数字电子钟课程设计

数字电子钟课程设计

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时间:2018-11-19

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1、课程设计一、序言1、设计的任务与要求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。17此次设计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

2、使用方法。2、设计指标(1)时间以24小时为一个周期;(2)显示时、分、秒;(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;(4)计时过程具有报时功能,当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时;(5)为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。3、设计内容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,使其完成时间的显

3、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。二、基本设计思路1、组成和工作原理17数字钟实际上是一个对标准频率进行计数的计数电路。它的计时周期是24小时,由于计数器的起始时间不可能与标准时间(如北京时间)一致所以采用校准功能和报时功能。数字钟电路主要由译码显示器、校准电路

4、、报时电路、时计数、分计数、秒计数器,振荡电路和单次脉冲产生电路组成。其中电路系统由秒信号发生器、“时”、“分”、“秒”计数器、译码器及显示器、校准电路、整点报时电路组成。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,一般用石英晶体振荡器加分频器来实现,将标准秒信号送入“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

5、24进制计时器,可实现对一天24小时的计时。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态通过显示驱动电路,七段显示译码器译码,在经过六位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个脉冲信号,然后去触发一音频发生器实现低、高音报时。校准电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的。如图1所示多功能数字钟的组成框图。图1数字钟组成框图172、振荡器振荡器是数字钟的核心,其的作用是产生一个频率标准时间频率信号,然后再由分频器分秒脉冲,因此,振荡器频率的精度与稳定度

6、基本决定了数字电子钟的质量。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。采用石英晶体振荡器经过分频得到这一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号。保证数字钟的走时准确及稳定。3、计数器时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成,其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器,通常用2个十进位计数器的集成片组成,其中”秒”个位是十进制,秒十位为六进制。可采用反

7、馈归零变”秒”十位为六进制,实现秒的六十进制。”分”计数器原理也一样。而根据设计要求。4、分频器电路分频器电路将32768Hz的高频方波信号经32768(215)次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。本次设计是运用了CD4060分频器进行分频,分频电路可提供512Hz和1024Hz的频率,在经CD4040分频器进行一分频,为此电路输送一秒脉冲。175、校时电路实际的数字钟电路由于秒信号的精确性和稳定性不可能做到完全(绝对)准确无误,加之电路中其它原因,数字钟总会产生走

8、时误差的现象。因此,电路中就应该有校准时间功能的电路。6、译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七段数码管。在译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.并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。三、设计步骤1、振荡电路晶体振荡器是构成数字式时钟的核心,它保证了时钟的走时准确及稳定。如图2所示电路通过非门构成的输出为方波的数字式晶体振荡电路,这个电路中,非门U1与晶体、

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