数字电子时钟设计报告.doc

1、通信工程专业基础课程设计研究报告数字钟的设计学生姓名： 学生学号： 指导教师： 所在学院： 专业班级： 中国大庆2011 年 6 月 数字电子时钟摘要：数字电子时钟设计的电路主要由主体电路与扩展电路组成，采用集成块控制设计，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、秒的计数结果经过数据处理可直接送显示器显示。当计时发生误差的时候可以用校时电路进行校正。数字电子时钟优先编码电路、译码电路将输入的信号在显示器上输出；用控制电路和调节开关对LED显示的时间进行调节，以上两部分组成主体电路。通过译码电路将秒脉

2、冲产生的信号在报警电路上实现整点报时功能等，构成扩展电路。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、功能介绍1）数字电子时钟最主要是LED数码管显示功能，以24小时为一个周期，显示时间时、分、秒。2）具有校时功能，可以分别对时、分、秒进行单独校时，使其校正到标准时间。3）计时过程具有整点报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时，以两秒一响嘟提醒，一直持续到整点，共响5声停止。4）振荡电路提供秒脉冲，保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。5）具有直流电源电路，可直接输入220V交流电压。二、设计思路本设计包括：显示电路、

3、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的累计以8421BCD码形式输出，选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，选用CD4511作为显示译码电路，选用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，以次来检查数码管的好坏。如图2；CD4511是一个用于驱动共阴极 LED数码管显示器的 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

4、段均发亮，显示“8”。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。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的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。表1是CD4511的功能真值表：图1 CD4511引脚图 表CD4511的功能真值表LEBILTDCBAABCDEFg显示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000灭011000011111100011000101100001011001011011012

5、011001111110013011010001100114011010110110115011011000111116011011111100007011100011111118011100111100119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，电路主要功能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，保护电路过流、过压、过热，辅助电路，电流源等功能。电路如图2所示。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准确的32768Hz的方波信号，可保证数字钟的走时准

6、确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用TTL门电路构成；另一类是通过CMOS非门构成的电路，本次设计采用了后一种。由CMOS非门与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，U2实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻R1为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容C1、C2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准

7、确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。电路如图4：图4 振荡电路（4）整点报时电路一般时钟都应具备整点报时电路功能，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的或有节奏的音频声波，较复杂的也可以是实时语音提示.。根据要求，电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在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都需要对时间进行校正，通常，校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号

8、加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。根据要求，数字钟应具有时、分、秒校正功能。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，图6所示即为校时电路。图6 校时电路三、主要元器件清单1、电子时钟显示电路：LED数码管6个、拨动开关3个、470电阻43个、3K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

9、各一块、10M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遇到的问题及其解决方法：在检测CD4511驱动电路的过程中发现数码管不能正常显示的状况，经检验发现主要是由于接触不良的问题，其中包括线的接触不良和芯片的接触不良。在实验过程中，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，发现二极管能正常显示的，再用万用表欧姆档检测每一根线是否接触良好，在检测过程中发现有几根线有时能接通，有时不能接通，把接触不好的线重新接过后发现能正常

10、显示了。其次是由于芯片接触不良的问题，用万用表欧姆档检测有几个引脚本该相通的地方却未通，而检测的导线状况良好，其解决方法为把CD4511的芯片拔出，根据孔的的状况重新调整其引脚，使其正对于孔，再用力均匀地将芯片插入面包板中。此后发现能正常显示，本次实验中还发现一块坏的LED数码管和两块坏的CD4511，经更换后均能正常显示。在连接晶振的过程中，晶振无法起振。在排除线与芯片的接触不良问题后重新对照电路图，发现是由于12脚未接地所至。在连接六进制的过程中，发现电路只能4、5的跳动，后经发现是由于接到与非门的引脚接错一根所至，经纠正后能正常显示。在连接校正电路的过程中，出现时和分都能正常校正时，但秒

11、却受到影响，特别时一较分钟的时候秒乱跳，而不校时的时候，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的接触不良的问题。经检查，校正电路的连线没有错误，后用万用表的直流电压档带电检测秒十位的QA,QB,QC和QD脚，发现QA脚时有电压时而无电压，再检测秒到分和分到时的进位端，发现是由于秒到分的进位未拔掉所至。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的，例如仿真的连接示意图中，往往没有接高电平的16脚或14脚以及接低电平的7脚或8脚，因此在实际的电路连接中往往容易遗漏，因此仿真图和电路连接图还是有一定区别的。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。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 2002.2 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 2000.8 o 蔡明生 电子设计 高等教育出版社 2003.9 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 2003.8