课程设计论文多功能数字钟电路设计.doc

课程设计报告书9多功能数字钟电路设计摘要多功能数字钟是简易模拟电子表计时、报时及校正的电路。利用振荡器产生方波信号做为CP脉冲，经过分频器形成秒脉冲信号，秒计数器电路计满60秒后发出一个分脉冲信号到分计数器电路，分计数器电路计满60分后发出一个时脉冲信号到时计数器电路，时计数电路计满24小时后又开始下一轮的循环计数。一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、数码显示器等几部分组成。其中振荡电路主要用来产生时间标准信号，因为时钟的精度主要取决于时间标准信号的频率及稳定度，所以采用石英晶体振荡器。由于振荡器产生的标准信号频率很高，要得到“秒”信号，就需要使用分频器进行分频。根据60秒为1分，60分为1时，24小时为1天的进制，要用 “时”、“分”、“秒”的计数器，并分别设定为60进制，60进制,24进制计数器 。日期电路是31进制计数器，但不同月份进位不同，根据不同月份的日期总数进位。译码显示是将“时”“分”“秒”以数字显示出来。校时电路可以对分和时以及日期进行校正。关键字数字钟 振荡 计数 校正 一、课程设计目的（1）初步掌握数字系统电路的一般设计方法，具备对逻辑电路独立设计能力。（2）进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。（3）提高综合运用所学的理论知识，独立分析和解决问题的能力。（4）初步掌握对数字系统电路的安装与调试等基本技能。二、设计要求（1） 设计一个能显示日期、小时、分钟、秒的数字电子钟，并具有整点报时的功能。 （2）由晶振电路产生1HZ标准的信号。分、秒为六十进制计数器，时为二十四进制计数器。（3）可手动校正时、分时间和日期值。 三、设计方案论证与选择该电路系统由电压源、秒信号发生器、分频器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、整点报时电路组成。电压源由220v家用交变电压经变压器、整流器变为较小的电压5v。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“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”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。译码、显示译码、显示整点报时译码、显示译码、显示日期计数器24进制时计数器60进制秒计数器60进制分计数器校日期校时定点报时校分校秒校准控制晶体振荡器分频器图一 数字钟原理方框图四、各个模块的设计（1）秒信号发生器秒信号发生器是数字钟的核心。它的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用石英晶体构成振荡器电路。 石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整，它是电子钟的核心，用它产生标准频率信号，再由分频器分成秒时间脉冲。采用频率fs32768Hz的石英晶体。D1、D2是反相器，D1用于振荡，D2用于缓冲整形。Rf为反馈电阻（10100M），反馈电阻的作用是为CMOS反相器提供偏置，使其工作在放大状态。C1是频率微调电容，改变C1可对振荡器频率作微量调整，C1一般取535pF。C2是温度特性校正用的电容，一般取20405pF，电容C1、C2与晶体共同构成网络，完成对振荡器频率的控制，并提供必要的1800相移。最后输出fs=32768Hz，将32 768Hz脉冲信号输入到CD4060组成的脉冲振荡的14位二进制计数器，所以从最后一级Q14输出的脉冲信号频率为：32768/214 = 32768/16384 = 2Hz。再经过二次分频，得到1Hz的标准信号脉冲，即秒脉冲。如图所示：（你的仿真图里面没画信号发生器，你可以把这个加上）（2）“日期”，“时”，“分”，“秒”计数器 秒、分计数器都是模60的计数器，可采用中规模集成计数器来实现。如图三所示，采用两个十进制计数器74LS162来构成秒计数器利用反馈式清零端来实现。秒计数器各位的进位端Occ接十位的S2，当个位计数是1001时，个位的Occ=1,待下一个脉冲到来时，个位为0000，十位为0001.当秒计数器为59时，个位的Occ、十位的Qa、Qc相与非，使个位、十位的CLR=1，下一个脉冲到来时，秒计数器的输出全为0。 