数字电子时钟课程设计报告

“电子技术”课程

设计报告

设计题目：数字电子时钟

姓名：尹强

学号：11401700616

班级：电自1104班

目录

一、摘要 (3)

二、电路仿真与设计 (3)

2.1 设计目的 (3)

2.2 设计内容和要求 (3)

2.3 数字电子钟基本原理 (4)

2.3.1、方波发生器 (4)

2.3.2、设计计时电路 (6)

2.3.3、显示电路 (7)

2.3.4、校准电路 (8)

2.3.5、整点报时电路 (9)

三、存在的问题 (9)

四、心得与体会 (9)

附录：

参考文献

原理图

一、摘要

数字钟已成为人们日常生活中不可少的必需品，给人们的生活，学习，工作带来极大的方便。本文介绍的数字钟是一种利用数字电路来显示时、分、秒的装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确，性能稳定，显示直观，无机械传动装置等特点。

数字电子钟由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路等组成。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555构成的振荡器或石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用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，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24进制计数器，可以实现一天24h的累计。译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过六位LED显示器显示出来。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。

关键字：

计数器；译码器；显示器；校时电路

二、电路仿真与设计

2.1 设计目的

1、熟悉集成电路的引脚安排和各芯片的逻辑功能及使用方法

2、了解数字电子钟的组成及工作原理

3、熟悉数字电子钟的设计与制作

2.2 设计内容和要求

1、以24小时为一个计数周期；

2、具有“时”、“分”、“秒”数字显示；

3、数码管显示电路；

4、具有校时功能；

5、整点前10秒，数字钟会自动报时，以示提醒；

6、用EWB或PROTEUS画出电路原理图并仿真验证；

2.3 数字电子钟基本原理

数字电子钟的逻辑框图如图1所示。它由555集成芯片构成的振荡电路、计数器、显示器和校时电路组成。555集成芯片构成的振荡电路产生的信号作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。

555方波

发生器

图1

2.3.1、方波发生器

首先设计一个秒脉冲产生电路，可采用555定时器构成多谐振荡器。通过设计多谐振荡器电阻、电容的参数大小，使555定时器输出一个固定频率为1HZ的方波；

用555定时器组成的多谐振荡器如图2(a)所示。接通电源后，

电容C 被充电，当c V 上升到 32cc V 时，使0V 为低电平，同时放电三极

管T 导通，此时电容C 通过2R 和T 放电，c V 下降。当c V 下降到 3cc V

时，0V 翻转为高电平。电容器C 放电所需的时间为

当放电结束时，T 截止，cc V 将通过1R 、2R 向电容器C 充电，c V 由 3cc V 上升到 32cc V 时所需要的时间为

当c V 上升到32cc V ，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，

在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如图2(b)。

其振荡周期为

()C R R t t T ph pl 2127.0+=+= 其振荡频率为

()C R R t t ph pl f 21243.11++≈=

为了产生1Hz 的脉冲，可以使 KΩ=201R ，KΩ=5.612R ，uF C

10=

图2

C

R CIn R t pl 227.02≈=()()C

R R C R R t ph 21217.02ln +≈

+=

仿真电路图如图3

所示：

图3

2.3.2 设计计时电路

计时电路即是计数

电路，通过计数器集成

芯片74hc192等完成对秒脉冲的计数，其中要重点考虑所选择的计数器芯片的进制问题。秒钟个位计到9进10时，秒钟个位回0，秒钟十位进1，秒钟计到59，进60时，秒钟回00，分钟进1…，以此类推，完成全部计时设计。

图4

如图4所示，该电路为秒计数电路图。可知，采用2片

74HC192分别作为秒的个位和十位，秒个位计数器的时钟脉冲由555方波发生器产生。从0,1……计数到9时，up再来一个上升沿TCU 产生溢出（低电平有效），送到秒十位计数器up产生一个脉冲，从而秒十位加1计数。当秒钟计数到59，进60（0110 0000）时，秒十位计数器Q1，Q2为高电平，经与非门送到计数器的置数端PL （低电平有效）使计数器置零。以此类推，分计数器（60进制）和时计数（24进制）也是同样的原理在此不一一解释。

2.3.3、显示电路

根据EWB或PROTEUS元器件库中数码管的不同，有四个引脚的（显示二进制）、有8个引脚的（显示8段位码，需要添加译码芯片），完成计数结果的输出显示。

如图5所示，对计数器输出的数据通过4511芯片译码显示在7段数码管上（图采用的是共阴极7段数码管）。

图5

图6

2.3.4、校准电路

校时电路是在刚接通电源或钟表走时出现误差时进行时间校准，本电路只对分和秒进行校准。校时电路要求各种校准必须互不影响，即在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正是不影响小时和秒的正常计数。

通过RS触发器及与非门对“时”和“分”进行校准的原理如图6所示。下面以校“分”电路来说明校准电路的原理：

①正常计数时，G1门开，秒脉冲进行单位产生的分脉冲可通过G1,G3(开门状态)送入分计数器，此时G2封锁，校准脉冲（即秒脉冲）进不去。

②按下S1则G1封锁，“分”脉冲受阻，而G2打开，秒脉冲进入分计数器进行快速计数（即较分），校时电路与此完全相同。根据原理图画出电路图如图7所示。

图7

2.3.5、整点报时电路

根据要求，电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。报时电路选74HC30，选led灯为提示器件。

图8

当时间在59分50秒到59分59秒时，分计数器的十位个位和秒计数器的十位是不变的即5(0101),9(1001),5(0101),所以把其中二进制为1的位连接到74HC30上，可以控制LED灯点亮。仿真电路图如图8。

三、存在的问题

该电路基本上实现了数字电子时钟的功能，但是还是存在一些不足之处。

1、555定时器产生的1HZ方波存在一定的误差，然后由于电路的延时导致显示的时间可能不准。

改进方案：用石英晶体振荡器代替555多谐振荡器

2、校准信号是通过机械开关校准的，由于机械开关存在抖动，所以校准时会存在按键不灵敏的现象。

改进方案：在开关附近加去抖电路

四、心得与体会

课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，在本次的课程设计中通过自己选题，找材料，分析、设计等，也掌一些软件的操作方法，这为以后的学习做了铺垫。整个设计实现了从单一的理论学习到解决实际问题的转变。通过本次的课程设计，我最大的收获就是提高了自身的动手能力，培养了我的寻求解决问题的能力和团队精神也增强了我其它方面的能力。

在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领

悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在同学的讨论下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！

一种学习态度：认真、严谨的学习态度。这就是我的另一个收获，不仅仅是做课程设计，无论是做什么研究，都必须要有一种认真严谨的学习态度，比如说，独立思考独立完成，认真接线，仔细检查等，这些都是对我们自身能力的一种培养，在以后的学习甚至工作中，很多东西都只能靠自己去独立思考完成，因此我们也藉此学会了一种独立思考的学习态度。

无论最后的结果是怎样，你参与了，你就肯定有收获。在这课程设计过程中，我也收获了许多，我仍然记得将课程设计做出来的时候，那种喜悦的心情，是难以形容的。

附录：

参考文献

[1]康华光电子技术基础数字部分. 5版. 高等教育出版社，2006

[2]贾海瀛数字电子技术简明教程与实训机械工业出版社，2008

[3] Proteus视频教程 https://www.360docs.net/doc/cf6439543.html,/show.aspx?id= 27310&cid=411