1、数字电子时钟课程设计课程设计(论文)题 目 名 称 数字电子时钟 课 程 名 称 电子技术课程设计 学 生 姓 名 学 号 1241202037 系 、专 业 电气工程系自动化 指 导 教 师 李海娜 2014年5月16日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业12自动化学生姓名学 号1241202037题目名称数字电子时钟设计时间20145 52014516课程名称 电子技术课程设计课程编号121202306设计地点电工电子实验分室408、409室一、课程设计（论文）目的通过课程设计，使学生加巩固和加深对电子电路基本知识的理解，学会查寻资料、方案设计、方案比较，以及单元电路设计计算等环节，及系
2、统电路的构成。进一步提高学生综合运用所学知识的能力，提高分析解决实际问题的能力。锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，通过此综合训练,为以后毕业设计打下一定的基础。二、已知技术参数和条件：用中心规模集成芯片设计并制作一数字电子时钟，具体要求如下1、以24小时为一个计数周期；2、具有“时”，”分”，”秒“数字显示；3、数码管显示电路；4、具有校时功能；5、整点前10秒，数字钟会自动报时，以示提醒。三、 任务和要求1.按学校规定的格式编写设计论文。2.论文主要内容有：课题名称。设计任务和要求。方案选择与论证。方案的原理框图，系统电路图，以及运行说明；单元电路设计与计算说明；元器件选择和电路参数计算
3、的说明等。用protuse或其它仿真软件对设计电路仿真调试。对调试中出现的问题进行分析，并说明解决的措施；测试、记录、整理与结果分析。收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）胡宴如 主编.模拟电子技术基础.高等教育出版社.2011年张克农 主编.数字电子技术. 高教出版社出版.第一版.2010年彭介华 主编.电子技术课程设计指导.高教出版社出版.第一版.2002年电子电工实验指导书电子电工实验室可以提供的主要仪器设备：示波器
4、型号规格VP-5220、电子学习机型号规格WL-V、万用表MF10；以及分立元件、或中规模集成芯片。五、进度安排2014年5月 5日- 6日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求2014年5月 7日：总体方案设计，方案比较，选定方案；2014年5月8日- 12日：单元电路设计，参数计算，元器件选择，电路图；2014年5月13日14日：系统调试改进2014年5月15日：整理撰写设计论文；2014年5月16日：答辩六、教研室审批意见设计目的明确，要求合理，难度适中，符合课程设计教学要求。教研室主任（签字）： 2014年4月30日七、主管教学主任意见符合课程设计要求 主管主任（签字）： 20
5、14年4月30日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 魏岭 学 号 1241202037 系 电气工程系 专业班级 自动化 题目名称 数字电子时钟 课程名称 电子技术课程设计 一、学生自我总结通过本次课程设计，我懂的了做一个课程设计要准备的一切，知道了一个课程设计的要求，对以后的课程设计奠定了基础。 学生签名： 2014年 5月 16 日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；
6、2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。摘要数字电子钟是一种用数字显示秒分时的记时装置，与传统的机械时钟相比，它一般具有走时准确显示直观无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用：小到人们的日常生活中的电子手表、电子闹钟，大到车站码头机场等公共场所的大型数字显电子钟。本课程设计是要通过简单的逻辑芯片实现数字电子钟。要点在于用555芯片连接输出为一秒的多谐振荡器用于时钟的秒脉冲,用74LS190(10进制计数器)、4511(与非门芯片)等连接成60和24进制的计数器,再通过数码管显示，构成简单数字时钟关键词:数字时钟、计数器、555芯片、分频器目录1引言.12. 系统设
7、计.22.1 设计要求.22.2总体设计方案. 2 3单元电路设计.53.1多谐振荡器电路. .53.2分频器电路.53.3整点报时电路.53.4.计数器电路.63.5译码驱动电路.83.6显示电路.8 3.7校时电源电路. .94数字电子钟整体电路图.104.1由Proteus生成的电路图 . .114.2由proteus生成的整体仿真图 . .125心得与体会.12参考文献.13附录一 元器件明细表. 141.引言 数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及 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。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技
8、术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。尽管目前市场上已有现成的数字钟集成电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但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，因此进行数字钟的设计是必要的。在这里我们将已学过的比较零散的数字电路的知识有机的、系统的联系起来用于实际，来培养我们的综合分析和设计电路的能力。 本次设计以数字电子为主，实现对时、分、秒数字显示的计时装置,周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒, 电路主要采用模拟电子技术、数字电子技术技术的整合，从而设计出完整的电路，从而为以后从事电子电路设计、研究电子产品奠定坚实的
9、基础。 2. 系统设计 2.1 设计要求 （1） 设计一个具有时、分、秒显示的电子钟。应具有校时功能； （2） 用小规模集成电路组成电子钟； （3） 设计显示装置。 数字电子钟的逻辑组成原理： 它由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器和校时电路组成， 石英晶体振荡器产生的信号经过分频器作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器计 数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。 图2-1 数字钟的组成框图2.2总体设计方案 2.2.1设计思路 数字电子钟的原理方框图如上所示。干电路系统由秒信号发生器，时、分、秒计数器、译码器及显示器、校时电路组成。秒信号发生器是整个系统的时基信号，它直接决定
