多功能数字钟的设计

1江西信息应用职业技术学院毕业设计（论文）专业名称：班级：学生名称：指导老师：系主任：二0一0年四月三日2毕业设计（论文）任务书Ⅰ、毕业设计（论文）题目：多功能数字钟的设计II、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：以数字形式显示时，分，秒的时间，要求有手动校时分秒的基本功能，以及定时控制，仿广播电台正点报时，自动整点报时或触摸报整点时数的扩展功能。III、毕业设计（论文）工作内容：2010年11月：论文选题，查阅参考资料2011年2月：完成初稿2011年3月：论文修改2011年4月：论文定稿3IV、主要参考资料：[1]谢自美《电子线路设计——实验——测试》华中科技大学出版社[2]路而红《虚拟电子实验室——EWB》人民邮电出版社[3]祁存荣《电子技术基础实验》武汉理工大学教材中心[4]康华光《电子技术基础数字部分》高等教育出版社[5]郑继禹《同步理论与技术》电子工业出版社[6]方建邦《通信电子电路基础》人民邮电出版社[7]陈安凯《最新集成电路数据手册》人民邮电出版社[8]王港元《电子电工实践指导》人民邮电出版社目录1.引言...................................................................52.设计要求及目的.........................................................62.1设计要求..............................................................62.2设计目的..............................................................62.3设计指标..............................................................72.3.1基本功能..........................................................72.3.2扩展功能..........................................................73主体电路的设计..........................................................73.1数字钟的构成.........................................................73.2数字钟电路系统的组成框图.............................................73.2.1振荡器的设计.....................................................83.2.2分频器的设计.....................................................93.3.1.1时分秒计数器的设计............................................103.3.1.2校时电路的设计................................................123.3.1.3主体电路的装调................................................134.功能扩展电路的设计....................................................154.1定时控制电路的设计..................................................1544.2仿广播电台正点报时电路的设计........................................154.3报整点时数电路的设计................................................174.4触摸报整点时数电路的设计............................................195电路仿真调试.........................................................195.1实验过程中遇到的问题及解决方法......................................195.1.1面包板和芯片的测试..............................................195.1.2时间计数电路的连接与测试........................................195.1.3校正电路........................................................196总结..................................................................206.1心得体会............................................................20７．参考文献...........................................................21８.附录.................................................................21元器件列表...............................................................21摘要多功能数字钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。具有时间显示、闹钟设置、报时功能、校正作用。走时准确、显示直观、精度、稳定等优点。电路装置十分小巧,安装使用也方便。同时在日期中，它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱。数字钟从原理上讲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。目前，数字钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。从有利于学习的角度考虑，这里主要介绍以中小规模集成电路设计数字钟的方法。经过了数字电路设计这门课程的系统学习，特别经过了关于组合逻辑电路与时序逻辑电路部分的学习，我们已经具备了设计小规模集成电路的能力，借由本次设计的机会，充分将所学的知识运用到实际中去。本次课程设计要求设计一个数字钟，基本要求为数字钟的时间周期为24小时，数字钟显示时、分、秒，数字钟的时间基准一秒对应现实生活中的时钟的一秒。供扩展的方面涉及到定时自动报警、按时自动打铃、定时广播、定时启闭路灯等。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。5关键字：晶体振荡器，分频器，计数器，显示器和校时电路。1.引言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，有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提高，产品更新换代的节奏也越来越快。数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、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、集成电路有体积小、功耗小、功能多、携带方便等优点，，因此在许多电子设备中被广泛使用。电子钟是人们日常生活中常用的计时工具，而数字式电子钟又有其体积小、重量轻、走时准确、结构简单、耗电量少等优点而在生活中被广泛应用，因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路来设计一个数字式电子钟，使其完成时间及星期的显示功能。本次设计以数字电子为主，分别对1S时钟信号源、秒计时显示、分计时显示、小时计时显示、整点报时及校时电路进行设计，然后将它们组合，来完成时、分、秒的显示并且6有整点报时和走时校准的功能。并通过本次设计加深对数字电子技术的理解以及更熟练使用计数器、触发器和各种逻辑门电路的能力。电路主要使用集成计数器、译码集成电路、LED数码管及各种门电路和基本的触发器等，电路使用5号电池共电，很适合在日常生活中使用。由于本人能力有限，在设计中难免会出现错误与不足，希望老师给予批评并提出宝贵意见。2.设计要求及目的2.1设计要求本课题是设计一个多功能数字钟，以数字形式显示时，分，秒的时间，要求有手动校时分秒的基本功能，以及定时控制，仿广播电台正点报时，自动整点报时或触摸报整点时数的扩展功能。2.2设计目的数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲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。因此，我们此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它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。72.3设计指标2.3.1基本功能1.准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间2.小时的计时要求为“12翻1”，分和秒的计时要求为60进位3.校正时间2.3.2扩展功能1.定时控制2.仿广播电台正点报时3.报整点时数4.触摸报整点时数3主体电路的设计3.1数字钟的构成数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。3.2数字钟电路系统的组成框图主体电路扩展电路时显示器时译码器时计数器分显示器分译码器分计数器校时电路振荡器分频器秒显示器秒译码器秒计数器定时控制仿电台报时报整点时数触摸整点报时1s8图1数字钟电路系统的组成方框图主体电路是由功能部件或单元电路组成的。在设计这些电路或选择部件时，尽量选用同类型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成电路或都采用CMOS集成电路。整个系统所用的器件种类应尽可能少。下面介绍各功能部件与单元电路的设计。3.2.1振荡器的设计振荡器是数字钟的核心。石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率调整。它还具有压电效应，在晶体某一方向加一电场，则在与此垂直的方向产生机械振动，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而使机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限制时，才达到最后稳定，这种压电谐的频率即为晶体振荡器的固有频率如果精度要求不高，可采用集成电路555定时器与RC组成的多谐振荡器。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。图2晶体振荡器电路如果精度要求不高也可以采用由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。这里设振荡频率fo=1kHz，电路参数如图3所示：11voRF22MJT32768HzR150kC220pFC13/22pF如图2所示为电子手表集成电路（如5C702）中的晶体振荡器电路，常取晶振的频率为32768Hz，因其内部有15级2分频集成电路，所以输出端正好可得到1Hz的标准脉冲9图3555振荡器电路3.2.2分频器的设计提供功能扩展电路所需要的信号，如仿电台报时用的1kHz的高音频信号和500Hz的低音频信号等。3.38421码制,5421码制表用四位二进制码的十六种组合作为代码，取其中十种组合来表示0-9这十个数字符号。通常，把用四位二进制