数字电子钟课设广工

课程设计

课程名称数电课程设计

题目名称___功能数字钟的电路设计 学生学院___ 物理与光电工程学院__ 专业班级 14级电子3班 学号 3214008511 学生姓名戎玉丽

指导教师____ 李红涛 __

2016年06月10日

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摘要

本次课程设计的主题是数字电子钟。本电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、数码管显示器、整点报时电路组成。而秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，这里用石英晶体振荡器加分频器来实现。将产生的秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用12进制计时器，可实现对半天的12小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发蜂鸣器实现报时。

关键词：数字电子钟；课程设计；七段译码器；计数器；晶体振荡

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目录

综述??????????????????????2 1、方案设计与选择???????????????4 2、原理设计和功能描述?????????????4 2.1振荡电路?????????????????4 2.2时间计数电路???????????????5 2.3译码驱动和显示电路????????????6 2.4校时电路?????????????????6 2.5整点报时电路???????????????7 3 元器件????????????????????7 4各功能模块电路????????????????8 5、制作成成品?????????????????10 6、总结与体会?????????????????11 7、参考文献??????????????????12

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1、方案设计与选择：

本作品的设计采用555计时器直接产生1Hz脉冲信号来计算时间，计时电路采用74HC390进行计数，并利用74HC00获取相对应计数值产生复位脉冲来实现，然后通过七段译码器CD4511来译码，并通过数码管来显示时间。

2、原理设计与功能描述

1）、振荡电路 (1) 振荡器电路 A) 方案设计 方案一：

VDD15VR3143kΩR3010kΩR321kΩ31211R35U6A4U7B4576111kΩR33200ΩR37100kΩD9C1100nFTL084INTL084IN1N4742AD101N4742A

U1B方案二：

U1AR174HC04N_4VX120MΩC1C2HC-49/U_5MHz30pF30pF74HC04N_4V

方案三、

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C3C410μF1μFGNDCONTRITHRDISOUTVCCRSTR4647kΩR481kΩKey=AR4747kΩ50 U5_VIRTUALTimerVDD5V

B) 电路选择

方案一电路结构简单，所需原件较少。但是方波正弦波发生电路的电阻电容参数不稳定，受温度影响较大。除此之外，后面加上两个10进制分频器，使得元件开销大，增加排版难度。而方案二晶振频率稳定，受温度影响小，但是晶体振荡器适合于高频电路，频率太低不易起振。同时分频电路的元件开销稍大。方案三 电路简单，元件开销少，不用分频电路，可以直接将输出脉冲送到秒计数器，减少了后面电路的压力。

综合以上各方案，虽然方案三电路受温度影响较大，但可以用高精度电阻电容尽量减少元件参数和温度影响，且电路简单，元件开销极少，减少后级电路压力。考虑到数字钟电路的整体设计，最终选择方案三。

2）时间计数电路

时间计数单元有时计数、分计数和秒计数等几个部分。时计数单元一般为１２进制计数器或２４进制计数器，其输出为两位８４２１ＢＣＤ码形式；分计数和秒计数单元为６０进制计数器，其输出也为８４２１ＢＣＤ码。

一般采用10进制同步计数器如74HC160来实现时间计数单元的计数功能。欲实现12进制和60进制计数还需进行计数模值转换。

秒计数单元是10计数器，无需进行进制转换。秒个位CP与1HZ脉冲相连，秒个位的进位输出通过反相器与秒十位的CP相连。当秒个位为1001时，秒个位的TC为高电平，秒十位的CP为低电平，下一个脉冲到来时，秒个位的TC为低电平，秒十位的CP为高电平，即有了一个上升沿触发了，秒十位加1。

秒十位是六进制，CP通过反向器与个位的TC相连，Q1、Q2通过一个与非门接到十位的得清零端。当十位为0110时，十位清零。电路如下图

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VDD4V2191076543219107ENTENPRCO15107ENTENPRCO15~CLR~LOADENTENPDCBA~CLR~LOADCLKCLK74HC160N_4VRCOU5U374HC160N_4VU2CQDQCQBQA11121314QDQCQBQADCBA65431511121314QDQCQBQAU4A 时计数器是二十四进制计数单元，时个位与分和秒的个位接法相同。由于每到24时计数单元全部清零，因此时的个位的Q2端和十位的Q1端通过求与非后反馈到个位和十位的清零端，当十位为0010，个位为0100时，立即清零。电路如图

74HC03N_4V74HC04N_4VVDD4V21910765432~CLR~LOADENTENPDCBAU13RCO74HC160N_4VQDQCQBQA1511121314U1274HC160N_4VU2E74HC04N_4VU8A74HC03N_4V~CLR~LOADCLKCLK1911121314DCBA6543