分计数器的电路和秒计数器电路完全相同。秒计数器满59时，反馈清零使得CLR为1，将分计数器的个位的S2接秒计数器的CLR，则下一个脉冲到来时，秒位为0，分计数器为1。这就是秒计数器向分计数器个位进位的原理，分计数器向时计数器的个位进位原理同理。时计数器是模为24的计数器，也是采用两个十进制计数器74LS162来构成秒计数器利用反馈式清零端来实现，如图所示。当时计数器的个位的Qa、Qb、十位的Qb与非，使得使个位、十位的CLR=1，下一个脉冲到来时，秒计数器的输出全为0。日期计数器是计数131的计数器，也是采用两个十进制计数器74LS162来构成秒计数器利用反馈式清零端来实现，如图四所示。当时计数器的个位的Qa、Qb、十位的Qb与非，使得使个位、十位的CLR=1，下一个脉冲到来时，秒计数器的输出全为0。日期电路的数码管显示的初始值时01，当到达本月最后一天，再过一天，日期电路、时钟电路、分钟电路和秒钟电路的数码管归零，都显示00。（3）译码显示电路译码显示电路是将计数器输出的8421 BCD码译成数码管显示所需要的高低电平，采用阴极七段数码管，。其则译码电路就应选接与它配套的共阴极七段数码驱动器。译码显示电路可采用CD4511BC-7段译码驱动器。译码器A、B、C、D与十进制计数器的四个输出端相连接，a、b、c、d、e、f、g即为驱动七段数码显示器的信号。根据A、B、C、D所得的计数信号，数码管显示的相对应的字型。其具体电路如图所示。 一般的数字钟，在译码器输出与数码管之间应串入一个限流电阻R=200-300欧姆，以长时间通电损坏数码管，不允许+5V电源直接接到数码管的码段。（4）校准电路 当数字钟计时出现错误时，需要通过校准电路校准时间，此处采用快速校准法，如图所示。 开关S1、S2、S3分别为时、分、秒的校准控制开关，校准信号的输出则是时、分、秒计数器对应的计数脉冲。不进行校准时，S1、S2、S3均处于断开状态，计数器正常工作。进行秒校准时，S3闭合，则秒脉冲无法进入到秒计数器中，直到秒计数器显示为正确的时间，再断开S3。同理可校准分和时计数器以及日期计数器。五、运行效果 本电路图用proteus进行仿真。运行该电路后，每秒钟秒钟电路的数码管显示0159，当秒钟59时，下一秒数码管又显示00 ，并且分钟电路的数码管显示01；然后每过一分种分钟电路的数码管显示加1，一直到59分，当显示59分59秒时，下一秒分钟电路和秒钟电路的数码管都显示00，并且时钟电路的数码管显示01；然后每过一小时时钟电路的数码管显示加1，一直到23小时，当显示23时59分59秒时，下一秒时钟电路、分钟电路和秒钟电路的数码管都显示00，并且日期电路的数码管显示01；然后每过一天日期电路的数码管显示加1，一直到本月份的最后一天，当显示23时59分59秒时，下一秒日期电路、时钟电路、分钟电路和秒钟电路的数码管都显示00，并且时钟电路的数码管显示。 由以上电路仿真结果可知该数字时钟运行正常。六、本设计的收获与体会 本次课程设计课题是多功能数字钟电路设计，整个系统电路包括振荡分频电路、计时电路、校时电路、整点报时电路、定点报时电路。通过查阅参考书及上网百度，我比较勉强的理解并完成了各个模块的功能设计，虽然设计过程极为艰难，但很值得，我从中受益匪浅。通过这次数字电子技术课程设计，加强了我对电子器件的了解，联系生活实用物品电子表的一些功能，运用自已所学知识进行简易的分析和模拟，使我们对知识有了更透彻的了解，能更灵活的掌握各种元器件的使用。并且提高了我们使用电脑对电路进行仿真的能力。在此过程中学会新的软件 protues来画电路图，并用它进行仿真，对以后设计电路有很大的帮助，让我们的知识增多了。课程设计过程中为了能使用元器件，所以必须知道它们的用法，通过课本及上网查找还没完全弄懂某些元器件的原理和用途，将学习的范围增广，扩充了除课本外的知识，此次课程设计提供了一个很好机会，让我们从实践中加深了对所学知识的理解。在课程设计过程中遇到了不少问题，通过仔细思考和同学间的相互讨论得到解决，加强了团队合作精神，磨练了我们的意志力。通过撰写说明书，掌握了毕业论文的写作规范，我们以后撰写毕业设计论文打下了坚定的基础。在课程设计过程中遇到了不少问题，通过仔细思考和同学间的相互讨论得到解决，七、参考文献1 康华光. 电子技术基础 数字部分（第五版）.高等教育出版社2郝国法、梁柏华.电子技术实验.冶金工业出版社3吴建国、张彦.数字电子技术.华中科技大学出版社4 模拟电子技术 第五版 康华光主编 高等教育出版社