数字电子钟课设广工

1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2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3目录综述…………………………………………………………21、方案设计与选择………………………………………42、原理设计和功能描述…………………………………42.1振荡电路……………………………………………42.2时间计数电路………………………………………52.3译码驱动和显示电路………………………………62.4校时电路……………………………………………62.5整点报时电路………………………………………73元器件……………………………………………………74各功能模块电路…………………………………………85、制作成成品……………………………………………106、总结与体会……………………………………………117、参考文献………………………………………………1241、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：方案二：方案三、U6ATL084IN321141U7BTL084IN561147R3010kΩR3143kΩR321kΩR33200ΩR351kΩC1100nFR37100kΩD91N4742AD101N4742AVDD15VU1A74HC04N_4VU1B74HC04N_4VC130pFC230pFR120MΩX1HC-49/U_5MHz5B)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555_VIRTUALTimerGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIR4647kΩR4747kΩR481kΩKey=A50%C310µFC41µFVDD5V6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U374HC160N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U574HC160N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U4A74HC03N_4VU2C74HC04N_4VVDD4VU1274HC160N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U1374HC160N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U8A74HC03N_4VU2E74HC04N_4VVDD4V7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料清单种类封装数量74HC03NN014374HC04NN014174HC30NN014D174HC160NN01667447N0166LED发光二极管LED-11左右拨的单刀双匝开关DIP2鼠标按键开关TIAIHUADIP2330nf陶瓷电容CAPR5-4X5110uf电解电容CAPR5-4X52R1300ΩS1C10.1µFS2R45300ΩC20.1µFS3键=空格S4键=空格VDD5V8105陶瓷电容CAPR5-4X52104陶瓷电容CAPR5-4X5747k电阻AXIAL-0.3210K微调电阻VR51NE555P定时器P00813.3K电阻AXIAL-0.321K电阻AXIAL-0.31200欧电阻AXIAL-0.31300欧电阻AXIAL-0.348八段共阳数码管：DpyBlue-CCH64、各功能模块电路图1）秒脉冲振荡电路2）计时单元电路555_VIRTUALTimerGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIR4647kΩR4747kΩR481kΩKey=A50%C310µFC41µFVDD5VU374HC160N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U574HC160N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U674HC160N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U774HC160N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U4B74HC03N_4VU4A74HC03N_4VU1274HC160N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U1374HC160N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U8A74HC03N_4VU2B74HC04N_4VU2D74HC04N_4VU2A74HC04N_4VU2C74HC04N_4VU2E74HC04N_4VC50.1µFVDD5V93）译码器电路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U97447NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U107447NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U117447NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U147447NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U157447NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U167447NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4VDD5VU17ABCDEFGCAU18ABCDEFGCAU19ABCDEFGCAU20ABCDEFGCAU21ABCDEFGCAU22ABCDEFGCAR3300ΩR4300ΩR5300ΩR6300ΩR7300ΩR8300ΩR9300ΩR10300ΩR11300ΩR12300ΩR13300ΩR14300ΩR15300ΩR16300ΩR17300ΩR18300ΩR19300ΩR20300ΩR21300ΩR22300ΩR23300ΩR24300ΩR25300ΩR26300ΩR27300ΩR28300ΩR29300ΩR30300ΩR31300ΩR32300ΩR33300ΩR34300ΩR35300ΩR36300ΩR37300ΩR38300ΩR39300ΩR40300ΩR41300ΩR42300ΩR43300ΩR44300Ω10完成后的实物图：（正面）完成的实物图：（反面）U374HC160N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VDD5VU574HC160N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U674HC160N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U774HC160N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U4B74HC03N_4VU1274HC160N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U1374HC160N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C