3）、译码驱动和显示电路

计数器实现了对时间的计数并且是以8421BCD码的形式输出，为了将8421BCD码显示出来，需要用显示译码器将计数器输出的数码转换为显示器所需要的逻辑和一点的电流，这里，我采用7447译码器进行译码，然后利用数码管进行显示。

4）、校时单元电路

根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功能，且在进行校正时，各时间计数应互相不受影响。即进行相应校正时，其他两个应该断开，电路设计如图

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C1S4F0.1μC2S3S20.1μFS1R45300ΩR1300ΩVDD5V键 = 空格键 = 空格

当S1下面的开关右拨时，秒正常进位；当往左拨时，断开秒十位对分的进位，此时进入分校准状态：当S4往下拨时，S1输出高电平，给分个位一个进位脉冲，同时C1充电；当S4往上拨时，C1放电，S1输出低电平。S2、S3组成时校准电路，原理相同。

5）、整点报时路

当时间在59分50秒到59分59秒期间时开始报时，当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5、9和5，因此可将分计数器十位的QＣ和QＡ、个位的QＤ和QＡ及秒计数器十位的QＣ和QＡ相与，从而产生报时控制信号。

报时电路可选74HC30来构成。74HC30为8输入与非门。

3、 元器件

本课程设计共用到的元器件清单

材种77777LED4444HHHH4发光CCCC14二极00363400料类 封N NN NN NN N7 N管 LE清装 数00000DIIAAPPRR55--44XX单 量 3 1 1 6 6 1 2 2 1 2 11111-4 4 4D 6 6 1 P P 5 5 左右拨的单刀双匝开关 D鼠标按键开关TIAIHUA D330nf10uf陶电瓷解电电容 C容 C 7

10510447陶陶k微瓷瓷电调定电电欧欧电电容 C容 C阻 AAAXPPIRRA55LR---440XX.5 5 3 5 2 7 2 1 1 2 1 1 8 6 10K电时阻 V器 P阻 A阻 AXXXXIIII0AAAANE555P312300.K003K0LLLLH ----0000....8 3 3 3 3 4电电阻 A阻 A八段共阳数码管：Dpy Blue-CC

4、 各功能模块电路图 1）秒脉冲振荡电路

C3C410μF1μFGNDCONTRITHRDISOUTVCCRSTR4647kΩR481kΩKey=AR4747kΩ50 U5_VIRTUALTimerVDD5V

VDD5VC52）计时单元电路

74HC04N_4VU2D74HC04N_4VU2B0.1μF21910765432191076543219107654321910765432191076543219107ENTENPRCO15~CLR~LOADENTENPDCBA~CLR~LOADENTENPDCBA~CLR~LOADENTENPDCBA~CLR~LOADENTENPDCBA~CLR~LOADENTENPDCBA~CLR~LOADCLKCLKCLKCLKCLKU13RCORCORCORCORCO74HC160N_4VQDQCQBQA1511121314U1274HC160N_4VU774HC160N_4VQDQCQBQAU6QDQCQBQACLKQDQCQBQAQDQCQBQA1511121314151112131415111213141511121314U4BU8A74HC03N_4V74HC04N_4V74HC03N_4V74HC04N_4VU4A74HC03N_4V74HC04N_4V11121314U2EU2AU2CQDQCQBQA74HC160N_4V74HC160N_4VU5U374HC160N_4VDCBA6543 8

3）译码器电路

VDD5V45362174536217453621745362174536217453~BI/RBO~RBI~LTCA~BI/RBO~RBI~LTDCBA~BI/RBO~RBI~LTDCBA~BI/RBO~RBI~LTDCBA~BI/RBO~RBI~LTDCBA~BI/RBO~RBI~LTDCBAU97447NU107447NOGOFOEODOCOBOAU117447NU147447NU15OGOFOEODOCOBOAOGOFOEODOCOBOAOGOFOEODOCOBOAOGOFOEODOCOBOA14159101112131415910111213141591011121314159101112131415910111213CACACACACAU17R44R43R42R41R40R39R38300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩU18R37R36R35R34R33R32R31300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩU19R28R29R27R26R25R30R24300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩU20R23R22R21R20R17R18R19300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩU21R16R15R14R11R13R12R10300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩU22ABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFG1415910111213OGOFOEODOCOBOA7447NU167447NR7R5R8R4R6R3R9300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩDCBA6217

