。计计算参数数如下： T=t1+t2=1mss t1=0.77(R11+Rpp+B22)C11 t2=00.7RR2C1若选定占占空比为为q=00.6，可可得Q=t11/(tt1=tt2)=0.66 tt1=00.6*1mss=0.6mss t2=TT-t11=

17、1mms-00.6mms=00.4mms取电容CC=0.1uFF,则 R2=t2/0.77C1=5.7714kk取标称值值R2=5.11 kR1+RRp=tt1/00.7CC1-rr2=117.1143 k 取R11=2 k RRp=110 kk 如果精度度要求不不高也可可以采用用由集成成逻辑门门与RCC组成的的时钟源源振荡器器.这里里设振荡荡频率ff=1003HZZ附5555定时器器的功能能表附：5555定时时器的功功能表输 入入 输 出阀值输入入（v111） 触发输输入（vv12） 复位（RRD） 输出（VVO） 发电管管T 0 00 导通通2/33VCCC 2/33VCCC 11/3VV

18、CC 1 00 导通通11/3VVCC 1 不不变 不不变2.2计计数器各功能块块电路图图数字钟钟从原理理上讲是是一种典典型的数数字电路路，可以以由许多多中小规规模集成成电路组组成，所所以可以以分成许许多独立立的电路路。（一一）六进进制电路路由744HC3390、774000、数码码管与445111组成，电电路如下下图图44所示： 图 4（二）十十进制电电路由774HCC3900、74400、数数码管与与45111组成成，电路路如下图图图6所所示： 图 52.3六六十进制制电路因为电子子钟由秒秒，分，时时组成。分分别为660进制制和244进制。采采用一片片45111接成成60进进制，44511

19、1的第一一组4位位二进制制接成秒秒的个位位，另一一位接成成秒的十十位，分分也为“60”进制，时时为“24”进制。这这两种进进制的次次序和二二进制完完全相同同，只是是模数不不是2的的整幂。采采用反馈馈置零法法清零，先先按二进进制计数数器串联联起来构构成计数数器，当当计数状状态达到到所需的的脉冲模模值后，经经过电路路译码，反反馈，产产生复位位脉冲将将计数器器清零，然然后重新新开始进进行下一一个循环环。由两个数数码管、两两45111、一一个744HC3390与与一个774000芯片组组成，电电路如下下图所示示。（四）双双六十进进制电路路由2个个六十进进制连接接而成，把把分个位位的输入入信号与与秒十位

20、位的Qcc相连，使使其产生生进位，当当秒的十十位达到到6的时时候，向向分个位位进一。电电路图如如附图11。（五五）时间间计数电电路由11个十二二进制电电路、22个六十十进制电电路组成成，因上上面已有有一个双双六十电电路，只只要把它它与十二二进制电电路相连连即可 2.4译译码与LLED显显示译码是把把给定的的代码进进行翻译译，将时时分秒计计数器输输出的四四位二进进制代码码翻译为为相应的的十进制制数，并并通过LLED显显示器显显示，通通常LEED显示示器与译译码器是是配套使使用的。六个744LS447集成成电路构构成数字字钟的七七段数码码显示管管显示译译码/驱驱动器。774LSS47七七段显示示译

21、码器器输出高高电平有有效，将将84221BCCD码译译成七段段（a、bb、c、dd、e、ff、g）输输出，用用以直接接驱动LLED七七段数码码显示对对应的十十进制数数。744LS2248的的显示功功能： 显示功能能见功能能表的上上半部分分。DDCBAA是二二进制码码输入，要要正确的的执行显显示功能能，有关关的功能能端必须须接合适适的逻辑辑电平，这这些功能能端的作作用随后后介绍。对对于09输入入，DDCBAA相当当BCDD84221码。当当超过99以后，译译码器仍仍然有字字型输出出，具体体见图六六。当DCCBA=11111时时，数码码管熄灭灭。实验验时要在在笔划段段电极串串联电阻阻，以保保护LE

