数字电子钟课设

更新时间：2023-08-21 04:43:01 阅读量：高等教育文档下载

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前言

20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，大力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步改善，产品更新换代的节奏越来越快。作为电子专业的在校大学生为适应现代电子技术飞速发展的需要，更早更好地掌握所学知识，应用于实践显得尤为必要。在竞争日益激烈的当代社会，拥有一门拿手的技能是今后生存最起码的保障。

开展课程设计利用课余时间强化我们的专业技能，在目前教育形式下是我们在校大学生与今后工作接轨的很好方式。在未踏入社会走入工作岗位之前，初步了解产品的制作流程对日后的更好更快地进入工作角色具有很好的促进作用。

本设计说明书严格按照课题设计要求编写，编写过程当中得了老师、同学的大力支持，在此一并表示衷心的感谢。由于水平有限，书中难免有疏漏和不足之处，敬请大家予以指教,提出宝贵的意见.

设计任务书

功能要求

时钟功能：具有24小时计时方式，显示时、分、秒。

整点报时：在59分51秒、53秒、55秒、57秒输出500HZ音频信号，在59分59秒时输出1000HZ信号，音响持续1000HZ。

计时准确度：每天计时误差不超过10S。

具有校时功能。

设计步骤要求

拟定数字钟电路的组成框图，要求能实现所有功能，使用的元器件少，成本低。设计并安装电路，要求布线整齐、美观，便于级联和调试。

测试数字钟系统的逻辑功能，满足各项功能要求。

画出整机逻辑电路图。

写出设计报告。

简述心得与体会。

前言 1

设计任务 2

电路设计原理与实验电路

1.1设计任务及要求 4

1.2 计时器的特点及其应用 5

1.3 设计方案 6

1.4 单元模块

1.4.1振荡器的设计 7

1.4.2 分频器的设计 8

1.4.3 时、分、秒计算器的设计 8

1.4.4 译码器的设计 8

1.4.5校时电路的设计 8

1.4.6报时电路的设计 10

第2章电路板的制作及电路焊接与调试

2.1 电路板的制作 11

2.2 电路的安装 11

2.3 电路测试 12

心得与体会 14

鸣谢 14

附录

1.原理图和PCB图 15

2.元件清单 16

参考文献 17

摘要

本文利用数字电路知识设计数字钟，该数字钟可实现24小时计时、整点报时、校时功能。整个设计采用模块化结构设计，系统分为4个模块，即计数模块、较时模块、报时模块以及显示模块。利用555芯片构成振荡电路产生脉冲信号经分频器分频获得时基脉冲和报时脉冲。再经计数器和译码器构成系统的主体电路，在主体电路的基础上增加相应逻辑结构构成报时电路和校时电路。

关键字：脉冲计数器分频器报时校时

第1章电路设计原理与实验电路

数字电子钟由555组成的多谐振荡器、分频器、计数器、译码器显示器和校时电路组成。振荡器产生稳定的高频脉冲信号,作为数字钟的时间基准,然后经过分频器输出标准秒脉冲。秒计数器满60后向分计数器进位,分计数器满60后向小时计数器进位,小时计数器按照“24翻1”规律计数。计数器的输出分别经译码器送显示器显示。计时出现误差时,可以用校时电路校时、校分、校秒。

1．1设计任务及要求

1、设计一个有“时”、“分”、“秒”（23小时59分59秒）显示且有校时功能的电子钟。

2、用中小规模集成电路组成电子钟，自行组装、调试。

3、画出框图和逻辑电路图。

4 、功能扩展：

(1)整点报时。在59分51秒、53秒、55秒、57秒输出750Hz音频信号，在59分59秒时，输出1000Hz信号，音响持续1秒，在1000Hz音像结束时刻为整点。

（2）在计时出现误差时能通过校时电路进行校正。

1．2计时器的特点及其应用

本数字钟能清晰地显示时、分、秒之间的相互变化，并具有整点报时和手动较时的功能，主要用于一般的生活计时，计时精度高。整个系统集成化程度高，电路结构相对简单，模块化明显，是提高课堂学习效果的一个很好实例。数字钟的制作能将所学的数字电子技术很好地应用于实际制作当中。具有很高教学意义。

