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电子钟课程设计报告

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 《 数 字 电 子 技 术 》
课程设计报告

题 目: 数字钟
学 号:
授课班级:
学生姓名:
指导教师:
完成时间:

六安职业技术学院信息工程系
 应用电子技术教研室

摘 要:
报告围绕此次数字钟的设计进行介绍、 总结, 包含了设计的步骤, 前期的准备, 装配的过程。考虑数字钟电路的基本构造后, 在进行实装之前先用EWB软件进行了仿真, 在实装时, 采用了74HC90芯片进行计数, 用晶体振荡器及D触发器产生秒脉冲, 还要考虑电路的清零, 每块芯片各设计为几进制, 最后实现了数字钟设计所要求的各项功能: 时钟显示功能; 小时高位零熄灭功能;整点报时功能;快速校准时间的功能。
关键字: 数字钟、 报时、 74HC161、 校准

Abstract
The designing of the digital clock on the report were introduced and summarized, including design steps, the preparation, assembly process. Considering the basic structure of the digital clock circuit, we use EWB simulation software before assembling. In the assembly, adopted 74HC90 count chips and using crystal oscillator and D flip-flop produced seconds pulse. Otherwise, the reset of the circuit and each chip designed for which system should be considered. Finally realized the digital clock design requirements of various functions: The clock display function; Hour zero extinguished function; Give the correct time on time function; Rapid calibration time functions.
 KEYWORDS: Digital Clock、 Give the Correct Time、 74HC90、 Calibration

课
程
设
计
成
绩
评
定

指导教师:
月 日

目 录

摘要 I
第一章 课题背景 1
1.1 电子技术课程设计概要
1.1.1 电子技术课程设计的目的与意义 1
1.1.2 电子技术课程设计的方法和步骤 1
1.2设计任务与要求 3
1.2.1 数字钟的设计目的 3
1.2.1 数字钟的设计要求 3
第二章 设计简介及设计方案论述 4
2.1 基本设计思路 4
2.2 设计方案论述 4
第三章 详细设计 5
3.1 秒脉冲的产生 5
3.2 时钟显示电路设计 5
3.2.1 秒计数、 译码及显示部分的设计 5
3.2.2 分计数、 译码及显示部分的设计 6
3.2.3 时计数、 译码及显示部分的设计 6
3.3 小时高位零熄灭功能的实现 7
3.4 报时电路设计 7
3.5 校准电路 8
第四章 设计结果及分析 9
总结 10
参考文献 11
附录Ⅱ 12