22、ED数码码管。 74LSS47显显示字型型与输入入的对应应关系 六个LEED七段段数码显显示管利利用不同同发光段段组合的的方式显显示不同同数码，都都采用+5V电电源作为为每段发发光二极极管的驱驱动电源源。需要要发光的的段为高高电平，不不发光的的段为低低电平。设设计中采采用共阴阴极数码码管，每每段发光光二极管管的正向向降压，随随显示光光的颜色色有所不不同，通通常约22V33V，点点亮电流流在510mmA。六六个LEED七段段数码显显示管分分别显示示秒个位位、十位位；分个个位、十十位；时时个位、十十位的计计数十进进制数 电路图图如下图图所示：2.5校校时电路路由74CCH511D、774HCC00

23、DD与电阻阻组成，校校正电路路有分校校正和时时校正两两部分，电电路如下下图。 图 72.6电电子时钟钟原理图图总接线元元件布局局整个数数字钟由由时间计计数电路路、5555多谐谐振荡电电路、校校正电路路组成。其其中以校校正电路路代替时时间计数数电路中中的时、分分、秒之之间的进进位，当当校时电电路处于于正常输输入信号号时，时时间计数数电路正正常计时时，但当当分校正正时，其其不会产产生向时时进位，而而分与时时的校位位是分开开的，而而校正电电路也是是一个独独立的电电路。电电路的信信号输入入由5555多谐谐振荡器器电路产产生，并并输入各各电路。2.7数数码管的的仿真与与检测：用万用表表检测，调调到欧姆姆

24、档，5500欧欧姆红表表笔接数数码管33脚或66脚，黑黑表笔接接数码管管其他各各个管脚脚，依次次检测，若若数码管管各段都都正常发发光，则则该数码码管正常常。十进制测测法仿真真如下：利用一个个六进制制电路和和十进制制连接成成一个六六十进制制电路，电电路可从从059显显示，见见下图所所示：28部部分元器器件芯片片结构图图如下所所示： 2.9误误差分析析系统在运运行时有有一定的的误差，其其原因是是振荡器器的特点点所决定定的，同同时与片片的内部部结构有有关。有有时会出出现跳字字现象，解解决这些些误差的的方法是是提高振振荡器的的稳定性性及其使使用精密密度比较较高的电电容或改改变元器器件参数数等。第三章

25、小结结心得体会会通过这次次对数字字钟的设设计，让让我受益益非浅。首首先深入入的了解解了设计计电路的的流程。当当我们接接手一个个课题或或项目的的时候，不不是马上上就动手手搞。而而是应该该先进行行可行性性论证。首首先提出出几套方方案，然然后对各各个方案案进行对对比。即即要在性性能上面面比较，又又要在是是否经济济合算上上面对比比。假如如我们设设计了一一个性能能很好的的产品。但但是其中中的某个个元器件件却很难难买到，或或者价格格很高。那那么，我我们就应应该要考考虑是否否采用这这个设计计的方案案。最后后找出最最适合的的设计方方案。 同时加加深了对对芯片的的了解及及其应用用。将书书本上面面学到的的知识和和

26、实际应应用相结结合，我我们会发现比比如说一一个加法法计数器器的基本本功能是是实现两两个二进进制数的的加法运运算，但但同时，我我们也可可以将它它作为一一个分频频器来使使用。对对于芯片片的使用用，我们们应该在在了解它它的各项项功能的的前提条条件下，灵灵活巧妙妙地运用用。具体体的芯片片资料和和图片我我们通过过查阅相相关的书书籍，在在网上能能够很方方便的查查找。 通过这这次学习习，让我我对各种种电路也也都有了了大概的的了解，但但是由于于时间方方面的原原因，我我们没有有完全按按照最初初的要求求严格来来做，因因而还有有很多问问题我们们没有发发现，也也还有很很多知识识我们没没有接触触到。这这对我们们来说也也

27、是一个个遗憾把把。所以以说，坐坐而言不不如立而而行，对对于这些些电路还还是应该该自己动动手实际际操作才才会有深深刻理解解总之，这这次设计计，虽然，设设计方面面有很多多欠缺，需需要去改改进、去去研究，也也还要学学习。不不过也知知道了怎怎样去写写论文、去去采集哪哪方面的的资料。总的感觉觉是：有有收获。以以前上课课都是上上一些最最基本的的东西，而而现在却却可以将将以前学学的东西西作出有有实际价价值的东东西。在在这个过过程中，我我的确学学得到很很多在书书本上学学不到的的东西，如如：如何何利用现现有的元元件组装装得到设设计要求求，如何何找到错错误的原原因，如如何利用用计算机机来画图图等等。但但也遇到到了

