数电课程设计-数字时钟.doc

1、机电工程学院本科生课程设计题 目： 数字时钟 课 程： 数字电子技术 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 数字电子技术课程设计任务书课程设计 数字电子技术设计课题 数字时钟姓名 院系 机电工程学院电气系班级 指导老师 设计任务 制作数字时钟设计要求1、准确计时，用数码管显示小时、分和秒；2、小时以 24 小时计时；3、带有时间校正功能；4、“闹钟”功能；设计步骤1、了解数字时钟的原理；2、画出设计的数字时钟电路原理图和各部分电路图；3、选择好元器件及给出参数，在原理图中反映出来；4、用仿真软件 Mutisim 进行电路工作情况模拟仿真；5、编写课

2、程设计报告；数字电子技术课程设计工作过程1、在电脑和图书馆查阅资料，了解数字时钟原理和相关信息2、画出设计的数字时钟电路原理图和各部分电路图；3、选择好元器件及给出参数，在原理图中反映出来。4、将各元件连接起来，用仿真软件 Mutisim 进行电路工作情况模拟仿真；5、编写课程设计报告；数字电子技术课程设计目 录1 设计的目的及任务（1）1.1 课程设计的目的（1）1.2 课程设计的任务与要求（1）1.3 课程设计的技术指标（1）2 数字时钟的介绍和原理（2）2.1 数字时钟的介绍（2）2.2 数字时钟的电路组成（2）2.3 数字时钟的工作原理（3）3 数字时钟总设计方案和各部分电路设计方案

3、(4)3.1 数字时钟总设计方案 （4）3.2 各部分电路设计方案（5）3.3 总电路设计图（17）4 电路仿真 (17)5 收获与体会（24）6 仪器仪表明细清单 （24）参考文献 （25）数字电子技术课程设计- 0 -1.设计的目的及任务1.1 课程设计的目的（1）巩固所学的相关理论知识；（2）实践所掌握的电子制作技能；（3）会运用 Mutisim 工具对所作出的理论设计进行模拟仿真测试,进一步完善理论设计；（4）通过查阅手册和文献资料,熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用元器件的原则；（5）掌握模拟电路的安装测量与调试的基本技能,熟悉电子仪器的正确使用方法,能力（6）分析实验中出

4、现的正常或不正常现象(或数据)独立解决调试中所发生的问题；（7）学会撰写课程设计报告； 1.2 课程设计的任务与要求（1） 根据技术指标要求及实验室条件设计出电路图，分析工作原理，计算元件参数；（2） 列出所有元器件清单；（3） 安装调试所设计的电路，达到设计要求；（4） 记录实验结果。1.3 课程设计的技术指标（1）准确计时，用数码管显示小时、分和秒；（2）小时以 24 小时计时；（3）带有时间校正功能；（4）“闹钟”功能；数字电子技术课程设计- 1 -2.数字时钟的介绍和原理2.1 数字时钟的介绍 数字时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

5、性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，已得到广泛的使用。数字时钟的设计方法有许多种,例如,可用中小规模集成电路组成电子钟；也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟；还可以利用单片机来实现电子钟等等。数字时钟的组成一般由计数器、译码器、显示器、振荡器及分频器等几部分组成。振荡器产生的时标信号送入分频器，分频器将其送入的时标信号分频成秒脉冲信号。再把秒脉冲送入计数器进行计数，并把累计的计数结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“秒”的显示由二级计数器和译码器组成六十进制计数器电路来实现，“分”的显示电路与秒相同。“时”的显示由二级计数器和译码器组成的二十四进制计数

6、器电路来实现。 数字钟已成为人们日常生活中必不可少的物品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便。它扩展了钟表原有的报时功能，诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，这些都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字电子钟以及扩大其在生活中的应用，有着非常现实的意义。 尽管目前市场上已有现成的数字钟集成电路芯片，价格便宜，使用也非常方便。鉴于数字钟电路的基本组成包含了数字电路的主要组成部分，为了帮助同学们

7、将已经学过的比较零散的数字电路的知识能够有机的、系统地联系起来用于实际，培养综合分析、设计电路的能力，进行数字钟的设计是必要的。2.2 数字时钟的电路组成 数字时钟是用数字集成电路构成，用数码显示的一种现代化计数器。本系统由振数字电子技术课程设计- 2 -荡器、分频器、校时电路、计数器、译码显示器以及电源电路组成。秒脉冲发生电路产生秒脉冲信号，不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统，通过校时电路实现对时、分的校准，电源电路提供稳定的+5v 的电压。 2.3 数字时钟的工作原理 数 字 时 钟 实 际 上 是 一 个 对 1HZ 频 率 进 行 计 数 的 计 数 电 路 。 由 于 计

