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数字电子时钟设计与研究
毕业设计（论文）
题目：
数字电子时钟设计与研究
摘要
数字钟事实上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。
振荡器产生的时钟信号通过度频器形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。
秒计数器电路计满60后触发分计数器电路，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。
一样由振荡器、分频器、计数器、译码器、数码显示器等几部份组成。
振荡电路：
要紧用来产生时刻标准信号，因为时钟的精度要紧取决于时刻标准信号的频率及稳固度，因此采纳石英晶体振荡器。
分频器：
因为振荡器产生的标准信号频率很高，若是要取得“秒”信号，需必然级数的分频器进行分频。
计数器：
有了“秒”信号，那么能够依照60秒为1分，24小时为1天的进制，别离设定“时”、“分”、“秒”的计数器，别离为60进制，60进制,24进制计数器，并输出一分，一小时，一天的进位信号。
译码显示：
将“时”“分”“秒”显示出来。
将计数器输入状态，输入到译码器，产生驱动数码显示器信号，呈现出对应的进位数字字型。
由于计数的起始时刻不可能与标准时刻（如北京时刻）一致，故需要在电路上加一个校时电路能够对分和时进行校时。
另外，计时进程要具有报时功能，那时刻抵达整点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。
为了使数字钟利用方便，在设计上利用了一个变压器和一个整流桥来实现数字钟电能的输入，使得能够方便地直接插入220V的交流电就能够够正常地利用了。
关键词：
数字钟；振荡；计数；校正；报时
ABSTRACT
Adigitalclockisactuallyastandardfrequency（1Hz）tocountcountcircuit.Producedbytheclocksignaloscillatorisformingsecondpulseseparatefrequencysignal,secondpulsesignalinputcounter,andthetotalcountthe,""to"division"and"second"digitaldisplay.Secondsaftercountercircuitplantriggerpointswith60countercircuit,pointscountercircuitplantriggerafterfull60when,whentheprogramcountercircuitafter24hoursandstartthenextroundofcyclecount.Generallybyoscillator,points,counters,thefrequencyofandecoder,digitaldisplaytowaitforafewparts.
Oscillatingcircuit:
mainlyusedtoproducethetimestandardsofaccuracysignal,becausetheclockmainlydependsonthesignalfrequencyandtimestandards,sostabilityusingquartzcrystaloscillator.
Editor:
becauseoscillatorseparatefrequencyproducestandardsignalfrequencyisveryhigh,ifonlytogetthe"second"signal,needcertainseriescanseparatefrequencyseparatefrequency.
Counter:
therewere"seconds"signal,canaccordingto60secondsfor1minute,24hoursadayfor1dayintothesystem,setupseparately",""points","seconds"counter,respectivelyis60disables,60disables,24disablesthecountersandoutputapoints,anhour,adayofbinarysignals.
Decodedisplay:
"""points""seconds"displayed.Willcounterinputstates,inputtodecoder,producedrivedigitaldisplaysignal,presentsthecorrespondingcarrydigitfonts.
Becausethestarttimeofcountingimpossibleandstandardtime（suchasBeijingtime）,soitneedstoagreeonaschoolintheelectricalcircuitcanaddwhentopointsandinschool.Inaddition,timerprocesswillhavetostrikethefunction,whentimebeforethehour,10secondsbeganbuzzer1secondring1secondstopthe5times.
Inordertomakeadigitalclockuseconvenient,goupinthedesignUSESatransformerandarectifierbridgetoachieveadigitalclockpowerinput,makeeasilypluggeddirectlyinto220Valternatingcurrentscannormallyuse.