1.3 设计方案

如图1.1所示，数字钟电路电路系统由主体电路和扩展电路两大部分组成。其中，主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能。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，再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，分计数计满60后向小时计数器进位，小时计数器按照“24翻1”规律计数。计数器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较时、校分、校秒。扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行功能扩展。

数字钟的逻辑框图如图1.2所示。它由５５５振荡器、分频器计数器、译码器显示器和校时电路组成。

图1.2 数字钟逻辑框图

1.4单元模块的设计

主体电路由功能部件或单元电路组成，设计中采用了模块化的思想，使整个课题的设计在具体的设计过程当中任务明确，思路清晰。具体的模块设计如下。

1.4.1振荡器的设计

振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用石英晶体构成振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高。考虑到设计成本，在满足设计要求的前提下，本设计采用了集成定时器５５５与Ｒ、Ｃ组成多谐振荡器。改变电容C2可获得超长时间

的低频脉冲,调节电位器RV1可得到任意频率的脉冲(主要用于调试阶段)。振荡频率f0=1KHz，电路参数如图1.3所示。

图1.3 555振荡器电路

1.4.2 分频器的设计

分频器的功能主要有两个：一是产生标准秒脉冲信号；二是提供功能扩展电路所需要的信号，正点报时用的是1KHZ的高音频信号和500HZ的低音频信号。选用3片中规模集成电路计数器74LS90来完成上述功能。每片为1/10分频，3片级联则可以获得所需要的频率信号，即第一片的Q0端输出频率为100HZ，第二片的Q3端输出10HZ，第三片的Q3端输出为1HZ。

1.4.3 时分秒计数器的设计

分和秒计数器都是模数M=60的计数器，其计数规律为00---01--- 58---59---00 选74LS92作十位计数器，74LS90作个位计数器，再将它们级联组成模数M=60的计数器.时计数器是一个“24翻1”的特殊进制计数器，即当数字钟运行到24时59分59秒，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为01时00分00秒，实现日常生活中的计时规律。

1.4.4 译码电路的设计译码电路由74LS48和八段数码显示器组。74LS90产生的时间脉冲信号经由74LS48译码后翻译二进制代码，输入给八段数码显示器显示相应的时间，本系统中

采用共阴极八段数码显示器作为时间的显示。

1.4.５较时电路的设计

当数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间。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。通过开关控制，使计数器对1HZ的校时脉冲计数。如图1.4所示为校“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1.1所示。校时脉冲采用分频器输出的1HZ脉冲。

同时为了缓解开关S1或 S2为“0”或“1”时产生的抖动，需在开关处各并接一电容。当数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间。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。通过开关控制，使计数器对1HZ的校时脉冲计数。

1.4．6 报时电路的设计

每当数字钟计时快要到正点时发出声响，按照4低音1高音的频率发出间断声响，前4低音声响频率为500HZ，后1高音声响频率为1000HZ。并以最后一

声高音结束的时刻为正点时刻。本设计中，报时电路采用TTL与非门。报时电路如图1.5所示。4声低音分别发生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一声高音发生在59分59秒，声响均持续1秒。如表1.2所示。由表可得式1.1。只有当分十位的Q2M2Q0M2=11，分个位的Q3M1Q0M1=11，秒个位的Q2S2Q0S=11及秒个位的Q0S1=1时，音响电路才能工作。

第2章电路板的制作及电路焊接与调试

2.1 电路板的制作

利用protel软件将已仿真成功后的数字钟逻辑框图绘制成原理图和PCB图。制作过程如下。

1、原理图的绘制→2、ERC检查→3、生成网络表→4、导入PCB→5、转印PCB图→6、腐蚀铜板→7、钻孔。

原理图和PCB图见附录所示。

注意事项：制作PCB图时，元器件的封装必须与元器件的实际封装相一致，否则将给后面元器件的安装造成很大的麻烦，甚至会使整个电路板报废；转印PCB图时，两面的导线过孔一定要对整齐；腐蚀铜板时要注意不断搅拌溶液，以免断线。

