数电电子时钟课程设计

专业课程设计报告题目：数字电子钟课程设计系 别 电气工程系 专业班级 电气一班 学生姓名 指导教师 提交日期 2011年2月24日 一、 设计目的3二、 设计要求和设计指标3三、设计内容43.1方案设计与选择43.2原理设计和功能描述43.2.1数字计时器的设计思想43.2.2数字电子钟总体框架图53.3单元电路的设计63.3.1数字电子钟原理效果图63.3.2晶体振荡器电路63.3.3分频器电路73.3.4时间计数器电路83.3.5数码管83.3.6扬声器93.4元器件清单93.4.1数字电子钟仿真10四、本设计改进建议11五、感想11六、主要参考文献12附录12一、 设计目的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。因此，我们此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。二、 设计要求和设计指标1、设计一个能显示时、分、秒的数字钟，显示时间从00：00：00到23：59：592、设计的电路包括产生时基信号，时、分、秒的计时电路，显示电路。3、扩展功能：能实现校时、教分、教秒；整点报时。三、设计内容3.1方案设计与选择数字电子技术的复杂性和灵活性决定了数字电子钟的设计方案有多种，如下是我总结的部分方案。方案一：脉冲信号源的选择。用555定时器制作的多谐振荡器，信号发生器，脉冲芯片等方式都可以作为脉冲信号源，在此我选择的是多谐振荡器，主要考虑的是它的易于制作和很好的稳定性。方案二：时分秒计数器的选择。时分秒计数器的选择同样有多种，74160N和74161N都是不错的选择，74LS160和 74LS161, 74LS190和74LS191等等也都可以，考虑到其简单易用和作为课本上重点内容在此我们选择的是74160N。方案三：译码显示器的选择。DCD_HEX或7448加上SEVEN_SEG_COM_K等也是多种方案，这里我选择的是DCD_HEX。3.2原理设计和功能描述3.2.1数字计时器的设计思想要想构成数字钟，首先应选择一个脉冲源能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。而脉冲源产生的脉冲信号地频率较高，因此，需要进行分频，使得高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号，即“秒脉冲信号”（频率为1Hz）。经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数。由于计时的规律是：60秒=1分，60分=1小时，24小时=1天，就需要分别设计60进制，24进制计数器，并发出驱动信号。各计数器输出信号经译码器、驱动器到数字显示器，是“时”、“分”、“秒”得以数字显示出来。3.2.2数字电子钟总体框架图图2-23.3单元电路的设计3.3.1数字电子钟原理效果图图2-3-13.3.2晶体振荡器电路 晶体振荡器是电子钟的核心，晶体振荡器设计的质量直接影响了整个电的好坏。这里我用555定时器制作了一个多谐振荡器。其中R1=57.72 k, R1=115.4 k, C=100nF,Cf=10nF,f=1/0.7(Rw+2R)C=1/0.7(57.72+2*115.4)*103*100*10-950Hz。其产生的频率为50Hz,然后经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。如图：图2-3-23.3.3分频器电路分频器是由两个74160N组成的50进制计数器。则输出端的频率则是将原来的50Hz分成1Hz的频率输出，实现分频效果。图2-3-33.3.4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、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为24进制计数器，其原理图如下： 图2-3-43.3.5数码管数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为LED数码管DCD_HEX，其已内含译码器功能，所以不用再另加译码器。图2-3-53.3.6扬声器 该扬声器的额定频率为200Hz，额定电压为3V，额定电流为0.05A。图2-3-63.4元器件清单元件名称数量(个)DCD_HEX74160N555_VIRTUAL 4049BT_5V74LS00D57.72k电阻115.4k电阻5V直流电源BUZZER100nF电容10nF电容导线68133111111若干 表2-43.4.1数字电子钟仿真 下图为仿真结果，仿真开始时，多谐振荡器产生50Hz的正弦脉冲信号，然后经过分频器后其输出的频率变为1Hz。计数器接收到脉冲信号后开始计数，计数结果显示在数码管上。当分秒计数器达到59分59秒，然后再来一个脉冲信号时扬声器开始发声，也就是整点报时。下面为其中的一张仿真图。图3-1四、本设计改进建议1、应选用石英晶体振荡器，为了简化电路分频选用CD4040。2、本设计校时电路是将各个位上的使能端引出接一个单刀双掷开关，一端（1端）接低位的进位信号，另一端（2端）接校时电路。校正某位上的时间时，可以将相应位的开关接到2端，通过拨动校时电路就能实现校时功能。3、没有校时电路。五、感想（1） 布局设计：要先根据主体电路图和扩展电路图想象各个元件的分布位置，哪块电路板该放哪些元件，如何最大限度利用电路板的空间，怎么样才能使走线明朗、简洁。（2） 布线工艺：一开始看到电线像蜘蛛网一样，密密麻麻的，非常难看懂和检查，后来看了预先设计的线路，而且用各种颜色的导线区分，显得明朗清晰。（3） 课题核心及使用价值：该课题用一个生活中的实力展示了振荡电路、计数电路、译码电路的作用与衔接过程，揭示了电子钟内部电路图及其各部分的作用。我们通过此课题，结合上学期学习的模拟电子、数字电子技术的理论课知识，可以系统地学习电子设计与测试的流程、方法、原理，为我们以后设计更加专业、复杂的集成电路打下雄厚的基础。六、主要参考文献1 清华大学电子学教研组编，童诗白、华成英主编： 模拟电子技术基础 M .（ 第四版 ）.北京：高等教育出版社,2006.5（2009重印）2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 M . （第四版）. 北京:高等教育出版社，1988年3 清华大学电子学教研组编，阎 石主编： 数学电子技术基础 M . ( 第五版 ).北京：高等教育出版社，2006.5（2008年重印）4辽宁工程技术大学电工与电子技术实验中心组编，马玉芳、朴忠学、张国军主编： 电子技术实验指导书 ， 2010.35朱清慧、张凤蕊、翟天蒿、王志奎编著： Proteus教程电子线路设计、制版与仿真 M . 北京：清华大学教育出版社，2008.96熊幸明主编：电子电工技能训练 M.北京:电子工业出版社，2005年附录 10