多功能数字钟数电专业课程设计方案报告.doc

1.设计任务与规定
1.1产生1HZ脉冲；
1.2 能显示时，分，秒，24小时进制；
1.3可手动校正：能分别进行分、时校正。只要将开关置于手动位置。可分别对分、时进行持续脉冲输入调节；
1.4整点报时。
2.系统原理框图
由振荡器输出稳定高频脉冲信号作为时间基准，秒计数器满60向分计数器进位，分计数器满60向小时计数器进位，小时计数器按“24翻1”规律计数，计数器经译码器送到显示屏；计数浮现误差可用校时电路进行校时、校分、校秒，
可发挥某些：使数字钟具备可整点报时与定期闹钟功能。
时显示屏
分显示屏
秒显示屏
时译码器
分译码器
秒译码器
时计数器
分计数器
秒计数器
校时电路
振荡器
分频器
定期控制
仿电台报时
整点报时
主体某些
扩展 某些
数字钟构造框图如图1所示

图1数字钟构造框图

3.设计方案与论证
3.1时间脉冲产生电路
方案一：由集成电路定期器555与RC构成多谐振荡器作为时间原则信号源。
555与RC振荡电路如图2所示

图 1 555与RC构成多谐振荡器图
方案二:振荡器是数字钟核心。振荡器稳定度及频率精准度决定了数字钟计时精确限度，普通选用石英晶体构成振荡器电路。石英晶体振荡器作用是产生时间原则信号。因而，普通采用石英晶体振荡器通过度频得到这一时间脉冲信号。石英晶体振荡电路如图3所示

图 2 石英晶体振荡器图

方案三：由集成逻辑门与RC构成时钟源振荡器
门电路构成振荡电路如图4所示

图 3 门电路构成多谐振荡器图
用555构成脉冲产生电路：R1=47kΩ，R2=47kΩ，C=10μF ，则555所产生脉冲为:f=1/[(R1+2*R2)CLn2=1Hz,而设计规定为1Hz,在精度规定不是很高时候可以使用。
石英晶体振荡电路:采用32768晶体振荡电路,其频率为32768Hz,然后再通过15分频电路可得到原则1Hz脉冲输出.R阻值,对于TTL门电路普通在0.7～2KΩ之间;对于CMOS门则常在10～100MΩ之间。
由门电路构成多谐振荡器振荡周期不但与时间常数RC关于，并且还取决于门电路阈值电压VTH，由于VTH容易受到温度、电源电压及干扰影响，因而频率稳定性较差，只能用于对频率稳定性规定不高场合。
综上分析，选取方案一，555与RC构成振荡电路较简朴，易调节，成本较低

3.2校时电路
数字种启动后,每当数字钟显示与实际时间不符进,需要依照原则时间进行校时。校“秒”时，采用等待校时。校“分”、“时”原理比较简朴，采用加速校时。
对校时电路规定是 ：
3.2.1在小时校正时不影响分和秒正常计数 。
3.2.2在分校正时不影响秒和小时正常计数 。

方案一：当刚接通电源或时钟走时浮现误差时，都需要进行时间校准。校时是数字钟应具备基本功能，普通电子钟均有时、分、秒校时功能。为使电路简朴，这里只进行分和小时校准。校时可采用快校时和慢校时两种方式。校时脉冲采用秒脉冲，则为快校时；如果校时脉冲由单次脉冲产生器提供则为慢校时。图5中C1、C2用于消除抖动。

至时个位计数器
至分个位计数器
分十位进位脉冲
秒十位进位脉冲
3.3KW
3.3KW

C2 S2
C1 S1
C1=C2=0.01mF
+5V
校时脉冲

图5方案一校时电路

方案二：普通，校正时间办法是：一方面截断正常计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高方波信号加到需要校正计数单元输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。依照规定，数字钟应具备分校正和时校正功能，因而，应截断分个位和时个位直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换电路接入其中。图6所示为所设计校时电路。

