数字电子时钟设计优质报告.doc

通信工程《专业基础课程设计》研究汇报

数字钟设计

学生姓名：
学生学号：
指导老师：
所在学院：
专业班级：

中国·大庆
年 6 月

数字电子时钟
 摘  要：数字电子时钟设计电路关键由主体电路和扩展电路组成，采取集成块控制设计，使集成块控制数码管显示时、分、秒，当秒计数计满60时就向分进位，分计数器计满60后向时计数器进位，小时计数器按‘23翻0’规律计数。时分、秒计数结果经过数据处理可直接送显示器显示。当计时发生误差时候能够用校时电路进行校正。数字电子时钟优先编码电路、译码电路将输入信号在显示器上输出；用控制电路和调整开关对LED显示时间进行调整，以上两部分组成主体电路。经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效等，组成扩展电路。经过布线、焊接、调试等工作后数字电子时钟成形。

关键字：数字电子时钟电路 振荡电路 报警电路

一、功效介绍
1）数字电子时钟最关键是LED数码管显示功效，以二十四小时为一个周期，显示时间时、分、秒。
2）含有校时功效，能够分别对时、分、秒进行单独校时，使其校正到标按时间。
3）计时过程含有整点报时功效，当初间抵达整点前10秒进行蜂鸣报时，以两秒一响‘嘟’提醒，一直连续到整点，共响5声停止。
4）振荡电路提供秒脉冲，确保计时稳定及正确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。
5）含有直流电源电路，可直接输入220V交流电压。

二、设计思绪
本设计包含：显示电路、电源电路、报警电路、振荡电路

(1) 显示电路
计数器实现了对时间累计以8421BCD码形式输出，选择显示译码电路将计数器输出数码转换为数码显示器件所需要输出逻辑和一定电流，选择CD4511作为显示译码电路，选择LED数码管作为显示单元电路。一个CD4511和一个LED数码管连接成一个CD4511驱动电路，数码管可从0---9显示，以次来检验数码管好坏。图2；
CD4511是一个用于驱动共阴极 LED数码管显示器 BCD 码—七段码译码器。图1是CD4511引脚图；图中BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时不显示数字。 LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，七段均发亮，显示“8”。 LE：锁定控制端，当LE=0时，许可译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时数值。1、2、6、7为8421BCD码输入端。9-15脚为译码输出端，输出为高电平1有效。 8和16分别接地和+Vcc。CD4511内部有上拉电阻，在输入端和数码管笔段端接上限流电阻就可工作。表1是CD4511功效真值表：
图1 CD4511引脚图

表１　CD4511功效真值表
LE
BI
LT
D
C
B
A
A
B
C
D
E
F
g
显示
X
X
0
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
灭
0
1
1
0
0
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0
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1
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0
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0
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0

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2
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0
1
3
0
1
1
0
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0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
1
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5
0
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6
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7
0
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8
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1
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0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
9

图2显示电路

（2）电源电路
本电路为+5V直流稳压电源，它由变压器输出12V交流电到输出端，再经过电源转化成5V直流电，电路关键功效是为整个设计电路供电。7805是个三端稳压管，+5V电压输出，有稳压取样放大电路，保护电途经流、过压、过热，辅助电路，电流源等功效。电路图2所表示。
图3电源电路
（3）振荡电路
振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定正确32768Hz方波信号，可确保数字钟走时正确及稳定。不管是指针式电子钟还是数字显示电子钟全部使用了晶体振荡器电路。通常输出为方波数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用TTL门电路组成；另一类是经过CMOS非门组成电路，此次设计采取了后一个。由CMOS非门和晶体、电容和电阻组成晶体振荡器电路，U2实现整形功效，将振荡器输出近似于正弦波波形转换为较理想方波。输出反馈电阻R1为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门功效近似于一个高增益反相放大器。电容C1、C2和晶体组成一个谐振型网络，完成对振荡频率控制功效，同时提供了一个180度相移，从而和非门组成一个正反馈网络，实现了振荡器功效。因为晶体含有较高频率稳定性及正确性，从而确保了输出频率稳定和正确。电路图4：
图4 振荡电路

