课 程 设 计-数字时钟

目录1．封页………………………………………………………………………………12．设计的任务与要求…………………………………………………………………53.电路设计方案……………………………………………………………………64.单元电路的设计和元器件的选择……………………………………………………75．仿真调试………………………………………………………………………………196.系统电路总图……………………………………………………………207.总结…………………………………………………………………………218.参考文献……………………………………………………………………………229.附录……………………………………………………………23摘要：当今世界的竞争将是一场科技实力、管理水平和人才素质的较量，风险和机遇共存，同时电子产品的研发日新月异，不仅是在通信技术方面数字化取代于模拟信号，就连我们的日常生活也进于让数字化取缔。说明数字时代已经到来，而且渗透于我们生活的方方面面。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、剧院、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。关键字：数字钟校时时间显示前言：中国是世界上最早发明计时仪器的国家。有史料记载，汉武帝太初年间（纪元前104-101年）由落下闳创造了我国最早的表示天体运行的仪器——浑天仪。东汉时期（公元130年）张衡创造了水运浑天仪，为世界上最早的以水为动力的观测天象的机械计时器，是世界机械天文钟的先驱。盛唐时代，公元725年张遂（又称一行）和梁令瓒等人创制了水运浑天铜仪，它不但能演示天球和日、月的运动，而且立了两个木人，按时击鼓，按时打钟。第一个机械钟的灵魂——擒纵器用于计时器，这是中国科学家对人类计时科学的伟大贡献。它比十四世纪欧洲出现的机械钟先行了六个世纪。第一只石英钟出现在二十世纪二十年代，从三十年代开始得到了推广，从六十年代开始，由于应用半导体技术，成功地解决了制造日用石英钟问题，石英电子技术在计时领域得到了广泛的应用。并取代机械钟做了更精确的时间标准。早在1880年，法国人皮埃尔·居里和保罗·雅克·居里就发现了石英晶体有压电的特性，这是制造钟表“心脏”的良好材料。科学家以石英晶体制成的振荡计时器和电子钟组合制成了石英钟。经过测试，一只高精度的石英钟表，每年的误差仅为3-5秒。1942年，著名的英国格林尼治天文台也开始采用了石英钟作为计时工具。在许多场合，它还经常被列为频率的基本标准，用于日常测量与检测。大约在1970年前后，石英钟表开始进入市场，风靡全球。随着科学的进步，精密的电子元件不断涌现，石英钟表也开始变得小巧精致，它既是实用品，也是装饰品。它为人们的生活提供方便，更为人们的生活增添了新的色彩。在现行情况下根据简单实用强的、走时准确进行设计。而实验证明，钟表的振荡部分采用石英晶体作为时基信号源时，走时更精确、调整更方便。钟是一种计时的器具，它的出现开拓了时间计量的新里程。提起时钟大家都很熟悉，它是给我们指明时间的一种计时器，并且我们每天都要用到它。二十世纪八十年代中国的钟表业经历了一场翻天覆地的大转折。其表现在三个方面：（1）从生产机械表转为石英电子表；（2）曾占据中国消费市场四十多年的大型国有企业突然被刚刚冒起的“组业”所取代，钟表生产中心转向中国南方沿海一带；（3）中国钟表业发展从以机芯为龙头改为以手表外观件为龙头。这场转折以迅雷不及掩耳的速度，冲击着传统的中国钟表工业。中国的钟表业从技术简单、零件少的石英钟机芯制造入手。最初石英钟机芯全靠从日本、德国进口，1989年开始完全自己生产，包括模具的制造加工。近十余年，逐渐提高机芯质量的稳定性，同时转向对手表机芯研制与开发。目前石英钟表机芯生产主要在福建省福州、广东东莞、番禺；机械钟表机芯在上海、山东等地。现在我国的电子业发展非常快速，电子业的发展有利于钟表业的发展。在中国钟表发展史上，国产机芯研制的失败已经成为过去，“组装业”作为新兴钟表工业的起步阶段也已成为过去。一支新的充满智慧的钟表精英在成长。我们相信在科技高速发展的今天，钟表业运用当今材料工业、电子工业和其他领域的最新技术，一定会生产出代表中国科学水平的产品。我们希望钟表业的精英们在提高制造技术水平中不断创新，培育出拥有自主知识产权的品牌。这正是中国钟表业发展的希望。数字钟被广泛用于个人家庭,车站,码头、办公室等公共场所,成为人们日常生活中的必需品。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,运用超过老式钟表,钟表的数字化给人们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。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.设计目标1.通过这次课程设计，进一步熟悉和掌握数电和模电知识，掌握Proteus7Professional仿真软件的使用。2.学习数字时钟的硬件设计原理，熟练的利用各种电路应用。3.培养独立分析问题和解决问题的能力以及创新能力和创新思维。分析问题和解决问题的能力以及创新能力和创新思维。更好的掌握课本知识，将理论用于实践。2.设计功能要求2.1基本功能：（1）时的计时要求为“12翻1”，分和秒的计时要求为60进制进位（2）准确计时，以数字形式显示时，分，秒的时间（3）具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间2.2设计要求1.画出电路原理图和仿真电路图）；2.元器件及参数选择；3.编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。3.电路设计3.1设计框图如图1所示为数字钟电路系统的组成框图图时显示器分计数器秒显示器时译码器分译码器秒译码器时计数器分计数器秒计数器器振荡器分频器校时电路路路1s图1数字钟电路系统的组成框图由图1可知，电路的工作原理是：振荡器产生的高脉冲信号作为数字钟的振源，再经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器计满60后向分计数器个位进位，分计数器计满60后向小时计数器个位进位并且小时计数器按照“12翻1”的规律计数。