Keywords:
tostrikethedigitalclock;oscillation;counting;correction
第一章绪论
1课题来源：
前人把时刻分为时辰与更点。
而现代人从最初的机械式钟表到此刻普遍用到的数字式钟表。
无不表现着人类对时刻准确性及对时刻的把握性的追求。
随着科学技术的不断进展，人们关于时钟的要求在不断的提高。
时钟已不单单被看成一种用来显示时刻的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多的功能。
高精度，多功能，小体积，低能耗，节能型，环保型是现代时钟进展的趋势。
数字钟长期、持续、靠得住、稳固的工作；同时还具有体积小、功能低等特点、便于携带、试用方便。
2研究现状：
能够说现代人关于数字时钟已成为日常生活中不可缺少的必需品。
由于数字采成电路的进展和石英晶体振荡器的普遍应用，使得数字钟的精度远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来极大的方便，而且大大可扩展了钟表原先的报时功能。
钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。
诸如按时自动报警、按时自动打铃、按时广播时刻程序自动操纵、按时启闭电路、按时开关烘箱、通断动力设备，乃至各类按时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。
数字种具有按时、报警等多项功能，被普遍应用于自动化操纵、智能化毅等领域。
因此，研究数字钟及扩大其应用，有着超级现实的意义。
第二章目的
1设计目的
1．使学生在学完了《电子技术基础》课程的大体理论，大体知识后，能够综合运用所学理论知识、拓宽知识面，系统地进行电子电路的工程实践训练，锻炼动手能力，培育工程师的大体技术，提高分析问题和解决问题的能力。
2．熟悉集成电路的引脚安排，把握各芯片的逻辑功能及利用方式了解面包板结构及其接线方式，了解数字钟的组成及工作原理。
学会检查电路的故障与排除故障的一样方式
3．学会检查电路的故障与排除故障的一样方式，把握虚拟设计，学会利用一种电路分析软件（EWB或PSPICES）在运算机上进行电路设计与分析的方式。
第三章任务，指标，要求
设计指标
1．时刻计数电路采纳24进制，从00开始到23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，能够别离对时及分进行单独校时，使其校正到标准时刻；
4.计时进程具有报时功能，那时刻抵达整点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。
5.为了保证计时的稳固及准确，须由晶体振荡器提供时刻基准信号。
设计要求
1.集中进行查找资料，请教指导教师，确信设计方案；
2.依照选定方案确信实现设计要求的大体电路和扩展电路，画出电路原理图（或仿真电路图）；
3.依照经济原那么选择元器件及参数；
4..在软件中进行电路的链接、调试、测试电路性能，整理撰写设计整体的进程。
第四章数字电子钟的组成和工作原理
4．1数字钟的组成
数字钟一样由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、较时电路、报时电路等部份组成，这些都是数字电路中应用最广的大体电路
4．2原理分析
数字钟事实上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。
振荡器产生的时钟信号通过度频器形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。
秒计数器电路计满60后触发分计数器电路，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。
由于计数的起始时刻不可能与标准时刻（如北京时刻）一致，故需要在电路上加一个校时电路能够对分和时进行校时。
另外，计时进程要具有报时功能，那时刻抵达整点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。
4．3数字点钟的大体逻辑功能框图
图1数字钟的大体逻辑框图
第五章数字钟的电路设计
下面将介绍设计电路具体方案。
其中包括电源电路的设计、秒信号发生器的设计、时刻计数电路的设计、译码驱动显示电路的设计、正点报时电路的设计、校时电路的设计几个部份。
5．1电源电路的设计
用一个变压器把220V的家用交流电压变成9V的小电压。
利用二极管单向导通的原理，用四个二极管组成一个桥堆，对交流电进行半波整形，再通过一个电容对其整形，变成供那个近似直流的电压，但由于还有许多文波，再用一个W7805稳压管变成5V的稳固直流电压，供那个电路的利用。
如图2。
图2电源电路
5．2秒信号发生器的设计
通过查找资料，取得了两个不同的秒信号发生器的设计方案。
5．2．1方案一555组成的多谐振荡器如图3
电容C1放电时刻为：
t1=R2*C1*ln2,充电时刻为：
t2=（R1+R2）*CI*ln2,那么其振荡频率为f=1/（t1+t2）。
选择适当的R一、R二、C1值可使f＝1HZ。
