数字钟电气3班9组

华南农业大学电子线路设计数字电子钟的设计电气工程及其自动化班级：07电气3 组别：第九组摘要电子线路设计实习课程是工程学院倡导的实习学科，是面向工程学院学生的科技活动，目的在于推动高等学校促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革，有助于高等学校实施素质教育，培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风；有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力；有助于吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才的脱颖而出创造条件。

电子线路设计实习课程的特点是与电子相关专业的课程体系和课程内容改革密切结合，以推动其课程教学、教学改革和实验室建设工作。

其特色是与理论联系实际学风建设紧密结合，设计内容既有理论设计，又有实际制作，以全面检验和加强学生的理论基础和实践创新能力，以充分调动各方面的参与积极性。

电子线路课程设计是一门实践性很强的课程。

它将模拟电子线路、数字电子线路和高频电子线路等课程的理论与实践有机结合起来，加强学生实验基本技能的训练，培养学生实际动手能力、理论联系实践的能力。

运用新技术、新器件及EDA现代技术，提高学生工程设计能力与创新能力。

目录1 序言 (3)2 设计任务 (4)3 数字电子钟的设计内容 (4)3.1 电路原理图 (4)3.2 设计方案 (5)3.3 脉冲产生模块 (5)3.4 二、四分频模块 (5)3.5 计数模块 (6)3.6 报时模块 (7)3.7 校时模块 (8)3.8 显示模块 (9)3.9 整机图 (10)3.10元器件清单 (11)4 误差分析 (11)5 收获总结 (12)6 致谢 (13)7 附录 (14)1序言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，具有更长的使用寿命，已得到广泛的使用。

数字钟的设计方法有许多种,例如,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；还可以利用单片机来实现电子钟等等。

这些方法都各有其特点，其中利用单片机实现的电子钟具有编程灵活，并便于功能的扩展。

数字钟主要由石英晶体振电路、数字计数器和数字处理显示单元组成的。

晶体振电路提供一系列频率固定的脉冲信号，送给计数器；计数器对石英晶体振电路送来的脉冲进行计数，并将计数结果送给数字处理显示单元进行处理和显示；数字处理显示单元则根据计数器的计数，将其转换成时间计量关系，同时控制液晶显示器显示出正确的日期和时间。

——这就是石英数字钟的基本原理。

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。

由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。

尽管目前市场上已有现成的数字钟集成电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但鉴于数字钟电路的基本组成包含了数字电路的主要组成部分，因此进行数字钟的设计是必要的。

在这里我们将已学过的比较零散的数字电路的知识有机的、系统的联系起来用于实际，来培养我们的综合分析和设计电路的能力。

从有利于学习的角度考虑，这里主要介绍以中小规模集成电路设计数字钟的方法。

经过了数字电路设计这门课程的系统学习，特别经过了关于组合逻辑电路与时序逻辑电路部分的学习，我们已经具备了设计小规模集成电路的能力，借由本次设计的机会，充分将所学的知识运用到实际中去。

2设计任务设计任务：设计制作一个数字电子钟时间计数电路采用24进制，从00开始到23后再回到00；各用2位数码管显示时、分、秒；具有手动校时、校分功能，可分别对时、分进行单独校时，使其校正到标准时间；计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。

为了保证计时的稳定及准时，须由晶体振荡器提供时间基准信号；数字钟由振荡器、计数器、译码器和显示器电路所组成；振荡器产生的时钟信号经过分频器形成1秒信号，秒信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。

3数字电子钟的设计内容3.1电路原理图：图3-1电路原理图3.2设计方案3.3脉冲产生模块：主要选用器件：晶体振荡器、CD4060图3-2脉冲产生模块原理：石英晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。

分频器电路将32768Hz的高频方波信号经16384次分频后得到2Hz的方波信号供秒计数器进行计数。

3.4二、四分频模块主要元件：CD4013图3-3二、四分频模块原理：将输入信号作周期减半，或周期变为原来四分之一。

用于和脉冲产生模块共同作用产生1Hz，即1秒。

还有作整点蜂鸣器响时的频率时间控制。

3.5计数模块主要选用器件：74LS90图3-4 60进制模块图3-5 24进制模块原理：有了时间标准“秒”信号后，就可以根据60秒为1分、60分为1小时、24小时为1天的计数周期，分别组成两个六十进制、一个二十四进制(时)的计数器。

将这些计数器适当连接，就可以构成秒、分、时的计数，实现计时功能。

由分计数器送来的进位脉冲送入时个位计数器，电路在分进位脉冲的作用下按二进制自然序依次递增1，当计数到24，这时小时个位输出0100（也就是4），小时十位输出0010，小时十位计数器只有QC端有输出，小时个位计数器只有QB端有输出，将QC、QB端接一个二输入与非门，与非门输出一路先送入十位计数器的清零端然后取反送入或非门的另一个输入端，输出接小时个位计数器的清零端，其每10小时清零并向小时十位计数器送进位脉冲，当十位输出为二，小时个位输出为四时，将整个电路清零。

