数字电子钟课程设计实验报告

信息与通信工程学院

通信工程专业

《电子线路及系统》课程设计任务书

2016/2017 学年第  一   学期

学  生  姓  名：    张  涛     学 号：    

                 李子鹏     学 号：    

课程设计题目：           数字电子钟的设计                    

起  迄  日  期： 2017年1月4日～2017年7月10日       

课程设计地点：             科学楼                  

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                        2017年    月    日

课 程 设 计 任 务 书

信息与通信工程学院

通信工程专业

《电子线路及系统》课程设计开题报告

2016/2017  学年第  一   学期

题    目：             数字电子钟的设计                    

学生姓名：     张  涛     学 号：            

                     李子鹏     学 号：            

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2017  年  1 月  6 日

中北大学

信息与通信工程学院

通信工程专业

《电子线路及系统》课程设计说明书

2016/2017  学年第  二   学期

题    目：         数字电子钟的设计            

学生姓名：     张  涛     学 号：    

                     李子鹏     学 号：    

****              *****               

2017  年     月     日

1   引言    6

2   数字电子钟设计方案    6

2.1 数字计时器的设计思想    6

2.2数字电路设计及元器件参数选择    6

2.2.2 时、分、秒计数器    7

2.2.3 计数显示电路    8

2.2.5 整点报时电路    10

2.2.6 总体电路    10

2.3 安装与调试    11

2.3.1 数字电子钟PCB图    11

3  设计单元原理说明    11

3.1 555定时器原理    12

3.2 计数器原理    12

3.3 译码和数码显示电路原理    12

3.4 校时电路原理    12

4   心得与体会    12

1  引 言

数字钟是一种用数字电子技术实现时，分，秒计时的装置，具有较高的准确性和直观性等各方面的优势，而得到广泛的应用。此次设计数字电子钟是为了了解数字钟的原理，在设计数字电子钟的过程中，用 数字电子技术的理论和制作实践相结合，进一步加深数字电子技术课程知识的理解和应用，同时学会使用Multisim电子设计软件。

2数字电子钟设计方案

2.1 数字计时器的设计思想

要想构成数字钟，首先应选择一个脉冲源——能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。而脉冲源产生的脉冲信号地频率较高，因此，需要进行分频，使得高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号，即“秒脉冲信号”（频率为1Hz）。经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数。由于计时的规律是：60秒=1分，60分=1小时，24小时=1天，就需要分别设计60进制，24进制计数器，并发出驱动信号。各计数器输出信号经译码器、驱动器到数字显示器，是“时”、“分”、“秒”得以数字显示出来。

值得注意的是：任何记时装置都有误差，因此应考虑校准时间电路。校时电路一般采用自动快速调整和手动调整, “自动快速调整”可利用分频器输出的不同频率的脉冲使显示时间自动迅速调整时间。“手动调整”可利用手动的节拍调准显示时间。

2.2数字电路设计及元器件参数选择

2.2.1 秒信号电路

    它是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定于数字中的质量.通常晶体振荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。

多谐振荡器电路与分频电路如图1.1所示。多谐振荡器与分频电路为计数器提供计数脉冲和为计数器提供校时脉冲。

图1.1 多谐振荡器电路与分频电路

f=1/0.7(Rw+2R)C

多谐振荡器的频率设计为2Hz，R为50kΩ,C为4.7μF。

f=1/0.7(Rw+2R)C=1/0.7(50+2*51)*103*4.7*10-6≈2Hz

调节电位器Rw，使多谐振荡器产生频率为2Hz的方波信号。多谐振荡器产生的2Hz脉冲信号经过CD4013组成的分频器，进行2分频，输出1Hz的秒脉冲为计数器的计数脉冲。

2.2.2 时、分、秒计数器

秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后。分别得到显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。“秒”和“分”计数器应为六十进制，而“时”计数器应为二十四进制。要实现这一要求，可选用的中规模集成计数器较多，这里推荐74LS160

（1）采用两片十进制计数器74LS160N扩展连接，设计60进制的计数器，显示0到59，在59时采用置数的方法，将两片74LS160N同时置数至0，以循环显示0到59。  

图 1.2   两块74LS160构成的六十进制计数器

（2）24进制亦采用两片十进制计数器74LS160N扩展连接，设计24进制的计数器，显示0到23，在23时采用置数的方法，将两片74LS160N同时置数至0，以循环显示0到23。

图1.3   两块74LS160构成的二十四进制计数器

（3）利用秒钟的置数信号（为低电平），取反后作为分钟各位的使能端（EP和ET）的控制信号，以实现分秒之间的进位功能。同理可以实现分时之间的进位功能。

（4）显示功能  采用Multisim里面的DCD_HEX显示管进行时分秒的显示。将DCD_HEX显示管的四个针脚对应接到74LS160N的四个输出端。

2.2.3 计数显示电路

选用器件时应当注意译码器和显示器件相互配合。一是驱动功率要足够大，二是逻辑电平要匹配

秒计数器、分计数器、和时计数器的计数分别输送给各自的显示译码器CD4511，在数送给各自的数码管，显示出时、分、秒的计时。电路如图1.4所示为计数、译码显示电路。