8、数 的 起 始 时间 不 可 能 与 标 准 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 时 钟 ， 但 是 出于 对 材 料 和 成 本 的 考 虑 ， 我 们 决 定 设计较简单的中小规模集成电路组成电子钟，采用 由 555 定 时 器 和 RC 电 路 构 成 振 荡 器 的 方 案 。图 1 系统原理框图（ 1） 振 荡 器 电 路 ： 一 般 说 来 ， 振 荡 器 的 频 率 越 高 ， 计 时 精 度

9、 越 高 。 本 设 计 中 采 用由 集 成 定 时 器 555 与 RC 组 成 的 多 谐 振 荡 器 ， 经 过 调 整 输 出 1000Hz 脉 冲 。 （ 2） 分 频 器 电 路 ： 分 频 器 电 路 将 1000HZ 的 方 波 信 号 经 1000 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 。（ 3） 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

10、 器 电 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 ， 时 个 位 和 时 十 位 计 数 器 为 24 进 制 计 数 器 。（ 4） 译 码 显 示 电 路 ： 译 码 显 示 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 ， 我 们 采 用 自 带 译码 功 能 的 数 码 管 。（ 5） 整 点 报 时 电 路 ： 一 般 时 钟 都 应 具 备

11、整 点 报 时 电 路 功 能 ,即 在 时 间 出 现 整 点 前数 秒 内 ,数 字 钟 会 自 动 报 时 。 其 作 用 方 式 是 在 整 点 前 的 十 秒 内 ， 出 现 奇 数 秒 时 报 时灯 发 光 ， 从 而 实 现 在 最 后 十 秒 内 闪 烁 五 次 ， 以 示 提 醒 。（6）校时电路：由于数字钟的初始时间不一定是标准时间，而且在数字钟的运行过程中可能出现误差，所以需要校时电路来对“时、分”显示数字进行校对调整。3.数字时钟总设计方案和各部分设计方案数字电子技术课程设计- 3 -3.1 数字时钟总设计方案数字时钟有振荡器、分频器、计数器、译码显示、报时等电路组成。

12、其中，振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，直接决定计时系统的精度。由不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统。将标准秒信号送入采用六十进制的“秒计数器”，每秒计 60s 就发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用六十进制计数器，每累计 60min，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用二十四或十二进制计时器，可实现对一天 24h或 12h 的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态通过六位七段译码显示器显示出来，可进行整点报时，计时出现误差时，可以用校时电路校时、校分。数字时钟的原理框图如下图 2.1 所

13、示。报 时报 时报 时报 时图 2.1 数字时钟的原理框图3.2 各部分电路设计方案3.2.1 秒脉冲产生电路数字电子技术课程设计- 4 -秒脉冲产生电路的功能是产生标准秒脉冲信号，主要由振荡器和分频器组成。振荡器是计数器的核心，振荡器的稳定度和频率的精准度决定了计时器的准确度，可由石英晶体振荡电路或 555 定时器与 RC 组成的多谐振荡器构成。一般来说，振荡器的频率越高，计时的精度就越高，但耗电量将增大，故设计时一定要根据需要设计出最佳的电路。石英晶体振荡器具有频率准确、振荡稳定、温度系数小的特点，但是如果精度要求不高的话可以采用 555 构成的多谐振荡器。秒脉冲产生电路在此例中的主要功能

14、有两个：一是产生标准秒脉冲信号，二是可提供整点报时所需要的频率信号。在下面电路设计中，为了简化电路，秒脉冲产生电路用一个 1Hz 的秒脉冲时钟信号源替代。3.2.1.1 555 构成的多谐振荡器秒脉冲产生电路主要是由一个 555 定时器和三个十进制计数器 74160 构成。其中，555 定时器与 RC 组成多谐振荡器，三个计数器 74160 组成分频器。其逻辑图如图3.2.1.1 所示。470nF 10nF1k1k3个 74160图 3.2.1.1 555 构成的多谐振荡器而成的秒脉冲产生电路逻辑图其中 555 定时器的引脚图和功能表如图 3.2 和图 3.3 所示，其中选取R1=R2=1k，

15、C 1=470nF，C 2=10nF，从而多谐振荡器的频率为：kHzRf 10*7.412*7.0/17.0/ 61 数字电子技术课程设计- 5 -图 3.2.1.2 555 定时器的引脚图不 不不 不1 不 不01不 不11 不 不00不 不 不 T不 不 (VO)不 不 (RD)不 不 不 不 (VI2)不 不 不 不 (VI1)不 不不 不C31C32图 3.2.1.3 555 定时器的功能表74160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2图 3.2.1.4 计数器 74160 的引脚图 图 3.2.1.5 计数器 74160 的逻辑图图 3.2.1.6 计数器 74160 的功能表160 为可预置的十进制同步计数器，共有 74160 和 74LS160 两种线路结构型式，其管脚图如图 3.2.1.4 所示, 160 的清除端是异步的，当清除端/MR 为低电平时，不管时钟端 CP 状态如何，即可完成清除功能。160 的预置是同步的。当置入控制器/PE 为低电平时，在 CP 上升沿作用下，输出端 Q0Q 3与数据输入端 P0P 3一致。当 CP 由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端