数字钟 - 图文

中国矿业大学徐海学院

电子技术综合设计

姓 名：专 业：题 目：专 题：设计地点：设计日期：

成绩：

蒋泽宇 学 号： 22120197 电气12-2班 多功能简易数字钟 电子技术综合设计 电工电子实验室 2014年 11月30日 至 2014年12月31日 指导老师：

20014 年 12 月

电子技术综合设计任务书

学生姓名 蒋泽宇 专业年级 电气12-2班 学号 22120197

设计日期： 2014年 11月30日 至 2014年12月31日

设计题目： 电子技术综合设计

设计专题题目：多功能数字钟

设计主要内容和要求：

1. 主要内容：

① 用 CC4518双四位BCD同步加计数器设计60秒、60分、24小时归0

的计数电路；

② 用CC4511 七段译码驱动/锁存器及LG5011AH共阴数码管，设计译码及显示电路（数码管需加限流电阻）；

③ 用脉冲开关设计校准功能； ④ 脉冲信号发生器：

用NE555构成多谐振荡器（f=1KHz）

2. 整体电路原理图

60秒（60分）及24小时------计数、译码、显示

3. EWB仿真图

60秒、60分、24小时------计数、译码、显示

4. 设计原理图

用PROTEL99设计原理图

5. 设计PCB版图

用PROTEL99设计PCB板图

6. 功能扩展要求

设计：①定点报时功能 ②12小时归1计数电路

指导教师签字：

摘要

随着人类社会的进步,始终在生活中扮演的角色越来越重要和多样化,如今时钟已不仅仅是一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。诸如闹钟功能、日历显示功能、温度测量功能、湿度测量功能、电压测量功能、频率测量功能、过欠压报警功能等。钟表的数字化给人们的生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。可以说，设计多功能数字时钟的意义已不只在于数字时钟本身，更大的意义在于多功能数字时钟在许多实时控制系统中的应用.

关键词:数字钟 多功能 二十四秒 十二归一

目录

1.1数字钟的基本组成及工作原理

1.2数字钟的设计与制作

2.1十二归一的运用和原理

3.1二十四秒定时器的运用和原理

1.1数字钟的基本组成和设计原理

数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的钟表。与机械钟相比具有更高的准确性和直观性，具有更长的使用寿命，已得到广泛的使用。数字钟的设计方法有许多种，例如可用中小规模集成电路组成电子钟，也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟，还可以利用单片机来实现电子钟等等。这些方法都各有其特点，其中利用单片机实现的电子钟具有编程灵活，以便于功能的扩展。按照常规，在如此低的频率下，对单片机的指令执行速度会有矛盾，但是，这种单片机却能够让程序运行时使用“内部 RC ”振荡频率而仅仅是时钟部分使用 32768HZ频率，这样，就可以选择“内部 RC”高达数 MHZ 的指令运行频率而不用理会时钟走时频率，两者依靠这种特有的“RTC”功能获得了很理想的配合。当进入电池掉电保护的时候，可以令电池耗电维持在仅仅数十 uA 的水平，一只 60mAh的掉电保护电池，就可以让掉电保护时间长达几个月之久！进入掉电保护后，屏幕不显示，所有按钮和控制功能暂时失效，仅仅实时时钟仍然继续走时。当外部主电源恢复供电后，所有功能自动恢复，实时时钟无需调整。单片机的 15P是复位引脚，当上电时或者程序运行发生异常时，可以通过此引脚让程序重新运行。

但是，一般地，单片机本身具有“看门狗”自动复位功能，可以快速地自动对程序运行异常进行复位，人们几乎觉察不到它的复位影响。单片机的 10P 引脚安排为专门检测外部供电是否正常，当外部 5V供电掉电后，单片机将立即进入掉电保护状态，而在电路中电源能量还没有完全消耗尽之前，程序也必须抢先对各个端口进行配置，以便进入低电源消耗状态。电路图中有两个输出端口，一个是“睡眠”控制输出端口，它只有在开始倒计时的时候才会输出高电平；另一个时“定时”输出端口，它只有在到达定时时间的时候才会输出高电平。

合理地利用这两个输出，就能够安排一些简单的自动控制，例如，可以利用“睡眠”的倒计时功能来给电孵化行业的“自动翻蛋”使用，利用“定时”功能来作为一只“电子闹钟”等等。电路中，屏幕的公共引脚接有一只 NPN小功率三极管，这主要是在单片机对 74HC164 传送数据时，临时关闭显示屏幕的供电以免产生“鬼影”，同时，在掉电保护时则可以完全关闭屏幕的供电。单片机预留了两个端口没有使用，这里可以在将来安排外接电存储器，以便派生例如电子打铃仪或者多次定时数据存储，成为功能更加丰富的时钟品种。各个按钮的使用

说明：(请参考印刷板图)。各按键在印刷板上的编号与单片机芯片引脚和功能关系，请参考下面表格。其中，标注“G”的焊盘是电路供电的参考点，即 5V电源的负极，俗称“地线”。所有按键都是需要与这个“G”接通的时候（需要串入 1K 左右电阻），该按键才算是“被按下”。当这个“G”引出到按键板时，需要在它上面串接一只 1K左右的电阻，不要直接让其与各按键引脚直接“短接”，以防止芯片内部引脚损坏。

