《电子时钟完整版 有实物图.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子时钟完整版 有实物图.docx（26页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、电子技术综合训练设计报告题目：多功能电子钟的设计姓名：杜鹏学号：10020106班级：控制工程基地一班同组成员：宋峰指导教师：杨新华日期：2012 年 12 月 31 日星期一1摘要数字钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为 24 小时，显示满刻度为 23 时 59 分 59 秒。一个基本的数字钟电路主要由秒信号发生器、“时、分、秒、”计数器、译码器及显示器组成。由于采用纯数字硬件设计制作，与传统的机械表相比，它具有走时准，显示直观，无机械传动装置等特点。本设计中的数字时钟采用数字电路实现对“时” 、“分”、“秒”的显示和调整。通过采用各种集成数字芯片搭
2、建电路来实现相应的功能。具体用到了 555 震荡器，74LS160 十进制计数器及与非，与或非等门集成芯片等。该电路具有计时、校时和整点报时的功能，并且加入了秒信号灯。关键词振荡器计数器译码显示器 时钟2目录1 设计任务和要求5 1.1 设计任务.51.2 设计要求.52 系统设计.5 2.1 系统要求.52.2 方案设计.62.3 系统工作原理.63 单元电路设计.7 3.1 电源模块的设计.7 3.1.1 电路结构及工作原理.73.1.2 电路仿真.73.1.3 元器件的选择及参数确定.73.2 秒脉冲信号发生器模块.83.2.1 电路结构及工作原理.83.2.2 电路仿真.93.2.3
3、元器件的选择及参数确定.93.3 60 进制秒、分计数模块93.3.1 电路结构及工作原理 .103.3.2 电路仿真103.3.3 元器件的选择及参数确定113.4 24 进制时计数模块.113.4.1 电路结构及工作原理 .113.4.2 电路仿真123.4.3 元器件的选择及参数确定123.5 译码显示电路) 1333.6 校时电路.143.6.1 电路结构及工作原理143.6.2 电路仿真143.6.3 元器件的选择及参数确定153.7 整点报时电路.164 电路总体仿真165 电路安装、调试与测试18 5.1 电路安装185.2 电路调试185.3 系统功能及性能测试185.3.1
4、测试方法设计185.3.2 测试结果及分析186 结论 .197 参考文献198 总结、体会和建议19附录：元器件清单电路原理图实物图片41 设计任务和要求设计制作一个数字电子钟指标：（1）小时计数电路采用 24 进制，从 00 开始到 23 后再回到 00；分和秒计数电路采用 60 进制，从 00 到 59 后再回到 00. （2）各用 2 位数码管显示时、分、秒；（3）具有手动校时、校分功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；（4）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；（5）为保证计时器的稳定性及准确性，由晶体振荡器提供
5、时间基准信号总体设计该方案的优点是模块内部简单，基本不需要额外的电路，该方案结构简单，模块间关系较明确，模块外不需使用较多门电路，但不利于功能扩充。2 系统设计下面将介绍数字电子钟的整个电路系统设计的过程。包括数字电子钟的设计原理，设计方案的确定，数字电子钟的电路设计计算机仿真，电路的设计、焊接与调试几大部分.2.1 系统要求根据任务书的要求可知，该数字电子钟的电路系统主要由电源模块、时钟信号源，时、分、秒计数器，译码器、显示器电路、校时电路等组成。其中秒信号产生器是整个系统的时基信号，一般多用 555 定时器来实现，将标准时基信号送入秒计数器，秒计数器采用六十进制计数器，每累计六十秒发出一个
6、“分脉冲”信号，该信号将作为分计数器的计数脉冲，分计数器同样采用六十进制计数器，每累计六十分钟，发出一个时脉冲信号，而该信号将被送到式计数器，时计数器采用二十四进制计数器，可以实现对一天二十四小时的计时。译码显示电路将时、5分、秒的计数器输出状态通过显示驱动电路，七段显示译码器译码，再经过六位LED 七段显示器显示出来，校时电路采用开关和或门电路达到校时功能，由于机械开关在工作时有时会产生抖动现象，造成校时错误，或者跳得比较多，或者比较快，所以应加去抖电路。2.2 方案设计本电路系统由晶体振荡电路，时间计数电路，校时电路，译码驱动电路组成。其中，时间计数电路用六个 74LS160 组成。校时电
