數(shù)字電子鐘說明書

1、華 南 農(nóng) 業(yè) 大 學電子線路綜合設計數(shù)字電子鐘設計 吳立夫201131190527 邢夏瓊201131190530 鄧善坤201131190509 黃景好201131190512 班級：11電子5班 組別：第六組 指導教師： 郭云志2013年6月摘 要數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1Hz）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)

2、碼顯示器等幾部分組成。振蕩電路：主要用來產(chǎn)生時間標準信號，因為時鐘的精度主要取決于時間標準信號的頻率及穩(wěn)定度，而石英晶體的選頻特性非常好，有一個極其穩(wěn)定的串聯(lián)諧振頻率f，而且等效品質(zhì)因數(shù)Q值也很高，所以采用石英晶體振蕩器。分頻器：因為振蕩器產(chǎn)生的標準信號頻率很高，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分，24小時為1天的進制，分別設定“時”、“分”、“秒”的計數(shù)器，分別為60進制，60進制,24進制計數(shù)器，并輸出一分，一小時的進位信號。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

3、應的進位數(shù)字字型。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（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，當時間到達整點前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。關鍵詞 數(shù)字鐘 振蕩 計數(shù) 校正 報時目 錄1設計任務.41.1設計任務及指標.41.2設計要求.42數(shù)字電子鐘的組成和工作原理.42.1數(shù)字鐘的構(gòu)成.42.2原理分析.42.3數(shù)字點鐘的基本邏輯功能框圖.53數(shù)字鐘的電路設計.53.1秒信號發(fā)生器的設計.53.1.1方案一.53.1.2方案二.63.1.3兩個方案的比較.73.2時間計數(shù)電路的設計.7321 “分”、“秒”六十進制計數(shù)器.

4、7322 “時”六十進制計數(shù)器.83.3譯碼顯示電路.83.4正點報時電路的設計.103.5校時電路的設計.114數(shù)字電子鐘的整體電路.125電路的裝配與調(diào)試過程.135.1電路焊接.135.2調(diào)試過程.136收獲、體會和建議.14參考文獻.15附錄 元件清單1設計任務 設計制作一個數(shù)字電子鐘，各在2位數(shù)碼管上顯示時，分，秒，時間計數(shù)電路采用24進制，從00開始到23后再回到00；具有手動校時、校分功能，計時過程具有整點報時功能。1.1設計任務及指標設計制作一個數(shù)字電子鐘；設計計數(shù)電路采用24進制，從00開始到23后再回到00；各用2位數(shù)碼管顯示時、分、秒；具有手動校時、校分功能，可以分別對時

5、、分進行單獨校正；計時過程具有報時功能，當時間到達整點前10秒開始，蜂鳴器響1秒停1秒地響5次。1.2設計要求1.小組集中查找資料，討論，確定設計方案；2.根據(jù)選定方案確定實現(xiàn)設計要求的基本電路和擴展電路，畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；3.根據(jù)經(jīng)濟原則選擇元器件及參數(shù)；4.小組進行電路焊接、調(diào)試、測試電路性能，撰寫整理設計說明書。2數(shù)字電子鐘的組成和工作原理21數(shù)字鐘的構(gòu)成數(shù)字鐘一般由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、較時電路、報時電路等部分組成，這些都是數(shù)字電路中應用最廣的基本電路.22原理分析數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1Hz）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

6、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，當計滿24小時后又開始下一輪的循環(huán)計數(shù)。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（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，當時間到達整點前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。23數(shù)字點鐘的基本邏輯功能框圖圖1 數(shù)字鐘的基本邏輯框圖3數(shù)字鐘的電路設計31 秒信號發(fā)生器的設計通過查找資料并展開討論，我們共同討論了兩個不同的秒信號發(fā)生器的設計方案。311方案一 555構(gòu)成

7、的多諧振蕩器電路圖如圖2。電容C1放電時間為：t1=R2*C1*ln2,充電時間為：t2=(R1+R2)*CI*ln2,則其振蕩頻率為f=1/(t1+t2)。選擇適當?shù)腞1、R2、C1值可使f1HZ。圖2 555構(gòu)成的多諧振蕩器312方案二 晶體振蕩分頻電路石英晶體振蕩電路1 采用頻率fs32768Hz的石英晶體。313兩個方案的比較1采用555多諧振蕩器優(yōu)點：555內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。缺點：要精確輸出1Hz脈沖，對電容和電阻的數(shù)值精度要求很高，所以輸出脈沖既不夠準確也不夠穩(wěn)定。2采用晶體振蕩分頻電路優(yōu)點：由石英晶體的阻抗頻