10、计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现，也可以采用多谐振荡器加分频器实现。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。译码显示电路将时、分、秒计数器的输出状态经过七段显示译码器译码，通过六位LED七段显示器显示出来。校时电路是用来对时、分、秒显示数字进行校对调整的。2.2.2方案论证与比较 1.秒信号发生器3 方案: 振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确度
11、决定了数字钟计时的准确程度，由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。【2】 图2-2： 555与RC组成的多谐振荡器2.2.3 系统组成 数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。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【1】。图1所示为数字钟的一般构成框图。但考虑到数电中我们刚学过多谐振荡器，因此在此用多谐振荡器实现秒脉冲如图2-12.24参数计算 脉冲产生电路： 用555组成的脉冲产生电路:
12、R1=49984 R2=40000 C=1nF 则555所产生的脉冲的为:f=0.976Hz,而设计要求为1Hz,因此其误差为5.3%,在精度要求不是很高的时候可以使用.3.单元电路设计 3.1多谐振荡器电路 多谢振荡器可以自己产生一定频率的脉冲，然后经过分频器后得到需要的秒脉冲信号如图2-2。 3.2分频器电路 分频器电路将多谐振荡器产生的脉冲信号经74LS4060和74LS250的二分频的分频后得到1Hz的方波信号，可以供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。图3-1： 分频器电路 3.3整点报时电路图3-2整点报时电路3.4.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
13、分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，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可以设计为12进制计数器或者24进制计数器，我们这里根据自己的意愿设计成24进制计数器。计数器的实现用的是74LS290采用8421BCD码制。时间计数单元有时计数、分计数和秒计数等几个部分。 34.1秒计数器电路 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
14、作为向上的进位信号与分个位的计数单元的相连。分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，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。【4】图3-3： 秒计数器电路3.4.2分计数器电路 分计数器电路与秒计数器电路一样，采用的都是74290的8421码制异步清零接成60进制。 图3-4： 分计数器电路 3.4.3时计数器电路 时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计数单元应为24进制计数器，所以在两块74LS290构成的100进制中截取24，就得在24的时候进行异步
15、清零。图3-5： 时计数器电路3.5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。译码驱动电路采用74LS192七段译码器实现，74LS192七段显示译码器的输出是高电平有效，用以驱动共阴极显示器图3-6： 74LS192显示译码器3.6显示电路 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4511作为显示译码电路，选用4511八段共阳LED数码管作为显示单元电路，如图所3-7示。图3-7： 译码驱动和显示电路3.7校时
16、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，校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。图3-8： 校正电路4数字电子钟整体电路图4.1由proteus生成的电路图【5】图4-1： proteus生成的整体电路图4.2由proteus生成的整体仿真图图4-2： 整体电路仿真图5心得与体会 学贵以致用，我们刚学完模电和数点的知
17、识，对两种电路有了一定的理论认识，但是还欠缺实践操作能力的培养，通过几天的数字钟设计过程，将从书本上学到的知识应用于实践，学会了初步的电子电路仿真设计，虽然过程中遇到了一些困难，但是在解决这些问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高。当最终调试成功的时候也是对自己的一种肯定。在此次的数字钟设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法，也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。虽然设计过程中出现了很多的问题的，但是通过请教同学、老师
18、并且查找网上相关资料都得到了解决，这也是对自己处理问题能力的锻炼。设计本身并不是有很重要的意义，而是我们对待问题时的态度和处理事情的能力。至于设计的成绩无须看的太过于重要，而是设计的过程，设计的思想和设计电路中的每一个环节，电路中各个部分的功能是如何实现的。各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点。同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。另外，我们设计要从市场需求出发，既要有强大的功能，又要在价格方面比同等档次的便宜。虽然我们现在作的不可能到市场上去销售，但我们要为以后作设计培养出好的习惯【6】在这次设计过程中，进一步提高了我对Protus,max-plus
19、II，word，画图板软件的操作能力，而且使自己在查找资料方面能力有了提高。参考文献【1】胡宴如 主编.模拟电子技术基础.高等教育出版社.2011年【2】张克农 主编.数字电子技术基础.高教出版社出版.第二版.2010年【3】彭介华 主编.电子技术课程设计指导.高教出版社出版.第一版.2002年【4】华中工学院电子学教研室编，康华光主编电子基础数字部分（第四版）北京高等教育出版社。【5】江世明主编单片机原理及应用上海交通大学出版社【6】熊幸明主编电子电工技术基础北京电子工业出版社附录一 元器件明细表 555定时器 1片 电源、电阻、电容、导线 若干 74LS192 4 片 4511 4片 7400 6片 74EG-BCD 6片Button 2片