28、不少少的挫折折，有时时遇到了了一个错错误怎么么找也找找不到原原因所在在，找了了老半天天结果却却是芯片片的管脚脚接错了了，有时时更是忘忘接电源源了。在在学习中中的小问问题在课课堂上不不可能犯犯，在实实际的过过程中却却很有可可能犯。特特别是在在接电路路时，一一不小心心就会犯犯错，而而且很不不容易检检查出来来。但现现在回过过头来看看，还是是挺有成成就感的的。致谢在论文即即将完成成之际，敲敲下“致谢”两个字字，心中中无限感感慨。回回眸过去去，一路路走来，需需要感谢谢的人太太多，实实在是这这些简单单的文字字所不能能表达和和承载的的。 首先诚诚挚的感感谢指导导老师老老师对我我的严格格要求和和悉心指指导，老

29、老师渊博博的学识识、非凡凡的气质质、敬业业的工作作作风、独独特的人人格魅力力，始终终感染着着我、激激励着我我，这些些都将成成为宝贵贵的财富富让我享享用终身身。 感谢我我的张继继斌老师师，张老老师在利利用实训训百忙之之中抽时时间给了了我很多多实质性性的帮助助，并在在论文的的关键环环节提出出很多宝宝贵的意意见，张张老师严严谨的科科研作风风和平易易近人的的教学态态度让我我终身难难忘，由由衷地感感谢张老老师的指指导和帮帮助。 同时，非非常感谢谢武汉软软件工程程职业学学院的朱朱小祥老老师、游游家发老老师、李李琪华老老师、张张继斌老老师、方方占桥老老师、翟翟伟老师师、叶茎茎老师、陈陈铁老师师、虈敏敏老师、

30、王王娟老师师、彭波波老师、余余湘老师师、董红红林书记记等老师师在日常常工作和和生活中中给予的的关照。习习们的存存在为我我的学习习和生活活平添了了许多色色彩，祝祝你们工工作顺利利，身佑佑健康，合合家欢乐乐！ 感谢本本次课题题设计组组的所有有同学们们，谢谢谢你们在在项曮中中嚄积极极配合与与吃苦耐耐劳。 也祝你你们工作作顺利，一一切都好好！ 感谢007级各各位同窗窗好友：班长老老宋、学学委刘圣圣品、老老大周浩浩、念念念、小罗罗、轩哥哥、尹任任州、老老姐素素素、黄伟伟、小涛涛、阿斗斗、闵欢欢、小博博等，你你们的关关心和爱爱护让我我在这个个集体里里倍意温温暖，一一起走过过的日子子将成为为我箎好好的回忆忆

31、。 感谢武武汉软件件工程职职业学院院的游家家发老师师对文的的启发和和平时专专业上的的交流、指指导、帮帮助与探探讨。 最后，谨谨以此文文献给我我最最挚挚爱的父父母，是是你们让让我有机机会、有有毅力完完成了全全部的学学业，鼓鼓励我、支支持我一一步步走走到了今今天，愿愿你们一一生平安安。 感谢关关心、支支持、帮帮助过我我的所有有人！感感谢文中中所引用用文匮的的编、著著、译者者。参考文献献1 康华光光 电子技技术基础础（数字字部分。 北北京：高高等教育育出版社社2 康华光光 电子技技术基础础（模拟拟部分）。 北京：高等教教育出版版社3 邓元庆庆，贾鹍鹍 数字电电路丆系系统设计计。 西西安：西西安电子子科技大大学出版版社4张惠敏敏，刘云云电子子技术（第第七章）。化化学工业业出版社社5 梁延延贵 现代代集成电电路实用用手册（编编码器、译译码器、数数据选择择器、电电子开关关、 电源） 毕业设计 30