数字钟专业课程设计.doc

摘 要
本次课程设计主题是数字电子钟。干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、显示屏、整点报时电路构成。秒信号产生器是整个系统时基信号，它直接决定计时系统精度，这里用多谐振荡器加分频器来实现。将原则秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每合计60秒发出一种“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每合计60分钟，发出一种“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时合计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示屏显示出来。整点报时电路时依照计时系统输出状态产生一脉冲信号，然后去触发蜂鸣器实现报时。
数字电子时钟优先编码电路、译码电路将输入信号在显示屏上输出；用控制电路和调节开关对LED显示时间进行调节，以上两某些构成主体电路。通过译码电路将秒脉冲产生信号在报警电路上实现整点报时功能等，构成扩展电路。本次设计由震荡器、秒计数器、分计数器、时计数器、BCD-七段显示译码/驱动器、LED七段显示数码管设计了数字时钟电路，可以实现：计时、显示，时、分校时，整点报时等功能。
核心字：数字时钟，振荡器，计数器，报时电路

目 录
1 绪论 1
1.1课题描述 1
1.2设计任务与规定 1
1.3基本工作原理及框图 1
2 有关元器件及各某些电路设计 3
2.1有关重要元器件清单 3
2.2 六十进制“秒”计数器设计 3
2.3 六十进制“分”计数器设计 4
2.4 二十四进制计数器设计 5
2.5 秒脉冲电路设计 5
2.6整点报时电路设计 6
3 总体电路图 7
总结 8
道谢 9
参照文献 10

1 绪论
1.1课题描述
数字钟已成为人们寻常生活中必不可少必须品，广泛用于个人家庭以及办公室等公共场合，给人们生活、学习、工作、娱乐带来极大以便。数字电子钟是一种用数字显示秒﹑分﹑时记时装置，与老式机械时钟相比，它普通具备走时精确﹑显示直观﹑无机械传动装置等长处，因而得到了广泛应用：小到人们寻常生活中电子手表、电子闹钟，大到车站﹑码头﹑机场等公共场合大型数字显电子钟。由于数字集成电路技术发展和采用了先进石英技术，使数字钟具备走时精确、性能稳定、携带以便等长处，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。
钟表数字化给人们生产生活带来了极大以便，并且大大地扩展了钟表原先报时功能。诸如定期自动报警、准时自动打铃、时间程序自动控制、定期广播、定期启闭电路、定期开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定期电气自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基本。因而，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实意义。
1.2设计任务与规定
设计指标时间以24小时为一种周期时钟；显示时、分、秒；有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到原则时间；计时过程具备报时功能，当时间到达整点前5秒进行蜂鸣报时；要提供表针时间基准信号。
设计规定画出电路原理图（或仿真电路图）；元器件及参数选取；电路仿真与调试。
1.3基本工作原理及框图
1、基本工作原理
一方面，由555定期器构成一种多谐振荡器分频后得到1HZ秒脉冲，秒脉冲发生器输出端接到秒计数器时钟输入端[1]。 
数字钟分、秒计数某些均为六十进制计数器（显示00～59），采用两片74LS290D来实现。个位为十进制，十位为六进制，当个位计数到9时，再来一种脉冲变成0，同步产生一种进位信号，给十位提供一种脉冲，使十位计数加1。而数字钟时计数某些为二十四进制计数器（显示00～23），也是采用两片74LS160D实现。当开始计数时，个位按十进制计数，当计到23时，这时再来一种脉冲，回到“零”。因此，这里必要使个位既能完毕十进制计数，又能在高低位满足“23”这一数字后，十计数器清0，电路采用了十位2和个位3相“与非”后再清0。当秒计数器计到59时，再来一种脉冲变成00，同步产生一种进位信号给分计数器CP输入端；当分计数器计到59时，再来一种脉冲变成00，同步产生一种进位信号给时计数器CP输入端；当时计数器计到23时，再来一种脉冲变成00 [2]。
当计数器在每次计到整点时，需要提前五秒报时，这可采用译码电路来解决，即当时为23，分为59时，且秒计数到55时，输出一高电平，通过一系列门电路驱动蜂鸣器，完毕整点报时 [3]。
数字钟校正某些重要是通过单刀双掷开关实现。
2、电路框图
基本电路框图如图1所示。
时显示屏
分显示屏
秒显示屏
24进制计数电路
60进制计数电路
60进制计数电路
校时电路
报时电路
秒脉冲电路

图1 基本电路框图
2 有关元器件及各某些电路设计
2.1有关重要元器件清单
实验用重要元器件如表1所示。
元器件
类型
型号
名称
个数

计
数
器

同步计数器
74LS160D
4位二进制计数器
2
异步计数器
74LS290D
二-五-十进制计数器
4
译码器
二进制译码器
4511BD
二-十进制译码器
6
显示译码器器
共阴极形式
SM421050N

6
逻辑门器件
与非门
74LS10
2输入与非门
1

非门
74LS08
逻辑门器件
9
分频器

74LS90

2
蜂鸣器

BUZZER

1
电阻、电容

3，2
单刀双掷开关

2
表1 实验用重要元器件
2.2 六十进制“秒”计数器设计
由分频器来秒脉冲信号，一方面送到“秒”计数器进行累加计数，秒计数器应完毕一分钟之内秒数目累加，并达到60秒时产生一种进位信号。选用两片74LS290D和一片74LS08D构成六十进制计数器，来实现六十进制计数。其中，“秒”十位是六进制，“秒”个位是十进制。
对设计电路进行仿真[4]，“秒”计数器某些仿真电路如图2所示。