（4）整点报时电路
通常时钟全部应含有整点报时电路功效，即在时间出现整点前数秒内，数字钟会自动报时，以示提醒。其作用式是发出连续或有节奏音频声波，较复杂也能够是实时语音提醒.。依据要求，电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当初间在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74AS32，选蜂鸣器为电声器件。图5即为整点报时电路：
图5 报时电路
（5)校时电源电路
当重新接通电源或走时出现误差时全部需要对时间进行校正，通常，校正时间方法是：首先截断正常计数通路，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，校恰好后再转入正常计时状态即可。依据要求，数字钟应含有时、分、秒校正功效。所以，应截断分个位和时个位直接计数通路，并采取正常计时信号和校正信号能够随时切换电路接入其中，图6所表示即为校时电路。
图6 校时电路
三、关键元器件清单
1、电子时钟显示电路：LED数码管6个、拨动开关3个、470Ω电阻43个、3KΩ电阻3个、74LS08，CD4069，CD4518，CD4511集成块各6个、导线若干。
2、电源电路：整流二极管5个、0.1uF2只、10 uF 、1000 uF各一只、LED发光二极管、2K电阻、LM7805各一个。
3、振荡电路：CD4060，74LS74集成块各一块、10MΩ电阻14个、20 uF电容2个、导线若干。
4、报时电路：74AS32，74LS11集成块各2个、74AS30一个、蜂鸣器一个，导线若干。

四、设计体会
设计过程中碰到问题及其处理方法：
在检测CD4511驱动电途经程中发觉数码管不能正常显示情况，经检验发觉关键是因为接触不良问题，其中包含线接触不良和芯片接触不良。在试验过程中，数码管有几段二极管时隐时现，有时会消失，用5V电源对数码管进行检测，一端接地，另一端接触每一段二极管，发觉二极管能正常显示，再用万用表欧姆档检测每一根线是否接触良好，在检测过程中发觉有几根线有时能接通，有时不能接通，把接触不好线重新接过后发觉能正常显示了。其次是因为芯片接触不良问题，用万用表欧姆档检测有多个引脚本该相通地方却未通，而检测导线情况良好，其处理方法为把CD4511芯片拔出，依据孔情况重新调整其引脚，使其正对于孔，再用力均匀地将芯片插入面包板中。以后发觉能正常显示，此次试验中还发觉一块坏LED数码管和两块坏CD4511，经更换后均能正常显示。
在连接晶振过程中，晶振无法起振。在排除线和芯片接触不良问题后重新对照电路图，发觉是因为12脚未接地所至。
在连接六进制过程中，发觉电路只能4、5跳动，后经发觉是因为接到和非门引脚接错一根所至，经纠正后能正常显示。
在连接校正电途经程中，出现时和分全部能正常校正时，但秒却受到影响，尤其时一较分钟时候秒乱跳，而不校时时候，秒从40跳到59，然后又跳回40，分和秒之间无进位，电路在时,分,秒进位过程中能正常显示，故可排除芯片和连线接触不良问题。经检验，校正电路连线没有错误，后用万用表直流电压档带电检测秒十位QA,QB,QC和QD脚，发觉QA脚时有电压时而无电压，再检测秒到分和分到时进位端，发觉是因为秒到分进位未拔掉所至。
在设计电路中，往往是先仿真后连接实物图，但有时候仿真和电路连接并不是完全一致，比如仿真连接示意图中，往往没有接高电平16脚或14脚和接低电平7脚或8脚，所以在实际电路连接中往往轻易遗漏，所以仿真图和电路连接图还是有一定区分。在设计电路连接图中犯错关键原因全部是接线和芯片接触不良和接线错误所引发。
附录二：数字电子时钟电路图

附录三：PCB板

五．参考资料
o 阎 石 数字电子技术基础 高等教育出版社 1998.12
o 王桂馨 数字电子技术 中国铁道出版社 .2
o 候建军 数字电子技术基础 高等教育出版社 1998.2
o 刘全盛 数字电子技术 机械工业出版社 .8
o 蔡明生 电子设计 高等教育出版社 .9
o 李哲英 电子技术及其应用基础（数字部分） 高等教育出版社 .8