1、前言 电子技术是 21 世纪发展最为迅速的领域之一，这主要得益于集成电路和计算机技术的迅速发展。这两项技术既是电子技术发展的产物，又是电子技术持续发展的推动力。集成电路和计算机技术的飞速发展，将人类社会带入信息时代，在这样的时代背景下，掌握电子技术对我们来说是非常重要的。要掌握一门技术，不仅要具有理论的知识，还要经过不断实践，而课程设计对我们来说就是一种很好的实践方法。 本报告 就是对这次课程设计的总结。主要包含了以下内容：简单介绍了系统设计思路和方案，详细介绍各单元电路的原理，介绍了在调试过程中碰到的问题和解决 方法， 总结了课程设计的收获和体会。 本次课程设计的题目是设计一个数字钟，要求具
2、有以下功能：显示时、分、秒（如 23： 52： 45）；可实现手动或自动的对时、分进行校正； 计时过程具有报时功能，当时间到达整点前 10 秒进行报时。 为了很好的完成本次课程设计， 对题目进行了详细的分析，同时 参考了很多有关的书籍 ，并且和同学进行了讨论，同时考虑到实验室能提供的设备，确定了初步的设计方案，并将所需的元件及对应的参数和设计图 提交给指导老师审查，经过老师的 指导下，进一步完善了设计方案，并确定了最终的设计方案。之后根据方案进行安装调 试，运用电子仪表检查，测量电路的工作状态，排除电路中的故障，调整元件 的参数，改进电路的性能，使之达到设计的指标和要求，做出成品。 在这次课程
3、设计过程中，得到了很多同学的帮忙，还得到了实验室指导老师的精心指导，在此表示深切的谢意。 由于本人的水平有限，在报告中难免有不完整的地方，恳请老师批评指正。 1 目录 第一章系统概述 -2 1.1 系统设计思路与总体方案 -2 1.2 总体工作过程 -2 1.3 各功能块的划分和组成 -3 第二章单元电路设计与分析 -4 2.1 秒信号的发生电路 -4 2.2 时、分、秒计数电路 -4 2.3 校正时、分电路 -6 2.4 整点报时电路 -7 第三章电路的安装与调试 -8 3.1 安装调试的步骤 -8 3.2 遇到的主要的问题 -9 第四章结束语 -9 附录 1元器件明细表 -10 附录 2总
4、原理接线图 -10 参考文献 -11 2 第一章 系统概述 1.1系统设计思路与总体方案 一个最简单的数字钟 由秒信号发生电路，时、分、秒计数电路，译码显示电路组成，要求有校正时、分和整点报时功能，故 要加入校时电路和报时电路。因此其原理可由如下的框图表示出来。 1.2总体工作过程 一 、 时间的前进和显示的实现 首先由秒信号产生电路生产 秒信号，将此信号接到秒计数器的信号输入端。接着，在这个秒信号的驱动下，秒计数器向分计数器进位，分计数器向时计数器进位，最后通过译码器将计数器中的状态以时间的形式显示出来，这样就实现了时间的前进和显示功能。 二 、 整点报时的实现 在时、分计数器的输出端接收整
5、点的信号，既驱动音响的频率信号，在将此信显示电路 时 计数器 分 计数器 秒 计数器 校时电路 报时电路 振荡电路 分频电路 图 1-1 3 号通过功率放大电路进行放大 ， 从而推动执行部件（喇叭）的工作。 三 、 校正时、分的实现 在秒向分进位的路径中加入一条用手动产生信号的路径，并通过数据选择器来选择接通两条中的手动信号，从而实现对分的校正。对时的校正的方法与此相同。 1.3各功能块的划分和组成 一 、 秒信号产生电路 这部分电路由石英晶体振荡器和分频器组成。 石英晶体的振荡频率为 215HZ 极为稳定，因而用它构成的多谐振荡器产生的波形的稳定性很高。同时由于石英晶体产生的振荡频率很高，需
6、要用分频器进行分频处理。这里用 CC4060 分频器处理，从 Q14端口输出的频率为 2 秒，要生成 1 秒的信号，还需要加一个双 D 触发器进行 2 分频。所以 分频 电路由 CC4060 分频器 和 双D 触发器组成。 二 、 时、分、秒计数电路 及译码、显示电路 这部分电路包括 6 个 BCD 码计数器，其中两 组 接成 60 进制，剩下一 组 接成24 进制，及相应的译码显示器。之所以要用 BCD 码计数器，是因为时、分、秒都是要用两位十进制数表示的，因而时、分、秒的个位和十位所对应的计数器饿状态输出都应该是 BCD 码。又因为时的显示方式是 24 进制的，故 3 个计数器分别要接成