图3555组成的多谐振荡器
5．2．2方案二晶体振荡分频电路石英晶体振荡电路
1．采纳频率fs＝32768Hz的石英晶体。
D一、D2是反相器，D1用于振荡，D2用于缓冲整形。
Rf为反馈电阻（10-100MΩ），反馈电阻的作用是为CMOS反相器提供偏置，使其工作在放大状态。
C1是频率微调电容，改变C1可对振荡器频率作微量调整，C1一样取5-35pF。
C2是温度特性校正用的电容，一样取20-405pF，电容C1、C2与晶体一起组成Ⅱ型网络，完成对振荡器频率的操纵，并提供必要的1800相移。
最后输出fs=32768Hz
图4石英晶体振荡电路
2．多级分频电路
将32768Hz脉冲信号输入到CD4060（内部结构如图4－4）组成的脉冲振荡的14位二进制计数器，因此从最后一级Q14输出的脉冲信号频率为：
32768/214=32768/16384=2Hz如图6。
再通过二次分频，取得1Hz的标准信号脉冲，即秒脉冲如图7。
图5CD4060内部结构
图6脉冲分频电路
图7秒信号原理图
5．2．3两个方案的比较
1．采纳555多谐振荡器
优势：
555内部的比较器灵敏度较高，而且采纳差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度转变的阻碍很小。
缺点：
要精准输出1Hz脉冲，对电容和电阻的数值精度要求很高，因此输出脉冲既不够准确也不够稳固。
2．采纳晶体振荡分频电路
优势：
由石英晶体的阻抗频率响应可知，它的选频特超级好，有一个极为稳固的串联谐振频率fs，且等效品质因数Q很高。
只有频率为fs的信号最容易通过，且其他频率的信号均会被晶体所衰减。
3．比较结果
振荡器是数字钟的核心，振荡器的稳固度及频率的精准度决定了数字钟计时的准确程度。
为了达到设计要求，获取更高的计时精度，选用晶体振荡器组成振荡器电路。
一样来讲，振荡器的频率越高，计时精度越高。
如图8。
图8晶体振荡及分频电路
5．3时刻计数电路的设计
秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器以后，别离取得“秒”个位、十位、“分”个位、十位和“时”个位、十位的计时输出信号，然后送至译码显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。
“秒”和“分”计数器应为六十进制，而“时”计数器应为二十四进制。
采纳10进制计数器74LS90来实现时刻计数单元的计数功能，其为双2-5-10异步计数器，而且每一计数器均有异步清零端（高电平有效）。
5．3．1“分”、“秒”六十进制计数器
选用两块74SL290采纳异步清零的方式完成60进制。
以“秒”计数为例：
计秒时，将秒个位计数单元的QA与ＣＰB（下降沿有效）相连，将74SL290连接成10进制计数器，ＣＰA（下降沿有效）与１ＨZ秒输入信号相连，QD可作为向上的进位信号与十位计数单元的ＣＰA相连。
秒十位计数单元为６进制计数器，需要进制转换。
将１０进制计数器转换为６（0110）进制计数器，当十位计数器计到QDQCQBQA为0110时，同时对秒的个位和十位进行清0，另外QC可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的ＣＰA相连。
其具体连接图如图9ＣＰA相连。
其具体连接图如图9
图9六十进制计数器
5．3．2二十四进制计数器
一样能够选用两块74SL290采纳异步清零的方式完成24进制计数如图10
图10二十四进制计数器
5．4译码显示电路
译码显示电路是将计数器输出的8421BCD码译成数码管显示所需要的高低电平，咱们采纳阴极七段数码管，引脚如图11。
其那么译码电路就应选接与它配套的共阴极七段数码驱动器。
译码显示电路可采纳CD4511BC-7段译码驱动器，其芯片引脚如图12。
译码器A、B、C、D与十进制计数器的四个输出端相连接，a、b、c、d、e、f、g即为驱动七段数码显示器的信号。
依照A、B、C、D所得的计数信号，数码管显示的相对应的字型。
其具体电路图如图13。
图11阴极七段数码管
图12芯片CD4511BC-7段译码驱动器引脚
图13译码显示电路
5．5正点报时电路的设计
要求那时刻抵达整点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。
即那时刻达到xx时59分50秒时蜂鸣器开始响第一次，并持续一秒钟，然后停鸣一秒，如此响五次。
在59分50秒到59分59秒之间，只有秒的个位计数，分的十位QDQCQBQA输出0101,个位QDQCQBQA输出1001，秒的十位QDQCQBQA输出0101均不变，而秒的个位QA计数进程中输出在0和1之间转。
因此能够利用与非门的相与功能，把分十位的QC、QA,分个位的QD、QA，秒十位的QC、QA和秒个位的QA相“与非”作为操纵信号操纵与非门的开断，从而操纵蜂鸣器的响和停。
如图14。
图14整点报时电路
5．6校时电路的设计
时钟显现误差时，需校准。
校对时刻老是在标准时刻到来之前进行，分四个步骤：
第一把小时计数器置到所需的数字；然后再将分计数器置到所需数字；在此同时或以后，将秒计数器在零时停计数，处于等待启动；被选定的标准时刻抵达的刹时，按起动按钮，电路那么从所预置时刻开始计数。