图1.4  计数显示电路

2.2.4 校时电路

在刚接通电源或者时钟走时出现误差时，则需要进行时间的校准。置开关在手动位置，分别对时、分、秒进行单独计数，计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输入。校时电路如图1.5所示为校时电路。由与非门和二个开关组成，实现对“时”、“分”的校准。

图1.5 校时.分电路

当校时开关J1、J2扳到下端时，校时的2Hz脉冲输送到时计数器和分计数器个位的CP端，进行时计数器和分计数器“时”、“分”的校准。当校时开关J1、J2扳到上端时，时计数器和分计数器的进位脉冲输送到时计数器和分计数器个位的CP端，时钟正常计时。

2.2.5 整点报时电路

图1.6报时电路

2.2.6 总体电路

图1.7 数字钟总体电路

2.3 安装与调试

1 首先调试多谐振荡器。用示波器观察多谐振荡器输出波形，确定多谐振荡器是否正常工作，振荡频率是否是2Hz。调节电位器Rw，使多谐振荡器产生频率为2Hz的方波信号。

2 调试分频器。用示波器观察分频器输出波形，确定信号频率是否是1Hz。

3调试计数、译码显示电路。将秒信号输送给秒计数器、分计数器、和时计数器，观察各计数器是否工作正常。

4 调试校时电路。观察校时电路是否起到校时作用。

5 整体调试。各部分电路连接起来，观察电子钟是否正常工作。

2.3.1  数字电子钟PCB图

用EDA技术来实现，生成的PCB如下图所示:

图1.8 数字电子钟PCB图

3设计单元原理说明

数字钟以成为人们常生活中数字电子钟一般由振荡器，分频器，译码器，显示器等部分组成。数字钟的应用非常广泛，应用于人家庭以及车站。码头。剧场，办公室等公共场所，给人们的生活，学习，工作，娱乐带来极大的方便，由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确，性能稳定，携带方便等特点，它还用于计时，自动报时及自动控制等各个领域。 尽管目前市场上以有现成数字钟集成电路芯片，价格便宜这些都是数字电路中最基本的，应用最广的电路。数字电子钟的基本逻辑功能框图如下：它是一个将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。他的计时装置的周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时功能。因此，一个基本数字钟主要由五部分组成。

3.1 555定时器原理

晶体震荡器的作用是产生时间标准信号。数字钟的精度，主要取决于时间标准信号的频率及其稳定度。因此，一般用石英震荡器经过分得到。双极型555定时器由电阻分压器、比较器、基本RS触发器、双极型三极管T和输出缓冲器组成。

3.2 计数器原理

有了时间标准：“秒”信号后，就可以根据60秒为1分，60分为1小时，24小时为一天的计数周期，分别组成两个60进制，一个24进制的计数器。将这些计数器适当连接，就可以够成秒，分时的计数器 ，实现计时功能。

3.3 译码和数码显示电路原理

译码和数码显示电路是将数字钟的计时状态直观清晰地反映出来，被人们的视觉器官所接受。显示器件选用LED数码管。在译码及数码显示电路输出信号的驱动下，显示出清晰直观的数字符号。

3.4 校时电路原理

实际的数字钟电路由于秒信号的精确性和不可能做到完全准确无误，加之电路中其他原因，数字钟总会产生其他原因，数字钟总会产生走时误差的现象，因此，电路中就应该有校准时间的功能的电路。

4   心得与体会

我们学习了数字电子电路和模拟电子电路，对电子技术有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西。通过这次数字电子钟的课程设计，我们才把学到的东西与实践相结合。从中对我们学的知识有了更进一步的理解。

在此次的数字钟设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了自己思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。设计本身并不是有很重要的意义，而是我们对待问题时的态度和处理事情的能力。各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点。同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。另外，我们设计要从市场需求出发，既要有强大的功能，又要在价格方面比同等档次的便宜。同时对普通计数器如何构成n进制计数器有了更深的了解和掌握，对自我的实际操作能力也有了很高的提升。

此次的电子钟的设计，虽然不算复杂，但也耗费本人很多的精力。开始接触题目，查找相关资料，请教老师和同学，到亲手设计制作，连接电路，都花费我许多的精力，也很感谢老师的耐心解答和指导，感谢同学的帮助。

在整个设计过程中，自己对数电理论和实际的应用相结合又有了更深刻的理解，对知识的应用有了更深的认识，对自己思考，解决问题的能力有一定的提升。整个过程耗费不少时间和精力，但这些都是值得的。

在这次设计过程中，我也对word、画图、multsim等软件有了更进一步的了解使我在以后的工作中更加得心应手。