图2 秒计数电路图
2.3 六十进制“分”计数器设计
“秒“计数器累加计数达到60秒时产生一种进位信号输入到“分”计数器，分计数器累加计数达到60分时产生另一种进位信号。“分”计数器同样选用两片74LS290D和一片74LS08D构成六十进制计数器，来实现六十进制计数。其中，“分”十位是六进制，“分”个位是十进制。
“分”计数器某些仿真电路如图3所示。

图3 “分”计数器电路
2.4 二十四进制计数器设计 
“12翻1”小时计数器是按照“01——02——03——„„——22——23——00——01——02——„„”规律计数，这与寻常生活中计时规律相似。在此实验中，它是由两片74LS160D和一片74LS10N构导致同步二十四计数器，运用异步清零端实现起从23——00翻转，其中“24”为过渡状态不显示。其中，“时”十位是3进制，“时”个位是十进制。
时计数器某些仿真电路如图4所示[5]。

图4 时计数器电路
2.5 秒脉冲电路设计
这里我用555定期器制作了一种多谐振荡器，产生100Hz脉冲后通过两次分频得到1Hz秒脉冲 [6]。
如图5示，由555定期器和外接元件R、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，运用电源通过R向C充电，以及C通过R向放电端放电，使电路产生振荡。电容C在和之间充电和放电，从而在输出端得到一系列矩形波。分频器是由两个74190D构成，输出端频率则是将本来100Hz提成1Hz频率输出，实现分频效果。

图5 秒脉冲产生电路
2.6整点报时电路设计
电路应在整点前 5秒钟内开始整点报时，即当时间在 59 分 55秒到 59 分59 秒期间时，报时电路报时控制信号。 
当时间在 59 分 59 秒到 00分 00 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，因而可将分计数器十位 Qc 和 Qa 、个位 Qd 和 Qa及秒计数器十位 Qc 和 Qa 相与，从而产生报时控制信号。
报时电路某些电路图如图6所示。

图6 报时电路电路图
3 总体电路图
依照设计原理方框图将各某些电路连接起来则构成了总体电路图[7]。
整体电路图如图7所示。

图7 整体电路图

总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现实际问题、提出实际问题、分析和解决实际问题,锻炼实践能力重要环节,是对学生实际学习能力、动手能力详细训练和考察过程。
通过这次做数字钟设计，我懂得了要完毕一种课题设计要涉及到许多方面知识。上网查询和查阅有关书籍资料，让我懂得了大量关于数字钟设计知识，同步又重新将从前学过知识复习了一遍，做到对各个集成块引脚功能和工作原理都很清晰，从而让我更深一步掌握了时序逻辑电路功能，学会理解了做课程设计普通环节和设计中应注意问题。各个芯片可以完毕什么样功能，使用芯片时应当注意那些要点，同一种电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一种功能区别。此外，我还徐徐熟悉了Multisim这个仿真软件各个功能，还在电脑制作文档过程中，对办公软件有了更进一步理解和掌握。通过这次对设计报告编辑和整顿，我也学会了诸多后来编写论文所必要要懂得知识，为我后来做课题研究编写论文打下了一定基本。
本次实验让我明白无论是在做实验还是在此后学习中，都应当有一种坚定不移不达目不罢休信念，只有这样才干达到自己最后目的！成功就是在不断摸索中迈进实现，遇到问题咱们不能灰心、烦躁，甚至放弃，而要静下心来仔细思考，分部检查，找出最后因素进行改正，这样才会有进步，才会一步步向自己目的接近，才会获得自己所要追求成功。

道谢
一方面，感谢这次课程设计指引教师予以指引协助；在刚拿到设计任务时候我无从下手，通过乐教师解说指引我找到了设计思路，懂得了该去查找些哪些资料；在遇到想不明白问题时候，乐教师指点让我找到理解决办法；设计报告草稿出来后乐教师予以了诸多在论文格式上指正，指出了诸多在编写论文方面应当注意问题，教会我该如何去修改。
另一方面，感谢同组内同窗提供资料协助，让我省了诸多查找资料时间，也感谢同窗们给提示和建议，让我少走了某些弯路。
最后，感谢我这次做课程设计所借鉴资料作者们，在这些资料里我学到了诸多专业知识，对之前所学习知识也有了更多理解，同步学会了如何学以致用。

参照文献
[1] 蒋华勤.电子技术基本实验.中华人民共和国计量出版社，.
[2]宋家友、乐丽琴.数字电子技术.哈尔滨工程大学出版，.
[3] 刘常澍.数字逻辑电路（第一版）.国防工业出版社，.
[4]赵春华、张学军 Multisim 9电子技术基本仿真实验. 机械工业出版社，.
[5] 路勇.电子电路实践及仿真（第一版）.清华大学出版社，.
[6]王毓银.脉冲与数字电路（第三版）.高等教诲出版社，1999.
[7] 张义申，陆坤等.电子设计技术[M].西安:电子科技大学出版，1996.
[8] 赵学良，张国华.电源电路[M].北京:电子工业出版社，1995.
[9]《Research of Commercial Bifacial Silicon Solar Cells》 ，4，1520-1523，DOI：10.1007/978-3-540-75997-3_309
[10]《Effect of the purity of CdTe starting material on the impurity profile in CdTe/CdS solar cell structures》1327-1331，DOI：10.1007/s10853-005-0560-8