第一章 课题背景
1.1 电子技术课程设计概要
1.1.1 电子技术课程设计的目的与意义
电子技术是一门实践性很强的课程, 加强工程训练, 特别是技能的培养, 对于培养工程人员的素质和能力具有十分重要的作用。在电子信息类本科教学中, 课程设计是一个重要的实践环节, 它包括选择课题、 电子电路设计、 组装、 调试和编写总结报告等实践内容。
经过课程设计要实现以下两个目标: 一、 学生初步掌握电子线路的设计、 组装及调试方法。即学生根据设计要求, 查阅文献资料, 收集、 分析类似电路的性能, 并经过组装调试等实践活动, 使电路达到性能要求; 二、 课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践, 而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际方面, 运用已学过的分析和设计电路的理论知识, 逐步掌握工程设计的步骤和方法, 同时, 课程设计报告的书写, 为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。
1.1.2 电子技术课程设计的方法和步骤
电子电路设计方法
在设计一个电子电路系统时, 首先必须明确系统的设计任务, 根据任务进行方案选择, 然后对方案中的各部分进行单元电路的设计、 参数计算和器件选择, 最后将各部分连接在一起, 画出一个符合设计要求的系统电路图。
一、 明确系统的设计任务要求
对系统的设计任务进行具体分析, 充分了解系统的性能、 指标、 内容及要求, 以便明确系统应完成的任务。
二、 方案选择
把系统要完成的任务分解为若干个单元电路, 并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。
方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料, 针对系统提出的任务、 要求和条件,
完成系统的功能设计。在此过程中要敢于探索, 勇于创新, 争取方案的设计合理、 可靠、
经济、 功能齐全、 技术先进。而且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析, 最后设计出
一个完整框图。
三、 单元电路的设计、 参数计算和器件选择
根据系统的指标和功能框图, 明确各部分任务, 进行各单元电路设计、 参数计算和器件选择。
１．单元电路的设计
单元电路是整机的一部分, 只有把单元电路设计好才能提高整机设计水平。
每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务, 详细拟订出单元电路的性能指标,
与前后级之间的联系, 分析电路的组成形式。具体设计时, 能够模仿成熟的先进的电路,
也能够创新或改进, 但都必须保证性能要求。而且, 不但单元电路本身要求设计合理, 各单元电路间也要互相配合, 注意各部分的输入、 输出信号和控制信号的关系。
２．参数计算
为保证单元电路达到功能指标要求, 就需要用电子技术知识对参数进行计算, 例如放大电路中各电阻值、 放大倍数; 振荡器中电阻、 电容、 振荡频率等参数。只有很好地理解电路的工作原理, 正确利用计算公式, 计算的参数才能满足设计要求。
计算参数时, 同一个电路可能有几组数据, 注意选择一组能完成电路设计功能、 在实
践中真正可行的参数。
３．器件选择
( 1) 阻容元件的选择注意功耗、 容量、 频率和耐压范围是否满足要求。
( 2) 分立元件的选择包括二极管、 双极型三极管、 场效应管、 光电二( 三) 极管
等。根据她们的用途分别进行选择。
( 3) 集成电路的选择根据电路功能、 性能指标选择集成电路。注意集成电路的功
耗、 电源电压、 工作速度是否满足设计要求。
经过查阅有关设计手册, 进行元器件的选择。
四、 电路图的绘制
电路图一般是在系统框图、 单元电路设计、 参数计算和器件选择的基础上绘制的, 它是电路组装、 调试和维修的依据。绘制电路图时, 注意以下几点:
( 1) 元器件布局合理、 排列均匀、 图面清晰、 便于阅读。
( 2) 注意信号流向。一般从输入端或信号源开始, 由左至右或上至下按信号的流向
依次画出各单元电路, 而反馈通路的信号流向则与此相反。
( 3) 图形符号标准, 适当标注。
( 4) 连线应为直线, 尽量少交叉和折弯。
1.2 设计任务与要求
1.2.1 数字钟的设计目的
1. 掌握数字电子钟的设计方法;
2. 掌握常见数字集成电路的功能和使用。
1.2.1 数字钟的设计要求
1、 时间以24小时为一个周期; 显示时、 分、 秒;  
2、 有校时功能, 能够分别对时及分进行单独校时, 使其校正到标准时间;
3、 计时过程具有报时功能, 当时间到达整点前5秒进行蜂鸣报时;

第二章 设计简介及设计方案论述
2.1 基本设计思路

图2-1 数字电子钟原理框图
数字电子钟原理如 图2-1 所示。一个具有计时、 校时、 报时、 显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、 分频器、 计数器、 译码器、 显示器、 校时电路、 报时电路等七部分组成。石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲, 秒脉冲送入计数器计数, 计数结果经过”时”、 ”分”、 ”秒”译码器译码, 并经过显示器显示时间。
2.2 设计方案论述
石英晶体振荡器和分频器产生稳定的校时信号( 2Hz) 和”秒”计时信号(1Hz)。对”秒”计时信号进行60 进制计数, 形成”分”计时信号和秒计数值; 再对”分”计时信号进行60 进制计数, 形成”时”计时信号和分计数值; 进一步对”时”计时信号进行24 进制计数得到时计数值。秒计数值、 分计数值和时计数值译码显示时间。

第三章 详细设计
3.1 秒脉冲的产生

图3-1 秒脉冲发生器
脉冲发生器是数字钟的核心部分, 它的精度和稳定度决定了数字钟的质量, 一般见晶体振荡器产生标准频率信号经过整形、 分频获得1Hz的秒脉冲。石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、 电路结构简单、 频率易调整。如晶振为32768 Hz, 经过15次二分频后可获得1Hz的脉冲输出, 电路图如图3-1所示。
3.2 时钟显示电路设计
3.2.1 秒计数、 译码及显示部分的设计