1.2数字钟的设计与制作

1.主板元件清单

2.扩展板元件清单

2.检查印刷线路板，是否有断线、短路等。

3.第一步焊IN4148二极管（黑圈为负极）， IN4007（IN4002）二极管（白圈为负极），两个二极管要平行在一条线上。

正负正负4. 第二步焊限流电阻，电阻黄色为有效环需放在上方，同时摆放要整齐。（为了保护发光数码管防止电流过大而损坏数码管需加，电源电压低可以取值小些，电源电压高可以取值大些）。

5. 第三步焊集成电路座，座的缺口为标志，方向应该在

左边。

6. 电解电容长脚为正短脚为负，独石电容不分正负极。 7. 发光二极管有正负极之分，长脚为正短脚为负,不要接反。

8. 安插集成芯片时要看清候型号，注意芯片缺口方向应该在左边，缺口对应的左下方为1管脚。

9. 开关（K1）调整秒，开关（K2）调整分，开关(K3)调整小时，开关K4为暂停，通过调整使时钟的秒、分、时走时与标准时间同步。

10. 芯片功能简介： CC4518为双四位BCD同步加计数器； CC4511为七段译码驱动/锁存器；CC4060为二进制14位计数分频器；CC4040二进制12位计数分频器； LG5011AH为共阴数码管。

11. 数字钟焊好通电检查，如果数码管不亮，需检查整个

地线是否通、3号管脚是否接地。

12. 显示不正常，需要用万用表检查每个芯片的工作电源，（红表笔放在14管脚、黑表笔放在7管脚）。

13. 扩展板与主板用排线相连，扩展板上的各连接线要求走水平或垂直且直角。

2.1十二归一运用及原理

12归1计数器通常有两种功能，即计数和置1，通过分析JK触发器的功能表和计数器状态表，可以看到，要实现计数，也有两种方法，即同步计数和异步计数；而要实现置1，同样也有两种方法，即利用JK触发器的端异步置1和直接利用J、K端同步置1。

异步计数／异步置1法的设计

异步时序电路是指无统一CP，输入时钟脉冲只作用于最低位触发器，各触发器间串行连接，即状态更新逐级进行的一种计数器电路。图1所示就是一种异步计数器的电路图。

3 同步计数／异步置1法的设计

所谓同步时序计数器，是指有统一的CP、状态更新与CP同步、而且共用的信号源。分

析12归1的状态表，可以看出：当低位全部变为1时，高位进位。而将JK触发器的、端置1，即为异步置l，其所设计的同步计数器电路如图2所示。

4 同步计数／同步置1法的设计

这种方法的计数器的状态由JK触发器的J、K端直接决定。可根据计数状态表得出J3驱动方程的卡偌图，具体如图3所示。

根据图3所示的卡偌图，可得出如下方程：

根据上述计数方程，再利用逻辑门电路，就可以设计出如图4所示的电路，从而实现十二归一计数器.

3.1二十四秒定时器的运用和原理

24秒计时器的总体参考方案框图如下图所示。它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路（简称控制电路）等五个模块组成。其中计数器和控制电路是系统的主要模块。计数器完成24秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。

秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但本设计对此信号要求并不太高，故电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡器构成。 译码显示电路由74HC4511和共阴极七段LED显示器组成。报警电路在实验中可用发光二极管和鸣蜂器代替。 主体电路： 24秒倒计时。24秒计数芯片的置数端清零端共用一个开关，比赛开始后，24秒的置数端无效，24秒的倒数计时器的倒数计时器开始进行倒计时，逐秒倒计到零。选取“00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号，让该信号与时钟脉冲在与门中将时钟截断，使计时器在计数到零时停住。

设计方案 分析设计任务，计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成24秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。 当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，译码器显示电路显示“24”字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停/连续开关拨在暂停位置上时，计时器停止计数，处于保持状态；当暂停/连续开关拨在连续时，计数器继续递减计数。

附录

1数字钟电路原理图（8K白纸手工画图） 2系统整体仿真图（计算机打印）

3数字钟电路Protei设计图（计算机打印） 4印刷电路板布线图（计算机打印）

参考文献

【1】 曹国清.数字电路与逻辑设计.徐州：中国矿业

大学出版社。

【2】 何荣超.数字电子技术基础.北京：北京工业大

学出版社。

【3】 张瑞.数字电路与逻辑设计.北京：高等教育出

版社。

【4】康华光.电子技术基础（模拟部分）.北京：高等教育出版社。

参考文献

【1】 曹国清.数字电路与逻辑设计.徐州：中国矿业

大学出版社。

【2】 何荣超.数字电子技术基础.北京：北京工业大

学出版社。

【3】 张瑞.数字电路与逻辑设计.北京：高等教育出

版社。

【4】康华光.电子技术基础（模拟部分）.北京：高等教育出版社。

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