杭电短学期数字电子钟整点报时系统实验报告 - 图文

杭电数字电子钟整点报时系统实验报告

链接: http://pan.杭电baidu.杭电com杭电/s杭电/1nuxwOdz 密杭电码: k4yy 1. 自主设计： 1.1选题目的

数字电子钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械钟相比具有更高的准确性和直观性，且具有无机械传动装置等特点，因此得到了广泛的使用。数字电子钟从原理上看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。设计与制做数字电子钟可以使我们了解数字电子钟的原理，并且学会制作数字电子钟。而且通过数字电子钟的制作进一步地了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及使用方法.且由于数字电子钟包括组合逻辑电路和时序电路.通过此次课程设计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。(为方便测试，实际电路只做分秒单元，电路改为分钟报时) 1.2项目构思

1.2.1设计任务和基本要求

用中、小规模集成电路设计一台能显示分、秒的数字电子钟，基本要求如下：

·各用2位数码管显示累计时间“分”、“秒”；

·具有校时功能，可以分别对分及秒进行单独校时，使其校正到标准时间； ·具有整点报时功能。要求整点前鸣叫五次低音（500Hz左右），整点时再鸣叫一次高音（1000Hz左右），共鸣叫6响，两次鸣叫间隔0.5S。 1.2.2设计方案（系统简介）

整个设计主要分为六个模块：分模块、秒模块、分频模块、校时模块、整点报时模块、译码显示模块。分、秒模块分别用两块CD4029实现，并且分别将它们都设置为60进制。秒信号的产生，用石英晶体振荡器产生32768Hz的脉冲，经过整形、分频产生1Hz的秒脉冲。分频用CD4060分出2Hz的脉冲，再用CD4013分出1Hz的脉冲。将秒信号送入秒模块，每累计60秒发出一个分脉冲信号，分模块实现60分钟的累计，通过用74LS47实现的译码显示电路将时间在四个七段LED显示器中显示出来。整点报时电路根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后加上一

个高频或低频信号送到蜂鸣器实现报时。校时电路是直接加一个脉冲信号到分计数器或者秒计数器来对“分”、“秒”显示数字进行校对调整。 1.2.3原理框图

译码、显示译码、显示译码、显示整点报时24进制时计数器60进制分计数器60进制秒计数器校时校分校秒校时控制晶体振荡器分频器数字电子钟系统框图（实际报告不画小时单元）

1.2.4各模块电路设计 1．分频模块（秒信号发生器）

这部分电路现有石英晶体振荡器产生32768Hz的脉冲，经过CD4060十四次分频后产生2Hz的脉冲。再经过CD4013产生1Hz的脉冲。原理比较简单。

CD4060是十四位二进制计数器。它内部有十四级二分频器，有两个反相器G1、G2。R为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。在CP1下降沿，计数器以二进制计数。CP1(11脚)、CP0(10脚)分别为时钟输入、输出端。电源电压范围为3V～15V，输入电压范围为0V～VDD。它有十六个引脚，Q4～Q10、Q12～Q14为计数器输出端。VDD接正电源，Vss接地。其引脚图如下所示：

在CD4060的10、11脚之间接上一个32768Hz的晶体，就可以构成一个振荡器，其输出脉冲经过施密特整形电路整形后送入内部进行计数、分频，经

32768Hz214=16384分频，在输出端可得到2Hz（?2Hz）的标准信号。再经一级142CD4013组成的一级分频电路分频，即可得到秒脉冲信号。CD4013为双D触发器，在CP上升沿有效。其特性表如下：

输 入 CP ↑ ↑ ↓ X X X D 0 1 X X X X RD 0 0 0 0 1 1 SD 0 0 0 1 0 1 输 出 Qn+1 0 1 Qn 1 0 不用 注 同步置0 同步置1 保持 异步置1 异步置0 不允许 内部功能框图

2. 分模块、秒模块（60进制计数器）

分模块、秒模块为60进制计数器。60进制计数器可由两个计数器CD4029经过一定的方式连接组成的。一片CD4029用低位，另一片设计成六进制计数器做为高位。

CD4029是由具有预进位功能的4位二进制或BCD码十进制加减计数器构成。PE为高电平时，J1～J4预置计数器为任何状态,为低电平时,对计数器清零。当CI和PE均为低电平时,在时钟上升沿计数器计数。CO一般为高电平,只有在加至最大或减至最小时,为低电平。计数器闲置时,CI端需与VSS相连,当B/D为高电平时,以二进制计数;反之,为十进制。U/D为高电平时,为加计数器;反之,为减计数器。

故将“B／D”接低电平,将“U／D”接高电平。将第一片CD4029计数器的进位输出CO连到第二片CD4029计数器的进位输入CI,可实现100进制的计数器。利用“反馈置零”的方法,当计数器输出“2Q3Q2Q1Q0、1Q3Q2Q1Qo=0110、0000”时，通过门电路形成一置数脉冲，使计数器归零,这样就实现了60进制计数器。

60进制计数器

3. 译码显示模块

译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出的高、低电平信号。常用于驱动LED七段数码管的译码器有74LS47。

74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器,74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码,可以直接把数字转换为数码管的显示数字。74LS47为低电平作用, 专用于驱动LED七段共阳极显示数码管。下表列出了74LS47的真值表,表示出了它与数码管之间的关系。