图 6 方案二校正电路图

方案三：校准电路由基本RS触发器和“与”门构成，基本RS触发器功能是产生单脉冲，重要作用是起防抖动作用。未拨动开关K时，“与非”门G2一种输入端接地，基本RS触发器处在“1”状态，这是数字钟正常工作，“分”进位脉冲能进入“分”计数器。拨动开关K时，“与非”门G1一种输入端接地，于是基本RS触发器转为“0”状态。秒状态可以直接进入“分”计数器，而“分”进位脉冲被制止进入，因而能较快地校准分计数器计数值。校准后，将校正开关恢复原位，数字钟继续进行正常计时工作。电路图如图7所示:

图 7 方案三校正电路

方案四：校时电路仅由2个单刀双掷开关所构成

综上分析，选取方案四，用开关构成校时电路较简朴，易调节，成本低
4.电路图及设计文献
4.1工作原理
4.1.1电路总原理如图8所示

图8多功能数字钟总原理图
4.2电路设计
4.2.1基于NE555秒方波发生器设计
用NE555芯片以及外围电路搭建成一种多谐振荡器，通过设计外围电路参数输出方波频率为1Hz，故称为秒方波发生器。由于脉冲占空比对系统影响不大，故把占空比设计为1/3。输出方波用作计数器及D触发器clk信号。NE555定期器引脚图如图9所示，脉冲频率公式：
f=1／（R1+2R2）C㏑2
选取R1=47K，R2=47K，RV1=2K，C=10μF，形成电路图如图10所示：

图9 NE555引脚图

图10秒脉冲发生器

4.2.2基于74ls16024\60进制计数器设计

图11 74ls160引脚图

表1 74ls160功能表

图12 采用同步置数法设计60进制计数器

图13 采用同步置数法设计24进制计数器
4.2.3译码驱动及显示单元电路
译码电路功能是将“秒”、“分”、“时”计数器输出代码进行翻译，变成相应数字。用于驱动LED七段数码管译码器惯用有74LS48。74LS48是BCD-7段译码器/驱动器，其输出是OC门输出且低电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。如图9所示。若将“秒”、“分”、“时”计数器每位输出分别接到相应七段译码器输入端，便可进行不同数字显示。

图 14译码及驱动显示电路图

4.2.4整点报时电路
仿电台正点报时电路功能规定是：每当数字钟计时将近到正点时发出声响。但为了简朴，用发光二极管代替喇叭，到分钟显示到59分时，二极管就会亮。
4.2.5校时电路
当刚接通电源或时钟走时浮现误差时，都需要进行时间校准。校时是数字钟应具备基本功能，普通电子钟均有时、分、秒校时功能。为使电路简朴，这里只进行分和小时校准。
5.测试办法与数据
5.1测试环节如下：

5.1.1 用示波器检测脉冲信号发生器某些，看其输出秒脉冲信号波形、频率和周期等与否符合规定，必要保证秒脉冲信号频率精确（F＝1Hz），这关系整个数字钟精确性。
5.1.2分别将时、分、秒计数器脉冲信号输入端调至较时脉冲，检查各计数器与否按所规定进制形式进行，显示与否正常。同步看较时电路与否达到较时目。

5.1.3时、分、秒计数器接回计时脉冲，看总体工作与否正常。

5.2测试数据
5.2.1显示00:05:35

图15 仿真成果图

6.元件清单
元件清单如表2所示
器件型号
用途简介
数量
74LS48
译码器
6
BS202
数码显示屏
6
74LS160
十进制计数器
6
74LS04
6反相器
1
74LS20
4输入与非门
2
NE555
555定期器
1
CAP
10U电容
1
LED
发光二级管（红）
1
Resister
47K欧姆电阻
2
Pot
2K电位器
1
103
0.01u电容
1
Switch
开关
2
表2 元件清单表