7、路主要由 74LS00P 组成RS 触发器，而且加入消抖电路，达到了自动校时的效果，系统整体框架大致如下：译码驱动译码驱动译码驱动译码驱动译码驱动译码驱动时十位时个位分十位分十位秒十位秒十位计数计数计数计 数计数计数校时电校分电路路振荡器电分频器分频器路电路电路2.1 数字电子时钟系统框图2.3 系统原理数字电子钟是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。主要由振荡器、分配器、计数器、译码器和显示器电路功能模块组成。振荡器产生的时钟信号经过分频器形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果通过显示器以“时”、“分”、“秒”的顺序以数字形式显示出来。秒计数器电路计6满 60 后
8、触发分计数器电路，分计数器电路计满 60 后触发时计数器电路，当计满24 小时后又开始下一轮的循环计数。可以通过校时电路对分和时进行校时，且具有整点报时功能，当时间到达整点前 10 秒开始，蜂鸣器将以 1 秒响 1 秒停的形式响 5 次。3.单元电路的设计3.1 电源模块的设计3.1.1 电路原理：直流稳压电源电路的构成，是由 220V，50HZ 交流电电源、交流变压器、桥式整流电路、滤波、稳压几个部分组成。220V 交流电经变压器变为 9V 交流电，后经整流（全波整流）、滤波（0.33mF 电容）、稳压（W7805）输出+5V直流电，电路原理图如图 2.2图 3.13.1.2 电路原理图仿真
9、如图 2.37图 3.2由仿真图可知，该电路可以得到 5V 的直流电源，因此可以做为整个系统的电源。3.1.3 元件的选择电网供给交流电压（220v 50HZ）经变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压，然后由整流桥经整流后变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电流，然后有滤波电容滤去其中的杂波，并且可以抵消线路的电感效应防止产生自激震荡，但是这样的直流电压还会随电网和负载的变化而变化，因此在该电路中又使用了稳压芯片（7805）可以得到比较理想的直流电压，输出端的滤波电容的作用是用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态效应。3.2 秒脉冲信号发生器模块脉冲信号源的选择可以用 555 定时器制作的
10、多谐振荡器，信号发生器，脉冲芯片等方式都可以作为脉冲信号源，在此我选择的是多谐振荡器，主要考虑的是它的易于制作和很好的稳定性以及对于它比较熟悉。3.2.1 秒脉冲信号产生原理多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。用 555 定时器构成的多谐振荡器电路如图 3.3：图中电容 C1、电阻 R1 和 R2 作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器
11、的触发输入端（2 脚）和阀值输入端（6 脚）与电容相连；集电极开路输出端（7 脚）接 R1、 R2 相连处，用以控制电容 C1 的充、放电；外界控制输入端（5 脚）通过 1uF 电容接地。这里我用 555 定时器构成一个多谐振荡器其产生的频率为 100Hz,然后经过整形、分频获得 1Hz 的秒脉冲。电路原理图如图 3.38图 3.33.2.2 电路仿真结果如下图 3.4图 3.4由仿真图可知，产生的波形符合我们的标准，周期大约为 1 秒，大致可以做为秒脉冲信号。3.2.3 元件的选择9由 555 的数据手册可知，电容充电时间 T1 和放电时间 T2 各为：T1=（R1+R2）C1ln2T2=R