8、率響應可知，它的選頻特非常好，有一個極為穩(wěn)定的串聯(lián)諧振頻率fs，且等效品質(zhì)因數(shù)Q很高。只有頻率為fs的信號最容易通過，且其他頻率的信號均會被晶體所衰減。 圖3 石英晶體振蕩器3比較結(jié)果振蕩器是數(shù)字鐘的核心，振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度。為了達到設計要求，獲取更高的計時精度，選用晶體振蕩器構(gòu)成振蕩器電路。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。 32時間計數(shù)電路的設計秒信號經(jīng)秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器之后，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以及“時”個位、十位的計時輸出信號，然后送至譯碼顯示電路，以便實現(xiàn)用數(shù)字顯示時、分、秒的要求?！懊搿焙汀胺帧庇嫈?shù)器應為六

9、十進制，而“時”計數(shù)器應為二十四進制。采用10進制計數(shù)器74LS90來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。74LS90是四位二進制同步加法計數(shù)器，它的設置為多片集成計數(shù)器的級聯(lián)提供方便，具有異步清零，同步并行置數(shù)，保持和計數(shù)的功能。321 “分”、“秒”六十進制計數(shù)器選用兩塊74SL90采用異步清零的方法完成60進制。秒的計數(shù)單元為10進制計數(shù)器。當QDQCQBQA變成1010時，通過與非門把它的清零端變成0，計數(shù)器的輸出被置零，跳過1011到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此重復。秒的十為計數(shù)單元為6進制，當QDQCQBQA變成0101時，通過與非門把它的清零端變成0，計數(shù)器的輸出被置零，跳過0

10、110到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此就是60進制。同時秒十位上的0101時，要把進位號傳輸給“分”各位的計數(shù)單元。分的個位和十位計數(shù)單元的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和秒的是一樣的，只是它要把進位信號傳輸給時的個位計數(shù)單元。 圖4 74LS90電路圖322 “時”二十四進制計數(shù)器當“時”十位的QDQCQBQA為0000或0001時，“時”的個位計數(shù)單元是十進制計數(shù)器，當?shù)氐腝DQCQBQA到1010時，通過與非門使得個位74LS90上的清零端為0，則計數(shù)器的輸出直接置零，從0000開始。當十位的QDQCQBQA為0010時，通過與非門使得該74LS90的清零端為0，“時”的十位有重新從0000開始，此時

11、的個位計數(shù)單元變成了4進制，即當個位計數(shù)單元的QDQCQBQA為0100時，又要從0000開始計數(shù)，這樣就實現(xiàn)了“時”24進制的計數(shù)。 圖5 二十四進制示意圖33譯碼顯示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，我們采用陰極七段數(shù)碼管，引腳如圖7。其則譯碼電路就應選接與它配套的共陰極七段數(shù)碼驅(qū)動器。譯碼顯示電路可采用CD4511BC-7段譯碼驅(qū)動器，其芯片引腳如圖8。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)碼管顯示的相對應的字型。其顯示電路如圖。 圖

12、8 譯碼顯示電路34正點報時電路的設計要求當時間到達整點前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。即當時間達到xx時59分51秒時蜂鳴器開始響第一次，并持續(xù)一秒鐘，然后停鳴一秒，這樣響五次。在59分51秒到59分59秒之間，只有秒的個位計數(shù)，分的十位Q3 Q2 Q1 Q0輸出0101,個位Q3 Q2 Q1 Q0 輸出1001，秒的十位Q3 Q2 Q1 Q0 輸出0101均不變，而秒的個位Q0計數(shù)過程中輸出在0和1之間轉(zhuǎn)。所以可以利用與非門的相與功能，把分十位的Q2 、Q0 ,分個位的Q3、Q0，秒十位的Q2、Q0 和秒個位的Q0和時鐘脈沖相“與非”作為控制信號控制與非門的開斷，從而控制蜂鳴器的

13、響和停。如圖9。 圖9 整點報時電路35校時電路的設計 在剛接通電源或者時鐘走時出現(xiàn)誤差時，則需要進行時間的校準。置開關在手動位置，分別對時、分、秒進行單獨計數(shù)，計數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。校時電路由4個開關組成，實現(xiàn)對“時”、“分”的校準。由于在機械開關接通或斷開瞬間，觸電由于機械的彈性振顫，會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，即電路在短時間內(nèi)多次接通和斷開，使V0的邏輯電平多次在0和1之間跳變，導致錯誤的邏輯輸入?？梢圆捎肧R鎖存器的記憶作用消除機械開關觸電抖動引起的脈沖輸出。 圖10 校時電路電路圖4. 數(shù)字電子鐘的整體電路如下圖 圖11 數(shù)字電子鐘的計數(shù)校正電路5電路的裝配與調(diào)試過程51電路焊接焊接

