1、数字电路课程设计数字电路课程设计多功能数字钟 专业班级：09电气对口一版 学 号：200925180108 设 计 人：高瑞东指导教师：许春香设计时间：2010年12月15日 多功能数字钟内 容 摘 要数字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性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。目前，数字钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。数字钟适用于自动打铃、自动广播，也适用于节电、节水及自动控制多路电器设备。它是由数子钟电路、定时电路、放大
2、执行电路、电源电路组成。为了简化电路结构，数字钟电路与定时电路之间的连接采用直接译码技术。具有电路结构简单、动作可靠、使用寿命长、更改设定时间容易、制造成本低等优点。关键词：时钟 自动目录第一章：系统概述 41.1数字钟的构成 41.2系统的结构框图 51.3各系统结构框图作用 5第二章：单元电路设计与分析 62.1振荡器电路： 62.2分频器的设计 72.3小时计数器的设计12进制计数器 82.4分和秒的计数器60进制计数器： 92.5 校时 92.6设计和使用 10第三章：电路的安装与调试 12第四章：设计心得 13附件：元器件清单 14参考文献 15第一章：系统概述1.1数字钟的构成数字
3、钟主要分为数码显示器、60进制和12进制计数器、频率振荡器和校时这几个部分。该系统的工作原理是：振荡器产生的稳定高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，在经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器计满60后向分计数器进位，分计数器计满60后向小时计数器进位，小时计数器按照“12翻1”规律计数。计数器的输出经译码器送显示器。计时出现误差时可以用校时电路进行校时、校分、校秒。 1.2系统的结构框图（图1）1.3各系统结构框图作用振荡器：振荡器是数字钟的核心，振荡器可由晶振组成，也可以由555定时器组成。分频器电路：在数字电路中，分频器是一种可以进行频率变换的电路，其输入、输出信号是频率不同的脉冲序列。输入、输出
4、信号频率的比值称为分频比。例如，2分频器的输出信号频率是输入信号频率的，8分频器的输出信号频率是输入信号频率的 。时间计数器电路：在数字钟电路中，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，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为24进制计数器，周计数器为7进制计数器。有了时间标准“秒”信号后，就可以根据“60秒为1分”、“60分为1小时”、“24小时为1天”、“7天为1周”的计数周期，分别组成。将这些计数器适当连接，就可以实现“秒”、“分”、“时”、“周”的计时功能。译码驱动电路：译码驱
5、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。整点报时电路：一般时钟都应具备整点报时电路功能,即在时间出现整点前数秒内,数字钟会自动报时,以示提醒.其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波,较复杂的也可以是实时语音提示。第二章：单元电路设计与分析2.1振荡器电路：振荡器可由晶振图2组成，也可以由555定时器组成。我们这学期主要所学为555定时器，所以选用555定时器。图3是由555定时器构成的1KHZ的自激振荡器，其原理是0.7(2R3+R4+R5)C4=1ms，f=1/t=1KHZ。计时是1HZ的脉冲才是1S计一次数，所以需要分频
6、才能得到1HZ的脉冲。（图2）晶体振荡器 （ 图3 ）555振荡器2.2分频器的设计分频器电路，是三个用十进制计数器74LS90串联而成的分频器，分频原理是在74LS90的输出端子中，从低位输入10个脉冲才从高位输出1个脉冲，这样一片74LS90就可以起十分频的作用，三个74LS90串联就构成了千分频的电路，输出的便是1HZ的信号，从而达到目的。电路图见图4（图4）分频器2.3小时计数器的设计12进制计数器时计数器是一个“12翻1”的特殊进制计数器，即当数字钟运行到12时59分59秒，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲是，数字钟应自动显示为01时00分00秒，实现日常生活中习惯用的计时规律。选用7
7、4LS191和74LS74，电路图见图5。（图5）十二进制计数器2.4分和秒的计数器60进制计数器：分和秒计数器都是模数M=60的计数器，其计数规律为0001585900 .选74LS92作为十位计数器，74LS90作为个位计数器，再将它们级联组成模数M=60的计数器。原理图见图6（图6）六十进制计数器2.5 校时数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间。校时是数字钟应具备的基本功能。一般电子手表都具有时、分、秒等校时功能。为使电路简单，这里只进行分和小时的校时。对校时电路的要求是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。校时方式有“快校时”和“慢校时”两