计数器的输出经译码器送显示器。计时出现误差时电路进行校时、校分、校秒。3.2单元电路的设计数字电子钟的设计方法很多种，例如，单片机来实现电子钟，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等。在本次设计，电路是由由振荡电路、计数电路、显示电路以及校时电路四大部分组成。下面将对各部分电路进行设计。3.2.1振荡电路振荡电路由振荡器和分频器产生1Hz时钟脉冲，下面对振荡器和分频器两部分进行介绍。（1）振荡器本实验中产生计数脉冲的是由集成电路定时器555和R、C组成的多谐振荡器。其输出频率为5HZ。电路参数如下图所示。5HZ脉冲输出R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1555R148kR248kC11.58uC20.1u（2）分频器计数脉冲输出5HZ输入校时脉冲输出D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U2174LS192123U22:A74LS00D12Q9CLK11Q8S10R13U16:B74LS74在此分频电路中74LS74是把5HZ的输入脉冲进行了二分频后，送入开关SW2作为校时校分脉冲。而74LS192改接成5进制计数器，将5HZ输入脉冲进行五分频后得到1HZ的计数脉冲送入秒计数器个位计数端。图53.2.2计数电路计数器是一种计算输入脉冲的时序逻辑网络，被计数的输入信号就是时序网络的时钟脉冲，它不仅可以计数而且还可以用来完成其他特定的逻辑功能，如测量、定时控制、数字运算等等。数字钟的计数电路是用两个六十进制计数电路和“12翻1”计数电路实现的。数字钟的计数电路的设计可以用反馈清零法。当计数器正常计数时，反馈门不起作用，只有当进位脉冲到来时，反馈信号将计数电路清零，实现相应模的循环计数。以六十进制为例，当计数器从00，01，02，……，59计数时，反馈门不起作用，只有当第60个秒脉冲到来时，反馈信号随即将计数电路清零，实现模为60的循环计数。下面将分别介绍60进制计数器和“12翻1”小时计数器。（一）60进制计数器在本实验中60进制计数器的设计思路是将其十位和个位分开分别计时。个位是采用74LS192作为十进制计数器。而十位要求是逢六进位故将74LS192改接成六进制计数器。其电路实现如下图所示。进位输出计数脉冲输入D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U374LS192123U6:A74LS00①十进制计数器74LS9074LS90是二—五—十进制计数器，它有两个时钟输入端CKA和CKB。其中，CKA和0Q组成一位二进制计数器；CKB和321QQQ组成五进制计数器；若将0Q与CKB相连接，时钟脉冲从ACP输入，则构成了8421BCD码十进制计数器。74LS90有两个清零端R0（1）、R0（2），两个置9端R9（1）和R9（2），其BCD码十进制计数时序如表1，二—五混合进制计数时序如表2，74LS90的管脚图如图9。图9表1BCD码十进制计数时序（左）表2二—五混合进制计数时序（右）②异步计数器74LS92所谓异步计数器是指计数器内各触发器的时钟信号不是来自于同一外接输入时钟信号，因而触发器不是同时翻转。这种计数器的计数速度慢。一异步计数器74LS92是二—六—十二进制计数器，即CKA和0Q组成二进制计数器，CKB和321QQQ在74LS92中为六进制计数器。当CKB和0Q相连，时钟脉冲从CKA输入，74LS92构成十六进制计数器。74LS92的管脚图如图10。CKDQCQBQAQ00000100012001030011401005010160110701118100091001CKAQBQCQDQ00000100012001030011401005100061001710108101191100R0(1)2R0(2)3R9(1)6R9(2)7CKA14QA12CKB1QB9QC8QD1174LS90图10（二）“12翻1”小时计数器电路计数脉冲输入D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37RCO13CLK14E4D/U5PL11TC12U1274LS190D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37RCO13CLK14E4D/U5PL11TC12U1374LS19012456U10:A74LS13“12翻1”小时计数器是按照“01—02—03—04—05—06—07—08—09—10—11—12—01”规律计数的。在本实验中是采用两个74LS190分别作为计数器的十位和个位来计数。当记到12时由输出状态产生置位信号分别送入两管的置位端PL。分别将十位置为0，个位置为1表3“12翻1”小时计时时序十位个位十位个位CKQ10Q03Q02Q01Q00CKQ10Q03Q02Q01Q00R0(1)6R0(2)7CKA14QA12CKB1QB11QC9QD874LS92012345670000000000000001001000110100010101100111891011121300011101000100110100000000100100001①D触发器74LS74在电路中用到了D触发器74LS74，74LS74的管脚图如图12。图12下面将介绍一些有关触发器的内容：触发器，它是由门电路构成的逻辑电路，它的输出具有两个稳定的物理状态（高电平和低电平），所以它能记忆一位二进制代码。触发器是存放在二进制信息的最基本的单元。按其功能可为基本RS触发器触、JK触发器、D触发器和T触发器。这几种触发器都有集成电路产品。其中应用最广泛的当数JK触发器和D触发器。不过，深刻理解RS触发器对全面掌握触发器的工作方式或动作特