14、時要主要布線和焊點的合理分布，盡量做到美觀。在焊之前， 主要是電路的布線，要盡量減少飛線避免一些電線的冗雜和重復，實際焊接過程中，要保證焊筆不要碰到已經(jīng)焊好的線，否則焊好的線很容易脫落。每焊接完一部分電路，就立即進行調(diào)試，測試無誤后方可進心下一階段的焊接。插拔集成芯片時用力要均勻，避免芯片管腳在插拔中變彎、折斷。焊接中出現(xiàn)的問題：1.在布局的時候發(fā)現(xiàn)飛線好多，為了避免飛線太多，盡量從芯片內(nèi)部繞線出來，可以盡量利用空間，同時可以讓所有的地線先連接在一條線上，可以使布局 美觀一點。2.導線由很多小小的線絲圍成，一根線絲在焊接過程中不注意可能跟別的走線相連導致短路，找了很久才找出問題所在，所以每一條

15、走線都要檢查的很仔細。3.在焊接的時候最好每一條走線完全焊完再焊下一條，如果同時焊的話會導致可能一些走線沒完全走完，使電路不能正常工作。4.在焊接完一部分電路后要立即進行調(diào)試，不然如果把電路全部焊接完后才調(diào)試，錯誤了就不知道是哪里錯了，所以焊接完一部分電路后要立即進行調(diào)試有利于檢查。52調(diào)試過程實際調(diào)試中出現(xiàn)了不少問題，如顯示不正常，秒計時中滿六十后不進位等等。仔細檢測后發(fā)現(xiàn)主要是電路的一些接線有錯以及輸出脈沖不行。下面是我們的通電源逐級調(diào)試，逐級排除故障錯誤的調(diào)試調(diào)試過程：1.用萬用表測量電壓源是否穩(wěn)定輸出5V電壓。2.剛開始沒有加上去抖電路的時候，計數(shù)器跳動頻率很高且無規(guī)律，是脈沖不穩(wěn)定而

16、產(chǎn)生的誤差，后來加上了RS組成的去抖電路改善了電路工作。3.檢查各級計數(shù)器的工作情況。將“秒”信號直接接入計數(shù)器的up端，檢查“秒”計數(shù)器和“秒”譯碼驅(qū)動器和顯示器的工作是否正常，計數(shù)器是否為六十進制、是否能正常進位。以同樣的方法檢查“分”“時”計數(shù)器是否計數(shù)正常。在給秒位計數(shù)器的CPA端輸入頻率為1Hz,幅值為5V的方波信號后，顯示器并沒有進位也沒有隨著脈沖信號跳動，分析是74LS90出了故障，更換一個74LS90后問題依然存在，于是仔細對電路圖檢查路線，發(fā)現(xiàn)74LS90置零端沒有接地，將74LS90的置零端接地后秒個位顯示器正常計數(shù)。誤差測試與分析理論值10 s20 s30 s40 s50

17、 s60 s第一次實測值10.1s20.1 s30.1 s40.1 s50.0 s60.0 s第二次實測值10.0 s20.1 s30.0 s40.0 s50.0 s60.1 s第三次實測值10.1s20.1 s30.1 s40.0 s50.1 s60.1 s平均值10.06 s20.1 s30.06 s40.03 s50.03 s60.06 s分析：誤差屬機械引起的誤差：器件本身的不足，還有電容電阻本身的局限性導致測試的誤差，導線太長太多，由于導線也有電阻，也會影響測量結(jié)果。6收獲、體會和建議收獲與體會：1、加強了團隊合作精神，磨練了我們的意志力。我們各人之間好好的配合，分工合作，設計過程沒

18、有一團亂麻。這這個課程設計過程前期，所有成員都有找了不同的電路圖和不同的方案，并進行比較選擇，之后有成員負責布線，焊接電路， 還有隊員負責調(diào)試時出現(xiàn)錯誤后對電路進行修改和重焊，更為可貴的是，我們彼此鼓勵，同舟共濟地處理每個問題。這種團隊精神將是我們美好的回憶。我們花了很多心血來做這個課程設計，由于前一個星期要考試，沒時間做課程設計，所以很緊的時間，后面出錯的時候經(jīng)常檢查電路到凌晨2點多，最后一天晚上通宵到三點多才完工，但凡事不是一帆風順的，我們遇到了許多困難。有些困難甚至看進來難于解決，確實也是打擊了我們的信心。但我們毫不氣餒，認真地檢查電路，檢查焊接的好壞，用堅強的意志解決問題，到最后終于成功了。2、加強我們對電子器件的了解。一直以來，我們都對電子器件都很感興趣，對電子應用感到好奇。這次我們親自制作