4）．利用74HC30D设计一个差点报时电路。要求到达整点前10秒时具有报时功能如图

整点报时电路

5）总仿真电路

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C3C410μF1μFGNDCONR4647kΩR481kΩKey=AR4747kΩC1S4F0.1μC2S3S20.1μF74HC04N_4VU2D键 = 空格S1R45VDD5VC70.1μFOUTVCCTRITHRDISRST50 %键 = 空格300ΩR1300ΩC50.1μF5V555_VIRTUALTimerVDD74HC04N_4VU2B21910765432191076543219107654321910765432191076543219107ENTENPRCO~CLR~LOADENTENPDCBA~CLR~LOADENTENPDCBA~CLR~LOADENTENPDCBA~CLR~LOADENTENPDCBA~CLR~LOADENTENPDCBA~CLR~LOADCLKCLKCLKCLKCLKU13RCORCORCORCORCO74HC160N_4VQDQCQBQA1511121314U1274HC160N_4VU774HC160N_4VQDQCQBQAU6QDQCQBQACLKQDQCQBQAQDQCQBQAQDQCQBQA74HC160N_4V151112131474HC160N_4VU5U374HC160N_4VU2CLS1U24BUZZER200 Hz R2200Ω74HC30N_4V15111213141511121314151112131415453U4BU8A74HC03N_4VVDD5V74HC04N_4V74HC03N_4V74HC04N_4VU4A74HC03N_4V74HC04N_4V45362174536217453621745362174536217~BI/RBOOG~RBIOF~LTOEODDOCCOBBOAA~BI/RBO~RBI~LTDCBA~BI/RBO~RBI~LTDCBA~BI/RBO~RBI~LTDCBA~BI/RBO~RBI~LTDCBA~BI/RBO~RBI~LTCAU97447NU107447NOGOFOEODOCOBOAU117447NU147447NU15OGOFOEODOCOBOAOGOFOEODOCOBOAOGOFOEODOCOBOA14159101112131415910111213141591011121314159101112131415910111213CACACACACAU17R44R43R42R41R40R39R38300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩU18R37R36R35R34R33R32R31300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩU19R28R29R27R26R25R30R24300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩU20R23R22R21R20R17R18R19300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩU21R16R15R14R11R13R12R10300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩU221415910111213OGOFOEODOCOBOA7447NU167447NR7R5R8R4R6R3R9300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩDCBA621711121314U2EU2ADCBA6543300ΩABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFG

完成后的实物图：（正面）

完成的实物图：（反面）

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6、总结与经验：

通过这次课程设计，我对数字电子技术的理论知识的理解更加深刻，对时序电路的设计步骤也更加熟悉。在本次设计中，我还发现了一点问题，就是理论和实际并不是完全符合的。比如秒钟单元电路向分钟单元电路提供脉冲的进位信号不能直接加到分钟单元电路的脉冲端口上，而是需要经过一个非门后再加到分钟单元电路的脉冲输入端上。同时，还要给这部分进位电路并联一个开关。由于电路的线很多，做这个设计需要很好的耐心和毅力。 还有就是知识的收获，使我懂得数字电子钟的运用原理，加强各种逻辑门功能的认识和使用，综合运用计时器，译码器等等，这是平时课堂很难学到的，所以这个设计对我的帮助很大。在设计的过程中，碰到了很多的困难，遇到了很多问题，不断地思考与尝试，以及向同学请教，但还是没能完全设计好，以后有时间还得多去实验室尝试，争取做好一些拓展功能。通过这次设计，对上学期学习的数字电路的相关知识得到了复习和巩固，也查阅了一些相关的资料，也加深了我对数字电路应用的理解，总之这次的电子技术课程设计受益匪浅。

7、参考文献：

《数字电子技术基础》高等教育出版社，2009 主编：阎石

《电工电子技能实训》高等教育出版社，2010年主编：周誉昌、蒋力立 《电路与电子技术仿真实验教程》中国出版集团 2010年，主编：彭端

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6、总结与经验：

通过这次课程设计，我对数字电子技术的理论知识的理解更加深刻，对时序电路的设计步骤也更加熟悉。在本次设计中，我还发现了一点问题，就是理论和实际并不是完全符合的。比如秒钟单元电路向分钟单元电路提供脉冲的进位信号不能直接加到分钟单元电路的脉冲端口上，而是需要经过一个非门后再加到分钟单元电路的脉冲输入端上。同时，还要给这部分进位电路并联一个开关。由于电路的线很多，做这个设计需要很好的耐心和毅力。 还有就是知识的收获，使我懂得数字电子钟的运用原理，加强各种逻辑门功能的认识和使用，综合运用计时器，译码器等等，这是平时课堂很难学到的，所以这个设计对我的帮助很大。在设计的过程中，碰到了很多的困难，遇到了很多问题，不断地思考与尝试，以及向同学请教，但还是没能完全设计好，以后有时间还得多去实验室尝试，争取做好一些拓展功能。通过这次设计，对上学期学习的数字电路的相关知识得到了复习和巩固，也查阅了一些相关的资料，也加深了我对数字电路应用的理解，总之这次的电子技术课程设计受益匪浅。

7、参考文献：

《数字电子技术基础》高等教育出版社，2009 主编：阎石

《电工电子技能实训》高等教育出版社，2010年主编：周誉昌、蒋力立 《电路与电子技术仿真实验教程》中国出版集团 2010年，主编：彭端

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vdno.html