數(shù)字鐘設(shè)計(帶仿真和連接圖)

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告題目： 數(shù)字鐘的設(shè)計與制作專業(yè)：電氣本一班學(xué)號：姓名:指導(dǎo)教師:時間:一、設(shè)計內(nèi)容數(shù)字鐘設(shè)計 技術(shù)指標(biāo)：(1)時間以24小時為周期；(2能夠顯示時，分，秒；(3)有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時 間；(4)計時過程具有報時功能，當(dāng)時間到達整點前5秒進行蜂鳴報時；(5)為了保證計時的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信 號.二、設(shè)計時間：第十五、十六周三、設(shè)計要求：(1)畫出設(shè)計的電路原理圖；S(2)選擇好元器件及給出參數(shù)，在原理圖中反應(yīng)出來；(3)并用仿真軟件進行模擬電路工作情況；(4)編寫課程報告。摘 要數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1

2、Hz）進行計數(shù)的計數(shù)電路。振蕩器產(chǎn)生 的時鐘信號經(jīng)過分頻器形成秒脈沖信號，秒脈沖信號輸入計數(shù)器進行計數(shù)，并把 累計結(jié)果以“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。秒計數(shù)器電路計滿60后觸發(fā) 分計數(shù)器電路，分計數(shù)器電路計滿60后觸發(fā)時計數(shù)器電路，當(dāng)計滿24小時后又 開始下一輪的循環(huán)計數(shù)。一般由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼顯示器 等幾部分組成。振蕩電路：主要用來產(chǎn)生時間標(biāo)準(zhǔn)信號，因為時鐘的精度主要取決于時間標(biāo) 準(zhǔn)信號的頻率及穩(wěn)定度，所以采用石英晶體振蕩器。分頻器：因為振蕩器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號頻率很高，要是要得到“秒”信號，需 一定級數(shù)的分頻器進行分頻。計數(shù)器：有了 “秒”信號，則可以根據(jù)60秒為1

3、分，24小時為1天的進制, 分別設(shè)定“時”、“分”、“秒”的計數(shù)器，分別為60進制,分進制,24進制計分 器，并輸出一分，一小時，一天的進位信號。譯碼顯示：將“時”“分”“秒”顯示出來。將計數(shù)器輸入狀態(tài)，輸入到譯碼 器，產(chǎn)生驅(qū)動數(shù)碼顯示器信號，呈現(xiàn)出對應(yīng)的進位數(shù)字字型。由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致，故需要在電路 上加一個校時電路可以對分和時進行校時。另外，計時過程要具有報時功能，當(dāng) 時間到達整點前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。為了使數(shù)字鐘使用方便，在設(shè)計上使用了 一個變壓器和一個整流橋來實現(xiàn)數(shù) 字鐘電能的輸入，使得可以方便地直接插入220V的交流電就可以正常地

4、使用了。 關(guān)鍵詞數(shù)字鐘振蕩計數(shù)校正報時1設(shè)計目的42設(shè)計要求4*3設(shè)計原理及框圖4數(shù)字鐘的構(gòu)成4數(shù)字鐘的原理5晶體振蕩電路6分頻器電路7時間計數(shù)單元8校時電路11整點報時電路13(4所用元件列表155整體設(shè)計圖166設(shè)計體會17187參考文獻1設(shè)計目的1 .使學(xué)生在學(xué)完了電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的基本理論，基本知識后，能夠綜合 運用所學(xué)理論知識、拓寬知識面，系統(tǒng)地進行電子電路的工程實踐訓(xùn)練，鍛煉動 手能力，培養(yǎng)工程師的基本技能，提高分析問題和解決問題的能力。2 .熟悉集成電路的引腳安排，掌握各芯片的邏輯功能及使用方法了解面包板結(jié) 構(gòu)及其接線方法，了解數(shù)字鐘的組成及工作原理。學(xué)會檢查電路的故障與排除故

5、障的一般方法3 .學(xué)會檢查電路的故障與排除故障的一般方法，掌握虛擬設(shè)計，學(xué)會使用一種 電路分析軟件（EWB或PSPICES）在計算機上進行電路設(shè)計與分析的方法。2設(shè)計要求1 .時間以24小時為一個周期；2 .顯示時、分、秒；3 .有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間；4 .計時過程具有報時功能，當(dāng)時間到達整點前5秒進行蜂鳴報時；5 .為了保證計時的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信號。3設(shè)計原理及框圖1 .數(shù)字鐘的構(gòu)成數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起 始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路,

6、同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成 數(shù)字鐘。圖1數(shù)字鐘的基本邏輯框圖（1）晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768IIz的方波信 號，可保證數(shù)字鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示 的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。分頻器電路分頻器電路將32768Hz的高頻方波信號經(jīng)32768 （ 2,5 ）次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計數(shù)器進行計數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。時間計數(shù)器電路時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個 位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位 計數(shù)器

7、為60進制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為12進 制計數(shù)器。譯碼驅(qū)動電路譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421 BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀 態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。數(shù)碼管數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管，本設(shè)計 提供的為LED數(shù)碼管。2.數(shù)字鐘的工作原理1）晶體振蕩器電路D1,D2是反相器，D1用于振蕩，D2用于緩沖整形0Rf為反饋電阻（10100M。），反饋電阻的作用是為CMOS反相器提供偏置，使其工作在放大狀態(tài)。C1是頻率微調(diào)電容，改變C1可對振蕩器頻率作微量調(diào)整，C1 一般取535pF。C2是溫度特性校正用的電容，一般取