3.6报时模块主要选用器件：喇叭、三极管图3-6报时模块原理：数字钟整点报时是最基本的功能之一。

现在设计的电路要求在离整点差10秒时，每2秒钟鸣叫一次，停一次，共鸣5次。

当计时到59分时，与非门（59分）接通，同时校分与非门接通，经RS触发器，保持此状态，因此扬声器不发生。

当计时到59分50秒时，与非门（50秒）经RS触发器使其置零，信号送到扬声器，使扬声器发声，鸣叫5声后，报时完毕。

整点报时电路主要由控制门电路和音响电路两部分组成。

控制门电路部分由与非门组成，分别表示“分十位”“分个位”“秒十位”和“秒个位”的状态，与计数器的四个触发器A、B、C、D相连。

音响电路采用射极输出器，推动8Ω的喇叭，集电极串接51Ω限流电阻，三极管选用高频小功率管即可。

3.7校时电路图主要选用器件：74LS00图3-7单脉冲分频模块原理：当交替开关时，与非门输出一个低电平和一个高电平。

“计数器进位信号”通过“校时CP端”送至“计数器的CP端”，使“计数器”在“秒”信号的控制下“快速”计数。

利用74ls00芯片的两个与非门组成锁存器，连接开关，用于调节时，和分的数字。

3.8 译码、显示模块主要选用器件：驱动器Cd4511，2位共阴数码管图3-8 译码、显示模块原理：电路由译码器集成电路CD4511、共阴极LED数码管组成。

计数器74ls90输出的为四位二进制数，经译码电路译码输出端控制LED管显示十进制数0~9。

‘24小时为1天的计数规律计数时，就应将其状态显示成清晰的数字符号。

这就需要将计数器的状态进行译码并将其显示出来。

我们选用的计数器全部是二-十进制集成片，“秒”、“分”、“时”的个位和十位的状态分别由集成片中的四个触发器的输出状态来反映的。

每组(四个)．输出的计数状态都按 BCD代码以高低电平来表现。

因此，需经译码电路将计数器输出的BCD代码变成能驱动七段数码显示器的工作信号。

3.9整机图图3-9整机图3.10所用元件清单表1元件清单4实验数据和误差分析可调电容和所用电阻数值不能完全精确，还有线路存在电阻，都会影响到最终结果频率。

随着时间的增长，电路显示时间与准确时间存在误差。

在起初的校时设计中，存在着一个问题，就是校时会出现跳跃，经分析，应该是开关在切换的过程中，存在着尖端脉冲，使得计时器连得几个下降沿，改进方法就是开关换成或门各接各的单脉冲部分。

5课程设计的收获、体会和建议在此次设计中，发现了很多日后要注意的地方和错误，例如：在连接二进制、十进制、二十四进制的进位及八进制的接法中，要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能，那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。

在设计电路中，往往是先仿真后连接实物图，但是，仿真成功，出来的成品未必就能成功，往往仿真的环境是在理想情况下进行的，而实际上，存在着许多影响因素，就如这次在实验中遇到了校时部分会出现跳跃的情况，而原因就是开关在切换的过程中存在着尖端脉冲。

在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的错误所引起的。

因此仿真图和电路连接图还是有一定区别的。

对该设计的建议：此次的数字钟设计重在于仿真和接线，培养我们的动脑能力和动手能力。

总的来说，通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力。

由于本小组设计水平有限，电路的设计还是存在着一定的问题，比如电路的抗振能力。

偶然发现各组的数码显示管容易出现问题以下是数码显示管亮度问题的探讨有二个大的因素影响到亮度一致性。

一是使用原材料芯片的选取，一是使用数码管时采取的控制方式。

1、原材料--芯片的VF和亮度和波长是一个正态分布，即使筛选过芯片，VF和亮度和波长已在一个很小的范围了，生产出来的产品还是在一个范围内,结果就是亮度不一致。

2、要保证数码管亮度一样，在控制方式选取上也有差别最好的办法是恒流控制，流过每一个发光二极管的电流都是相同的，这样发光二极管看起来亮度就是一样的了。

如恒压控制，则导致VF不相同的发光二极管分到的电流不相同，所以亮度也不同。

当然以上二个条件是相辅相成的。

6致谢在这次电子线路设计实习中，很感谢指导老师的指导，以及数电授课老师彭孝东的理论指导，在我们的实践中打好正确的理论基础！还感谢各个同学的共同努力，分享问题，分享经验，令设计变得更有趣。

参考文献：康华光《电子技术基础》（数字部分）高等教育出版社2006康华光《电子技术基础》（模拟部分）高等教育出版社20067.附录表2各主要元件引脚图和功能表表3 七段译码、显示功能表图7-4 七段共阴极显示器b cdf ea g表4 74LS90功能表。