8、种，“快校时”是，通过开关控制，使计数器对1HZ的校时脉冲计数。“慢校时”是用手动产生单脉冲作校时脉冲。图7所示的为校“时”校“分”电路。其中S1为校“分”用的控制开关，S2为校“时”用的控制开关，它们的控制功能如表5.5.1所示。校时脉冲采用分频器输出的1HZ脉冲，当S1或S2分别为“0”时可进行“快校时”。如果校时脉冲有单次脉冲产生器提供，则可以进行“慢校时”。需要注意的是，校时电路是由与非门构成的组合逻辑电路，开关S1或S2为“0”或“1”时，可能产生抖动，接电容C1、C2可以缓解抖动。 （图7）校时电路 2.6设计和使用如图8所示为数字钟的总电路图，按照信号的流向分级安装，逐级级联，这
9、里的每一级是指数字钟的各功能电路。级联如果出现时序配合不同步，或尖峰脉冲干扰，引起逻辑混乱，则可以增加多级逻辑门来延时。（图8）数字钟的主体电路逻辑图第三章：电路的安装与调试单元电路安装好后，应该先认真进行通电前的检查，通电后，检查每片集成电路的工作电压是否正常（TTL型集成电路电源电压为50.25V），这是电路有效工作的基本保证。调试该单元电路直至正常工作。调试可分为静态调试和动态调试两种，一般组合电路应静态调试，时序电路应动态调试。 统调主电路的方法是将已调试好的若干单元电路连接起来，然后跟踪信号流向，由输入到输出，由简单到复杂，依次测试，直至正常工作。因此时控制电路尚未安装，需人为地给受
10、控电路加以特定信号使其正常工作。 调试控制电路分为两步：第一步单独调试控制电路本身，施加于控制电路的各个信号可以人为设定为某种状态，直至正常工作。第二步将控制电路与系统主电路中各个功能部件联接起来，进行电路统调。多功能数字钟的设计实验中,基本模块分析：报警电路测试 此模块是由单稳态触发电路来实现报警电路的控制信号,用555构成多谐振荡器,再用一个三极管组成一个放大电路,以此来驱动喇叭工作. 先做整点报时电路,只要定时信号到来,555单稳态电路触发,555多谐振荡电路产生振荡信号输入3DG12基极,在发射极得到的放大信号推动喇叭工作;其他的时间555控制报警电路处于稳态,不会报警. 若此功能不能
11、实现,则要检查此模块的二个部分: a.先直接引入一个信号,看3DG12是否能发声,能就检查其他两个;不能就要检查放大电路和喇叭的好坏. b.然后再引入一个信号送入555多谐振荡电路的控制端,看能否报警.若不能就要检查555多谐振荡电路;放电时延为0.7R2C,充电时延为0.7(R1+R2)C.看参数是否合理.脉冲产生电路测试将输出脉冲接入示波器,观察其波形,读出周期T(f=1/T),即可以得出其脉冲频率.在要求不高和温度适合的条件下可以采用.第四章：设计心得 通过这次对数字钟的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在
12、此次的数字钟设计过程中,我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，巩固和加强了课本知识。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。通过课程设计，我真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐。设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，大学里半年的相处还赶不上这几天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。团结协作是成功的一项非常重要的保
13、证。而这次课程也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。通过这次课程设计，我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来才能更好的提高我们的能力。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。同时，在老师的身上我们也学到很多实用的知识，在此表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和老师表示衷心的感谢！附件：元器件清单元器件名称数量74LS004片74LS486片74LS741片74LS905片74LS922片74LS1911片5551个数码显示器2026片电阻器R15.1KR22 KR310KR43.3KR53.3KR63.3K 6个电容器C10.1uFC20.01uFC30.01uFC40.01uF 4个开关2个参考文献1 高建新 雷少刚 电子技术实验与实训 北京：机械工业出版社，2006.82 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. 电子工业出版社，20023 彭介华. 电子技术课程设计指导. 北京：高等教育出版社，1997,44 赵淑范 王宪伟 电子技术实验与课程设计 北京：清华大学出版社，2006.85 孙淑艳 电子技术实践教学指导书 北京：中国电力出版社，2005.106 王彩君 杨睿 周开邻 数字电路实验 北京：国防工业出版社，2006.7