本实验选用七段共阳极显示数码管，把数码管abcdefg的7个发光二极管的正

极连接在一起并接到5V电源上，其余的7个负极接到74LS47相应的abcdefg输出端上。无论共阴共阳7段显示电路，都需要加限流电阻，否则通电后就把7段译码管烧坏！限流电阻的选取是：5V电源电压减去发光二极管的工作电压除上10ma到15ma得数即为限流电阻的值。发光二极管的工作电压一般在1.8V--2.2V，为计算方便，通常选2V即可！本实验选取100Ω限流电阻。

BCD码译码显示器

4. 校时模块

校时电路是数字中不可缺少的部分，当数字显示与实际时间不符时，就要根据标准时间进行校时。其简单电路如下所示：

秒、分的“校时”电路

K1、K2分别控制校“秒”和校“分”。具体是这样的，当K1断开时，G1与非门打开，正常进行计秒。当需要校秒时，闭合K1，此时G1与非门被断开，此时暂停秒计时,时间正确时打开K1正常计秒。需要校分时闭合K2，G3与非门输出高电平，秒信号直接通过G2、G4门电路被送到分计数器中，使分计数器以秒的节奏快速计数。当分计数器的显示与标准时间数值相符时，松开K2。当松开K2时，门电路G2封锁秒脉冲，输出高电平，门电路G4接受来自秒计数器的输出进位信号，使分计数器正常工作。这就是校时电路的基本原理。

5. 整点报时模块

当计数器在每次计时到整分前6秒时,开始报时。即当“秒”计数器为54时，产生一信号,该信号持续时间为5秒钟,在这5秒内使低音信号送入蜂鸣器,鸣叫5声。当计数器运行到59秒时，产生一信号,该信号持续时间为1秒钟，在这1秒钟内使高音信号送入蜂鸣器,鸣叫l声。设计的整点报时电路如图所示。

利用CD4013触发器的记忆功能，可完成实现所要求的信号。当 “秒”计数器输出状态为54秒时，与门G1输出一高电平，使CD4013的第一个触发器的输出lQ被置成高电平，此时整点报时的低音信号(512Hz)与秒信号同时被引入到蜂鸣器，使蜂鸣器每次鸣叫0.5秒。一旦“秒”计数器输出状态为59秒时，与门G2输出高电平，使触发器的输出1Q变成低电平，同时将CD4013的第二个触发器的输出2Q置数为高电平。此时封锁报时低音信号，开启高音报时信号(1024Hz), 与秒信号同时被引入到蜂鸣器。

整点报时电路（实际报告不画小时单元） 1.2.5整体电路设计原理图

2.器件选择

参数分析计算以及选择依据请见1.2节 CD4060x1, CD4013X1, CD4081X1, CD4029X4, 74LS47X4, CD4011X1, 74HC02x1, CD4082X1

IC座：16脚x9，14脚x5，40脚x1 石英晶体:32768Hz x1

电阻：10MΩx1,100kΩx2,10kΩx2,1kΩx1,100Ωx4

电容：300pfx2， 轻触开关:2只

三极管：8050（或9013）x1 蜂鸣器：1只 共阳极数码管x4 实验板x1

3.调试方法和注意事项 3.1调试要点

1.标准秒信号调试（仪器：示波器）

在实验板上焊好CD4060和CD4013组成的分频模块后，用示波器观察CD4013上的13脚的输出波形，理想值为秒信号标准波形。

但事实上观察到的波形为频率为5HZ的方波信号（晶振问题），将晶振外壳接地即可使晶振频率变慢。

2.分、秒及显示电路的调试（仪器：SBL实验箱）

在实验板上焊好分模块和秒模块后，将秒信号分别引入到分、秒计数器单元电路中，观察数码管显示情况。

首次测试时观察到数码管分十位显示乱码，经检查和老师讲解后发现为CD4029的Q3脚未与74LS47焊接，正常焊接后数码管显示正常 3.校时电路的测试

将秒信号分别引入到校时电路中，分别按下K1和K2，检查分计数器和秒计数器的工作情况（工作正常） 4. 整点报时电路测试

将整点报时模块焊接好，检查数字钟在整分前及整分时的工作情况

测试时发现蜂鸣器报时时声音较小，最后去除了1K电阻和三极管后蜂鸣器正常鸣叫

3.2注意事项

1.焊接时注意焊接工艺，切勿造成虚焊

2.焊接时切勿将芯片放入IC座中，防止温度过高烧坏芯片 3.飞线时应尽量按最短距离原则，应贴近实验板焊接

4.焊接时要防止电源正极和地极短路，测试前要用万用表检查是否短路，防止供电时芯片烧坏 4.体会与建议

经过近多日的努力，终于将本次课程设计做完了，但由于水平有限，文中肯定有很多不恰当的地方，请老师指出其中的错误和不当之处，使我能做出改正，我会虚心接受。在本次课程设计过程中，我增强了自己的动手能力和分析能力。通过跟老师和同学的交流，也通过自己的努力，我按时完成了这次课程设计。在此过程中，我学会了很多，也看到了很多自己的不足之处。在以后的学习生活中，我会努力学习专业知识，完善自我，为将来的发展做好充分的准备。

总之，在这次课程设计中，我受益匪浅，学到了很多书本上所没有的东西，懂得了理论和实际联系的重要性。在以后的学习中，我不仅要把理论知识掌握牢固，更要提高自己的动手能力和分析能力。 5. 附录 PCB图：

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