7、24、 60、 60 进制的。 三 、 时、分的校正电路 这部分电路由产生调节信号的装置和数据选择器 组成。 四 、 整点报时电路 这部分电路由控制音响的频率信号采集电路、功率放大元件和喇叭组成。 4 第二章单元电路的设计和分析 2.1秒信号的发生电路 由第一章知道，秒信号发生电路由石英晶体振荡器、 CC4060 分频器和双 D 触发器组成。 需要的芯片有 74LS74， CC4060，还有电阻、电容和晶振。 下面来讨论这些器件是怎样产生秒信号的 。下图为其电路图： 振荡电路是数字钟的 核心部分，它的频率和稳定性直接关系到表的精度。因此选择石英晶体作为振荡器，为了得到频 率更加准确的频率信号，
8、加入了电容和电阻 ，其中电容为 20 微法，电阻为 20M欧姆 。有因为石英晶体产生的频率为 2 的 15 次方赫兹，要得到 1HZ的信号需要对它进行分频，故选用了 CC4060分频器，但是 CC4060最多能得到 2HZ的信号，所以需再加一个双 D 触发器再分一次频得到 1HZ的脉冲。 CC4060 可以得到不同频率的信号，其中 512HZ和 1024HZ这两种信号可以用在驱动喇叭发声上。 2.2时、分、秒计数电路 显然，这部分电路可分成三小块组成，分别为秒部分、分部分和时部分，在将图 2-1 74LS74 1HZ 2HZ CC40605 这三部分进行一定的连接就可得到完整的时 、分、秒计数
9、电路。 一 、 秒部分 该部分的实质是一个 60 进制的计数器，它的 CP 脉冲是前面生成的秒信号，它的 清零信号可以作为向分进位的进位信号。它需要的元件有 74LS90， 74LS08。下面是电路连接图： 二 、 分部分 这部分电路与秒部分电路很相似，只是它的输入的 CP 是秒部分电路产生的进位信号，它的清零信号作为向时进位时的进位信号。 需要元件和电路图也一样，如下： 74LS90 74LS90 图 2-2 图 2-3 74LS90 74LS90 6 三 、 时部分 这部分电路实际上是一个 24 进制的计数器，它的输入 CP 为分部分的进位信号，需要的元件与秒、分电路一致。电路图如下： 图
10、 2-4 2.3校正时、分电路 一 、 校分电路 实现分的校准的基本思路是：断开原来正常的分输入信号即秒电路的进位信号，把 频率可以认为控制的手动脉冲接入，从而实现快速的人为的分计数，当到达准确的数值后再接入正常的计数脉冲，进行正常的前进。很显然，为了实现这一功能，可以选用数据选择器 74LS151，通过输入不同的地址信号来选择接入分的输入 信号的是正常的秒进位信号还是手动脉冲，从而实现对分的校正。用这种方法还有一个好初，就是当对分校正时，因为正常的秒进位信号已经不能输入进来了，所以秒的前进不会对分产生任何的影响。 而且需要的芯片只有 74LS151 一种，当然接线也变的容易。以下为接线图：
11、74LS151 图 2-5 74LS90 74LS90 7 可以用下表来表示它的工作情况： 电键状态 A0 D0/D1 选择的输入信号 电路的工作状态 打开（接 1） 1 D1为 1 手动脉冲 校正状态 断开（接 0） 0 D0为 1 秒进位脉冲 正常 计数状态 二 、 校时电路 该电路与校正分的思路完全一致，只是它的正常输入信号是分的进位信号而已。以下为电路图： 2.4整点报时电路 这部分电路的要求是：在距离整点还有 10 秒的时候可是每隔一秒鸣叫一次的想声，声音共叫五次，每次持续时间为一秒。其中前四声为低音，可取频率为 512HZ，后一声为高音，可取频率为 1024HZ。其电路包括控制门电