8、20405pF,電容G、C2與晶體共同構(gòu)成II型 網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩器頻率的控制，并提供必要的180°相移。最后輸出fs=32768HzD1D2fsRfAAA-R145 32.768 kHz-C25 35pD-07T Cl 20-405pF圖4石英晶體振蕩電路2）分頻器電路將32 768Hz脈沖信號輸入到CD4060組成的脈沖振蕩的14位二進制計數(shù) 器，所以從最后一級Q14輸出的脈沖信號頻率為：32768/214 = 32768/16384 = 2Hz如圖6。再經(jīng)過二次分頻，得到1Hz的標(biāo)準(zhǔn)信號脈沖，即秒脈沖如圖7。Vcc圖6脈沖分頻電路圖7秒信號原理圖振蕩及分頻器電路:3）時間計數(shù)單

9、元時間計數(shù)單元有時計數(shù)、分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個部分。時計數(shù)單元一般為24進制計數(shù)器計數(shù)器，其輸出為兩位8421BCD碼形式； 分計數(shù)和秒計數(shù)單元為60進制計數(shù)器，其輸出也為8421BCD碼。分別用74LS90 實現(xiàn)。六十進制電路：選用兩塊74LS90采用異步清零的方法完成60進制。以“秒” 計數(shù)為例：計秒時，將秒個位計數(shù)單元的QA與C Pr（下降沿有效）相連，將74LS90 連接成10進制計數(shù)器，C PA （下降沿有效）與1 HZ秒輸入信號相連，QD可作 為向上的進位信號與十位計數(shù)單元的C P ,相連。秒十位計數(shù)單元為6進制計數(shù) 器，需要進制轉(zhuǎn)換。將1 0進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為6 （0110）進制計數(shù)

10、器，當(dāng)十位計 數(shù)器計到QD QC QB QA為0110時，QC QB相與后接RI, R2對十位進行清 零，個位為十進制到十自動清零。其具體連接圖如圖9cp.相連。其具體連接 圖如圖n74HC08D_2V 192( VCC5VV150 Hz5VGIID二十四進制電路：同理用兩個74LS90構(gòu)成二十四進制電路。如上圖所示，數(shù)碼管與74LS74D （七段譯碼器）構(gòu)成譯碼器電路。譯碼器電路：譯碼顯示電路是將計數(shù)器輸出的8421 BCD碼譯成數(shù)碼管顯示 所需要的高低電平，我們采用共陽極七段數(shù)碼管，引腳如圖。其則譯碼電路就應(yīng)選接與它配套的共陽極七段數(shù)碼驅(qū)動器。譯碼顯示電路可 采用74LS47D段譯碼驅(qū)動器

11、。譯碼器A、B、C、D與十進制計數(shù)器的四個輸出端 相連接，a、b、c、d、e、f、g即為驅(qū)動七段數(shù)碼顯示器的信號。根據(jù)A、B、C、 D所得的計數(shù)信號，數(shù)碼管顯示的相對應(yīng)的字型。其具體電路圖如圖U9：74LS47DU1D： 74LS47D1S1 :出 q 2 c =?=? 一4）校時電路當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進行校正。通常，校正時間的方 法是：首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方 波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。 根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分個位和時個位 的直接計數(shù)通路，并采用正常

12、計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其 中。原理圖:vcc時和分校正電路實際圖:Frcie 15）整點報時電路一般時鐘都應(yīng)具備整點報時電路功能，即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會自 動報時，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波。根據(jù)要求，電路應(yīng)在整點前5秒鐘內(nèi)開始整點報時，即當(dāng)時間在59分55秒到 59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。另外對于秒個位接法，使用卡諾圖, 可知：F=QD+QAQC+QBQC,接入再與時分位的QC、QA,時個位的QD、QA,秒十位 的QC、QA相與，控制三極管的導(dǎo)通。原理圖數(shù)字鐘設(shè)計一整點報時電踣部分分計數(shù)器十位 的Qc和QA分計數(shù)器個位 的Q

13、D和QA秒計數(shù)器十位 的QC和QA說明：當(dāng)時間在59分50秒到59分59秒期間時分十位.分個 位和秒十位均保持不變，分別為5, 9和5； 因此，可以珞分計數(shù)器十位的Qc和QA,個位的QD和QA及 秒計數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。實際連接圖:4所選用的元器件列表數(shù)碼管：6個74LS90N： 6 個74LS47D： 6 個74HC00D： 9 個 74HC08D： 4 個74HC32D： 3 個電阻:22MC1個，10MQ4個74LS51N： 2 個單刀雙擲開關(guān)：2個電容：30PF, 20PF各1個晶振：32768KHZ 1 個4060BP 74HC30D蜂鳴器各一個5整體設(shè)計原理圖。仿真圖（由于晶振電路不能仿真用矩形波電源代替）:總實際連接圖:intiiiuntilU3t'MOT/右為晶體振蕩器及分頻電路，下左為時分校正電路，下中間為報時電路，右邊四 個為六十進制電路，左邊為二十四進制電路，由上至下為六個數(shù)碼管，六個 74LS47D構(gòu)成的七段譯碼器電路，接下來右邊四個是四個74LS90構(gòu)成的兩個分 秒六十進制計時電路，左邊兩個是兩個74LS90構(gòu)成的小時24進制計時電路。6設(shè)計體會：通過這次實訓(xùn)對數(shù)電課程有了更詳盡的了解，對于理論設(shè)計及仿真等都有一 定的掌握，在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中，更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了 各芯片的工作原理和其