由此可知，校时电路应具有预置小时，预置分、等待启动、计时四个时期，因此，咱们设计的校时电路，方便、靠得住地实现这四个时期所要求的功能。
如图17。
第六章数字电子钟的计数校正电路
图17数字电子钟的计数校正电路
第七章电路的装配与调试进程
7．1电路焊接
焊接时要要紧布线和焊点的合理散布，尽可能做到美观。
实际焊接进程中，要保证焊笔不要碰着已经焊好的线，不然焊好的线很容易脱落。
每焊接完一部份电路，就当即进行调试，测试无误后方可进心下一时期的焊接。
插拔集成芯片时使劲要均匀，幸免芯片管脚在插拔中变弯、折断
7．2调试进程
实际调试中显现了很多问题，如显示不正常，秒计时中满六十后不进位等等。
认真检测后发觉主若是电路的一些接线有错和输出脉冲不行。
下面是咱们的通电源逐级调试，逐级排除故障错误的调试调试进程：
1.用万用表测量电压源是不是稳固输出5V电压。
2.用万用表在CD4060的3脚测输出电压，若是读数有规律地跳动，且周期为近似为，那么正常。
一样，用万用表测分频电路的输出信号为1s，那么正常。
3.检查各级计数器的工作情形。
将“秒”信号直接接入计数器的CPA端，检查“秒”计数器和“秒”译码驱动器和显示器的工作是不是正常，计数器是不是为六十进制、是不是能正常进位。
以一样的方式检查“分”“时”计数器是不是计数正常。
4.校时电路经分析能够工作但电路工作时校时电路的功能始终不能知足校时要求。
5.整机不能进行工作，但将那块显示电路板接数字电子实验箱的5V电源和脉冲发觉电路能记数并能够进位，制作的电源和脉冲能正常工作，实验不成功。
第八章收成、体会和建议
收成与体会：
一、增强了团队合作精神，考验了咱们的意志力。
咱们各人之间好好的配合，分工合作，设计进程没有一团乱麻。
更为宝贵的是，咱们彼此鼓舞，同舟共济地处置每一个问题。
这种团队精神将是咱们美好的回忆。
咱们花了很多心血来做那个课程设计，由于这两个礼拜又要考试因此很紧的时刻，后面犯错的时候常常检查电路到凌晨2点多，但凡事不是一帆风顺的，咱们碰到了许多困难。
有些困难乃至看进来难于解决，确实也是冲击了咱们的信心。
但咱们毫不气馁，认真地检查电路，检查焊接的好坏，用顽强的意志解决问题，只可惜的是仍是没做出来。
二、增强咱们对电子器件的了解。
一直以来，咱们都对电子器件都很感爱好，对电子应用感到好奇。
这次咱们亲自制作一个电子器件，尽管原理并非太复杂，但咱们在这一个进程，了解电子应用的奇异的地方。
3、提高了咱们利用电脑对电路进行仿真的能力。
咱们又要学会新的软件EWB来画电路图，并用它进行仿真。
这又让咱们的知识增多了。
4、做到理论联系实际。
方才学过了数电这门课程，还没完全弄懂某些元器件的原理和用途，而这次课程设计恰恰提供了一个好机遇，让咱们从实践中加深了对所学知识的明白得。
五、以前咱们在电路实习中学习了焊接电路板，但只是学了很短的时刻，这次设计给咱们上再多一次机遇，提高了咱们的动手能力，焊接技术也有了专门大提高。
六、通过撰写说明书，把握了毕业论文的写作标准，咱们以后撰写毕业设计论文打下了坚决的基础。
建议：
总的来讲这次课程设计一切都安排得很合理，唯独时刻跟考试的排期冲突，以至考试跟课程设计两头都很难兼顾。
希望以后课程设计的时刻安排得更适当。
致谢
在本文的撰写进程中，导师张晓惠给予了悉心的指导和关切，使我克服了众多困难终于完成了论文的撰写工作。
同时感激她的谅解与包容。
没有张教师的帮忙也就没有今天的这篇论文。
求学历程是艰苦的，但又是欢乐的。
导师们渊博的知识、严谨求实的治学态度及敬业精神，给我留下了深刻的印象，并将在我尔后的人一辈子道路上产生深远的阻碍，在此论文完成之际，谨向老师致以高贵的敬意和衷心的感激！
同时也感激我的班主任柴政教师，谢谢他在这三年中为咱们全班所做的一切，他不求回报，无私奉献的精神很让我感动，再次向他表示由衷的感激。
在这三年的学期中结识的列位生活和学习上的挚友让我取得了人一辈子最大的一笔财富。
再一次感激所有关切我、帮忙我的人！
谢谢我的父母，没有他们辛勤的付出也就没有我的今天，在这一刻，将最高贵的敬意献给你们！
本文参考了大量的文献资料，在此，向各学术界的先辈们致敬！
参考文献
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西安电子科技大学出版社,2005.
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科学出版社,1999.
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附录
元件清单
元件清单
名称/规附格
数量
二位数码显示管（LN5261AS）
3
计数器（74LS90）
6
74LS00
1
整流桥堆
1
变压器（10W,9V）
1
稳压管（7805/5V）
1
译码（CD4511bc）
6
74LS30
1
74LS74
1
CD4060
1
晶振（32768Hz）
1
蜂鸣器
1
16IC座，14IC座
7，11
可调电容
2
电阻10kΩ
3
电阻22MΩ
1
极性电容1000uF
1
极性电容1000pF
2
导线
若干
升级会员 