2.2 电路安装

电路的安装分三步进行：元件测试，元件焊接，系统检查。

1、元件测试全部元件在安装前都要进行检查，检查内容及要求如表2.1所示。元器件名称测试内容及要求

二极管正向电阻、极性标志是否正确

三极管判断极性及类型

电解电容是否漏电，极性是否正确

电阻阻值是否合格

电位阻值是否线性变化且在要求范围内

数码显示管判断各引脚的对应的显示字段

芯片测量各引脚是否有短路现象

开关通断是否可靠

插头及软线接线是否可靠

表2.1 元器件测试

2、元件的焊接

在焊接元器件前应先将过孔导线连接好。焊接过程按不同的元件分类进行焊接，先将小元件或易于焊接的元器件焊接到铜板上，再进行芯片的或难焊接的元件的焊接。

为确保焊接质量高，焊接过程应注意以下事项。

1）、焊点应该接触良好，保证被焊件间能稳定可靠地通过一定的电流。

2）、避免虚焊的发生。

3）、焊点要有足够的机械强度。

4）、焊点表面应美观，不应出现棱角或拉尖现象。

5）、焊接时间的选择。在焊接温度确定之后，应根据润湿状态来决定焊接时间的长短。时间太短，锡焊不足以润湿；时间太长，有损伤元器件和印制板的危险。通常焊接在1.5~4s之间，且对同一个焊点应断续焊接，而不能连续焊接。

一般焊接分五步法进行焊接。

a)、准备。将被焊件固定在适当的位置，将焊料、电烙铁等准备好放入方便使用的地方，

进入可焊状态。

b)、用烙铁头加热被焊件。

c)、送入焊料。被焊件经过加热达到一定温度后，立即将左手握着的焊料送入到被焊件和烙铁头的连接点上熔化适量的焊料。

d)、移开焊料。当焊料溶化一定量之后，迅速移开焊料。

e)、移开电烙铁。当焊接流动扩散覆盖整个焊点后，迅速移开电烙铁。移开烙铁的方向以45o角度的方向移开。

注意：完成第五个步骤后,焊料尚未凝固以前,不能改变被焊件的位置,因为焊料未凝固前,如果被焊件的相对位置发生改变,可能出现虚焊.

2.3电路的调试

接通电源查看数码管显示状况，看是否出现错误。若出现错误，则需对系统进行调试。调试步骤如下：

1、接通电源逐级调试。先检查各芯片的电源线是否接上，并保证有正常的工作电压。

2、用万用表在U23（74LS90）的第11脚处测量输出电压，如果指针左右摆动，且周期为1秒，则正常。

3、检查各级计数器的工作情况。将“秒”信号直接接入计数器的/CPA端，检查“秒”计数器和“秒”译码驱动器和显示器的工作是否正常，计数器是否为六十进制、是否能正常进位。若不能正常显示，则需查74LS90计数器和74LS48译码驱动器和数码管。若不能正常六十进制，则需检查产生清零信号的74LS92芯片工作是否正常。

4、观察校时电路的功能是否满足校时要求，如果不正常，则需检查74LS92及74LS00芯片。

5、将时间调整到59min50s，观察报时电路能否准确报时。如果不正常，则需检查相应的74LS90芯片。

6、整机联调，使数字电子时钟正常工作。

心得与体会

通过这次设计，我好好的锤炼了我的耐性。通过了几个星期的努力，我终于完成了这次数字钟的设计，在设计过程中由于自己的耐性缺乏，导致设计多次中止进行，而且遇到的问题也不少。

在完成课程设计，我收获了很多。熟悉了WORD的一些不常用的基本操作，掌握了数字钟的设计方法，掌握了数字钟的主要性能参数及其测量方法，进一步对数字钟的设计有了更深一层的了解。通过仿真实验，进一步学习了EWB软件，加深了由电路原理图生成PCB，然后再生成实物的一般过程。

通过这次的课程设计，我意识到了自己的很多方面的不中。学习上的不足都是由于自己上

课不够认真听讲及课后没有再去巩固引起的。这门课程，就我自己的学习情况而言，我是一个容易学懂的同时也是一个容易记忘记的我，所以在学习后面章节的时个，前面的东西忘记了不少，甚至有点与前面的内容结合不起来。

鸣谢：

首先我非常感谢学校给我们这次动手的机会，为我们以后的课程设计和电子电工实习打下坚实的基础；同时感谢指导老师（***老师）的耐心指导；同样我们要感谢实验室值班老师为我们提供实验基地，并解答我们所遇到的疑问，能够让我们顺利的进行实验，也感谢帮助过我们的同学们。

2.数字钟元件清单

元件名称规格数量