图 3-2 秒计数译码电路
秒计数器为M=60的计数器, 即显示00～59, 采用中规模集成电路双十进制计数器至少需要2片, 因为10 < M < 100。它的个位为十进制, 十位为六进制。本电路采用两片74LS90实现。当个位计数至1010时, 经过 74LS48 二输入与非门连至清零端达到清零, 当达到0000时, 产生上升脉冲送给十位。十位计数至0110时清零。
3.2.2 分计数、 译码及显示部分的设计

图3-3 分计数译码电路
分计数器同秒计数器一样为M=60的计数器, 即显示00～59, 采用中规模集成电路双十进制计数器至少需要2片, 因为10 < M < 100。它的个位为十进制, 十位为六进制。本电路采用两片74LS90实现。当秒计数器十位计数至0110时清零, 达到0000时产生上升沿脉冲送入分计数器的个位开始计数。当个位计数至1010时清零产生上升脉冲送给十位。十位计数至0110时继续清零。
3.2.3 时计数、 译码及显示部分的设计

图3-4 时计数译码电路
时为二十四进制计数器, 显示为00～23, 个位仍为十进制, 而十位为三进制, 但当十进位计到2, 而个位计到4时清零, 就为二十四进制了。时计数进位类似于分和秒。译码器都使用HD74LS48
3.3 小时高位零熄灭功能的实现

图3-5 时高位零熄灭功能
当时高位74lS90芯片 Q0 Q1 Q2 Q3中有一个为 1时连接时高位的数码管才显示, 因为74LS48的LT端为高电平有效, 从U18的QC端输出到U17的RO2端, 从而实现小时高位零熄灭功能。
3.4 报时电路设计
当计数至59分59秒时电路报时, 因此将秒计数电路90 输出 0101 1001 连到四输入与非门芯片 7430 上, 输出端连至蜂鸣器的一端。分计数器也如此, 输出端连至蜂鸣器的另一端即可, 这样即可实现报时功能。

图 3-6 报时电路 图3-7 校分电路

3.5 校准电路

将秒十位置零端信号经过一个开关再送入分个位端, 分电路即可有两种信号接入进行校准。

第四章 设计结果及分析

图 4-1 实验结果显示
本次实验基本达到了老师的要求, 实现了数字钟的时钟显示功能、 小时高位零熄灭功能、 整点报时功能、 校时功能。

总结
经过本次实验对输电知识有了更深入的了解, 将其运用到了实际中来, 明白了学习电子技术基础的意义, 也达到了其培养的目的。在实验中, 我也遇到了很多挫折, 不过我都和同伴一一克服了, 大家齐心协力解决了问题, 使我明白了和她人共同合作的重要性。在以后的道路上我们也必须深刻认识到团队合作的精神, 投入今后的发展之中。
在进行电路连接的时候, 在确保一切都连接无误之后, 时钟显示还是有问题, 经过老师的指导不断改正, 还是出现这样、 那样的问题, 不过我们都坚持了下来, 仔细测试电路, 才明白原来应该这样连接。特别是时电路达到24要清零的时候, 个位清零时钟不是那么容易, 后来请教了学长才明白需要经过一个与门电路, 顿时茅塞顿开。
成功就是在不断摸索中前进实现的, 遇到问题我们不能灰心、 烦躁, 甚至放弃, 而要静下心来仔细思考, 分部检查, 找出最终的原因进行改正, 这样才会有进步, 才会一步步向自己的目标靠近, 才会取得自己所要追求的成功。

参考文献:
【1】《电子技术基础》课程设计指导书, 山东工商学院,
【2】《数字电路与逻辑设计实验及应用》, 毛期俭主编, 人民邮电出版社,
【3】《电子技术基础》数字部分, 康华光主编, 高等教育出版社,
【4】百度网站 .com
【5】维库电子市场网.com

附 录
1 电路图

2 实验面包板

3 电子元器件清单

14脚
电解电容
470UF/16V
瓷片电容
30P
独石电容
0.1UF
电阻
10MΩ
电源指示红色LED

导线

2输入四与非门
74LS00
焊锡丝

2-2输入与或非门
74LS51
万能板
15*10cm
蜂鸣器
8Ω/0.25W
稳压电源
9V/2A
8输入与非门
74LS30
电源插座

触点开关

稳压芯片
7805
单刀双掷开关
拨动