12、2C1ln2故电路的震荡周期为 T=（R1+2R2）C1ln2 频率为 f=由图 3.3 可知，将 R1、R2、C1 代入公式可得 T=0.0102 f=98Hz。大致为100Hz，与仿真结果相同，故电路设计准确。分频器是由两个十进制计数器 74160 组成的 100 进制计数器。则输出端的频率则是将原来的 100Hz 分成 1Hz 的频率输出，实现分频效果。3.3 60 进制秒、分计数模块3.3.1 工作原理由以上 555 振荡器产生的频率为 100Hz 时钟信号经过 100 次分频后即可产生 1Hz 的时钟信号，所以可以直接把所得的 1Hz 信号作为秒位计数器的时钟信号。计数方面选择具有计
13、数功能的十进制计数芯片 74LS1600 芯片，采用反馈清零方法，组成 60 进制的计数器，60 秒之后产生进位信号。进位信号做为分计数器的脉冲。U10、U11 共同构成秒、分计数器，它由两个 74LS160 构成六-十进制的计数器，如图 2.3。U11 作为秒、分个位十进制计数器，它的复位输入CLK 和置位输入LOAD 都接高电平，秒信号脉冲作为计数脉冲输入到 CLK 端，输出端 RCO 控制 U10 秒十位计数器的计数脉冲输入。QA、QB、QC、QD 作为秒个位的计时值送至秒个位七段显示译码。U10 作为秒十位六进制计数器，它的计数脉冲输入受到秒个位 U4 的控制，其计数器使能端 CLK
14、与 U4 的输出端 C 相连接。当 U3 计数器计到 0110，即清零信号到复位输入端时，QA、QB、QC、QD 输出的都是零。QA、QB、QC、QD 作为秒十位的计时值送至秒十位七段显示译码。电路工作原理图如下：10图 3.53.3.2 仿真结果如下图 3.611经仿真可知，电路运行正确，可做为 60 进制计数模块使用。3.3.3 元器件的选择时分秒计数器的选择。时分秒计数器的选择同样有多种，74LS160 和 74LS161 都是不错的选择， 74LS190 和 74LS191 等等也都可以，考虑到其简单易用和作为课本上重点内容在此我们选择的是 74LS160。3.4 24 进制时计数模块
15、3.4.1 原理24 进制计数模块和 60 进制模块原理基本一样，当分位计数到 60 后产生一个进位信号作为时个位的时钟信号，时个位信号到 10 时，给时十位一个进位信号。如图 3.7 所示，U8、U9 共同构成时计数器，它由两个 74LS160 构成二十四进制的计数器。如图 2.5，U8 作为时个位计数器，分进位信号脉冲作为计数脉冲输入到 CP1 端，输出端 C 控制 U8 时十位计数器的计数脉冲输入。QA、QB、QC、QD 作为秒个位的计时值送至秒个位七段显示译码。当计数器输出为 00100100 状时，将 U9、U10 的clk 端同时置为“0”，使计数器立即返回到 00000000 状
16、态。这样就构成了二十四进制计数器。电路原理图如图 3.7：12图 3.73.4.2 电路仿真如下：图 3.813由仿真可知，所连接的电路符合自己预想的效果，可以作为二十四进制计数器模块。3.4.2 电路中元器件的选择。元器件的选择和 60 进制计数器模块元件的选择一样。3.5 译码显示电路译码显示是将计数器的状态直观地显示出来。由于计数器输出的是一个 8421BCD 码，所以可以用 4511 显示译码器与1 位共阴极数码管进行译码显示。3.6 校时电路数字电子钟必须具有校时功能才有现实意义，所以对设计的电子钟加校时电路。方法：利用开关和或门电路达到校时功能，由于机械开关在工作时有时会产生抖动现
17、象，造成校时错误，或者跳得比较多，或者比较快，所以应加去抖电路。3.6.1 校时电路原理数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。即为用 COMS 与或非门实现的时或分校时电路，In1 端与低位的进位信号相连；In2 端与校正信号相连，校正信号可直接取自分频器产生的 1HZ 或 2HZ（不可太高或太低）信号；输出端则与分或时个位计时输入端相连。当开关打向下时，因为校正信号和 0 相与的输出为 0，而开关的另一端接高电平，正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态；当开关打向上时，情况正好与上