12、路部分和音响电路部分。其中控制门电路的功能是从时、分、秒计数电路中取出 频率信号，输给音响电路。音响电路是根据控制门电路得到的频率信号驱动喇叭发声的电路。以下为电 路图： 74LS151 图 2-5 8 控制门电路部分：因为每当“分”和“秒”计数器到 59分 50秒时， QA3QA2QA1QA0=0101，QB3QB2QB1QB0=1001， QC3QC2QC1QC0=0101， QD3QD2QD1QD0=0000。可见从 59 分 50秒到 59 分 59 秒之间，只有秒个位在计数，即 QA2= QA0= QB3= QB0= QC2= QC0=1 不变。把他们相与作为控制信号，去控制门 A和
13、门 B。在门 A输入端加有 1024HZ的信号，同时还受到 QE3QE0 的控制，只有当 59 秒的时候输出才为 1，可驱动喇叭发出一声高音，门 B输入端加有 512HZ的信号，同时还受到 QE3QE0信号的控制，当51 秒、 53 秒、 55 秒、 57 秒时输出为 1，可驱动喇叭发出四声低音，其他时候门 C输出都为 0，喇叭不发出任何声音。 第三章电路的安装与调试 3.1安装调试的步骤 首先布置芯片在面包板上的位置 并对各个芯片进行功能检测以确定是好的 。由于总电路的各个组成电路之间是相互独立的，因此将各个电路所需的芯片布置在一起，一简化接线。 接着是接线并调试，因为各个电路的独立性，可以
14、对各个单位电路进行单独的安装和调试，可 以降低调试的难度。具体做法是：接秒、分电路部分的 60 进制 、接时电路部分的 24 进制，同时接上相应的译码和显示电路，并进行测试，测试方法为给各部分电路一个手动的 CP，通过观察显示管的视数来确定电路是否正确，若不正确，就对电路进行检查接线，直到正确为止。 再接着就是接校时电路，并对起功能进行检验，检验方法为调节电键为不同的状态，观察能否完成手动校时和正常的计数功能，反复的检验和修改接线，直到正确完成指定功能为止。 再 接报时电路， 并进行测试，测试的方法为将时间调到 59 分，观察当秒钟走到50 秒时是否开始报时，在 59 秒 时是否是高音，并且为
15、了改善音响的效果，还要适当的调整频率信号和音响电路中的元件参数。 当所有的接线都完成后，实验所有的功能，看是否符合要求。方法是：将时间调到 23 时 59 分，秒跟着秒信号走，观察能否准确的报时，进位等。 9 最后还要为接线进行完善，尽量减少跨接的线和过长的线。达到工艺上的要求。 3.2遇到的主要的问题 在接好某部分电路后，不能显示正确的结果。产生的原因有电路的接线存在问题，芯片存在问题，解决的步骤是：对着电路图检查接线，确认无误后，再进行测试，若还不正确就是芯片的问题，因此只要换上完好的芯片即可。 通过这个步骤条理清晰，可以很容易的改正电路。 限于面包板的尺度，不可避免的存在一些跨线。 在开
16、机时 数码管显示的是乱码。 第四章结束语 本次课程设计基本达到了预期的目的，做的成品不仅在功能上达到了设计的要求，而且在工艺上也已经尽可能的做到美观，经济。 当然，还是有些地方可以改进的。首先可以根据时、分校时的方法增加校秒的电路。或者，好可以在秒部分加一个手动的清铃信号，作为另一种校秒的方法。其次，可以用 74LS160 来替代 74LS90，这样通过对 74LS160 的 DDDD 端口，不仅可以避免开机时显示乱码的情况，而且 可以设置开机时的显示时间。最后可以改用尺寸更大的面包板，就可以达到更高的工艺要求。 通过这次课程设计，得到了很多收获和体会。 第一，巩固和加深了对电子线路基本知识和理解，提高了综合运用所学知识的能力。第二，增强了根据课程需要选学参考资料，查阅手册，图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入研究有关问题，学会自己分析解决问题的方法。第三，通过实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选取，安装调试等环节，初步掌握了简单实用电路的分析方法和工程设计方法。第四，掌握了比较常用的仪器的使用方法，提高了动手能力。第五， 培养了严谨的工作作风和科学态度。