18、述相反，这时校时电路处于校时状态。实际使用时，因为电路开关存在抖动问题，所以一般会接一个 RS 触发器构成开关消抖动电路，所以整个较时电路原理图如图 3.9。14图 3.93.6.2 系统整个仿真图如下图 3.10经过仿真后，可知，该校正电路符合自己的预想，可达到校正时钟的目的，因此可以采用。3.6.3 元器件的选择这里校正电路主要由 74LS50、74LS00、电阻和单刀双置开关组成，74LS50是一个与非门用来选择信号，而 74LS00 主要用来构成一个 RS 触发器，用来消抖。3.7 整点报时电路为增强数字电子钟的功能，有必要加上报时功能。可利用蜂鸣器与组合逻辑电路，设计成到 59 分
19、50 秒开始响。15由于当时间在 59 分 50 秒到 59 分 59 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，因此可将分计数器十位的 Q和 Q 、个位的 Q 和 Q及秒计数器十位的 Q和 Q相与，从而产生报时控制信号。因此报时电路可以选 74LS30 来构成。74LS30 为 8 输入与或非门。系统原理图如图 3.11经过仿真后，可知，该校正电路符合自己的预想，可达到校正时钟的目的，因此可以采用。元器件主要采用 8 输入与或非门 74LS30 和蜂鸣器。4.总电路的仿真。整个数字钟由时间计数电路、秒脉冲发生电路、校正电路、整点报时电路组成。其中以校正电路代替时间计
20、数电路中的时、分、秒之间的进位，当校时电路处于正常输入信号时，时间计数电路正常计时，但当分校正时，其不会产生向时进位，而分与时的校位是分开的，而校正电路也是一个独立的电路。电路的信号输入由 555 构成的振荡器产生，并输入各电路。下图为仿真结果，仿真开始时，多谐振荡器产生 100Hz 的正弦脉冲信号，然后经过分频器后其输出的频率变为 1Hz。计数器接收到脉冲信号后开始计数，计数结果显示在数码管上。当分秒计数器达到 59 分 5秒，然后再来一个脉冲信号时扬声器开始发声，也就是整点报时。下面为其中的一张仿真图。16U16U15DCD_HEXDCD_HEX时 U10C74LS00D141312111
21、5141312111516QAQBQCQDRCOU4VCCQAQBQCQDRCOU5ENPENTLOADCLRCLK74LS160NENPENTLOADCLRCKLGND74LS160NABCDABCD345671091234567109128VCC5VVCC5VVCC5VA1VCCR1RSTOUT49kDISTHRTRIR2CONGND49k555_VIRTUALC1 100nFC2 1FU14U13U12DCD_HEXDCD_HEXLED2 LED1DCD_HEX分U10A 秒U10B74LS00D74LS00D161413121115161413121115161413121115VCC
22、QAQBQCQDRCOU6VCCQAQBQCQDRCOU7VCCQAQBQCQDRCOU8LOADCLR74LS160NLOADCLR74LS160NLOADCLR74LS160NABCDENPENTCLKGNDABCDENPENTCLKGNDABCDENPENTCKLGND345671091283456710912834567109128U18U19BUZZER报时74LS30D200 HzR310kU20AJ3Key = Space74HC00D_4V1U17AU21A121389U20B1074HC00D_4VR41174HC51D_4V10k74HC00D_4VU20D校时R574HC
23、00D_4VU17B10k23U21BJ264574HC51D_4V74HC00D_4VKey = SpaceU20CR674HC00D_4V10kVCC5V21910765432191076543秒脉冲信号发生电路CLKCLRLOADENTENPDCBAU1CLKCLRLOADENTENPDCBAU274LS160NRCOQDQCQBQA74LS160NRCOQDQCQBQA15111213141511121314U11DCD_HEX161413121115VCCQAQBQCQDRCOU9ENPENTLOADCLRCLKGND74LS160NABCD34567109128175.电路的安装、调试、测试5.1 电路的安装首先应把芯片整体的排布有一个概念，尽量做到整齐，容易检查，走线，飞线简单。注意各个芯片的接地端和电源端要焊好，不要出现虚焊等情况。由于电路比较复杂，焊接完成后若然出现问题，需要反复检查，最终解决问题。焊接是在电路板后面焊，所以管脚顺序要注意。5.2 电路的调试电路焊接好之后需要经过调试确认电路可行。我采用的调试方法是挨个模