数字石英钟论文Word文件下载.doc
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高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好
关键词：
石英振荡器LED显示器数字式电子钟
目录
摘要 2
目录 3
前言 4
1.1数字电子钟简介 4
系统原理概述 5
2.1数字钟的构成原理 5
2.2数字钟电路系统的组成框图 5
2.3系统的工作原理：
5
各单元电路设计与分析 6
3.1振荡器电路的设计 6
3.2分频器电路设计 6
3.3时间计数器电路的设计 7
3.3.174LS160构成秒、分的六十进制计数器 7
3.3.274LS160构成小时的二十四进制计数器
7
译码驱动器及显示数码管 9
4.1校时电路 10
4.3功能扩展电路的设计 11
4.4用门电路构成 11
电路的安装与调试 13
4.1电路的安装过程 13
4.2电路的调试过程 13
4.3出现的问题及解决方法：
13
设计心得 14
设计心得体会：
14
结束语 15
致谢 16
附录1元件清单 17
参考文献：
17
前言
1.1数字电子钟简介
数字电子钟的原理方框图如图1所示。
干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。
秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。
将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发现胡一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。
“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。
“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。
译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态菁七段显示译码器译码，通过六位LED七段显示器显示出来。
整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。
校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的。
译码、显示
整点报时
24进制计数器
60进制计数器
校秒
校分
校时
分频器
晶体振荡器
校时控制
图1：
数字电子时钟系统框图
系统原理概述
2.1数字钟的构成原理
（1）数字钟的构成：
振荡器、分频器、计数器、译码器、ＬＥＤ数码管显示器等几部分。
（2）数字钟的时、分、秒实际上就是由一个24进制计数器（00-23），两个60进制计数器（00-59）级联构成。
设计数字钟实际上就是计数器的级联。
（3）芯片选型：
由于24进制、60进制计数器均由集成计数器级联构成，且都包含有基本的十进制计数器，从设计简便考虑，芯片选择同步十进制计数器74LS160。
2.2数字钟电路系统的组成框图
数字钟电路系统由主体电路和扩展电路两大部分组成。
其中，主题电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能。
下图所示为数字钟的一般构成框图。
振荡器产生的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再经过分频器输出标准秒脉冲。
秒计数器计满60后向分计数器进位，分计数器计满60后向时计数器进位，小时计数器按照24进制计数。
计数器的输出经译码器输出或经七段译码器/驱动器（74LS47）由LED数码管显示输出。
校时电路实现时、分的校正或调整、秒的清零。
扩展电路整点仿电台报时、定时闹钟必须是在主题电路正常工作的情况下进行扩展。
各单元电路设计与分析
主体电路是由功能部件或单元电路组成的。
在设计这些电路或选择部件时，尽量选用同类型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成电路或都采用CMOS集成电路。
整个系统所用的器件种类应尽可能少。
下面介绍各功能部件与单元电路的设计。
3.1振荡器电路的设计
振荡器是数字钟的核心。
振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用石英晶体构成振荡器电路。
一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高。
晶体振荡器电路为数字钟提供一个频率稳定准确的32768（215）Hz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。
下图所示为电子手表集成电路（如5C702）中的晶体振荡器电路，常取晶振的频率为32768Hz，因其内部有15级2分频集成电路，所以输出端正好可得到1Hz的标准脉冲。
如果精度要求不高也可以采用由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器。
这里设振荡频率fo≈103Hz=1000Hz。
晶体振荡器电路
3.2分频器电路设计
分频器的功能主要有两个：
1、产生标准秒脉冲信号。
2、提供功能扩展电路所需要的信号，如仿电台报时用的1kHz的高音频信号和500Hz的低音频信号等。
分频器电路将32768Hz的高频方波信号经CD4060分频后得到2Hz的方波信号,再利用分频器变成1Hz标准脉冲供秒计数器进行计数。
分频器实际上也就是计数器。
这里用74LS74联级构成，起电路图如下:
3.3时间计数器电路的设计
时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器为24进制计数器.下面用两个74LS160分别构成六十进制和二十四进制计数器。
3.3.174LS160构成秒、分的六十进制计数器
数字钟的“秒”、“分”信号产生电路可以用两个“可予制四位二进制异步清除”计数器来实现。
利用74LS160芯片的预置数功能，也可以构成不同进制的计数器。
因为一片74LS160内含有一个四位二进制异步清除计数器，因此需用两片74LS160就可以构成六十进制计数器了，当秒或分十位为0101、个位为1001时，就会向时或分个位产生进位，从而完成时钟功能。
其电路框图如下：
时计数器是一个24进制计数器，即当数字钟运行到23时59分59秒时，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为00时00分00秒。
二十四进制计数器，也是用两个74LS160集成块来实现的，方法与六十进制计数器大同小异，但其要求个位是十进制，状态变化在0000～1001间循环，十位是二进制，状态变化在0000～0010间循环，显示为0~23时。
当时十位QDQCQBQA=0010、时个位QDQCQBQA=0011时，就会自动显示为00时00分00秒。
译码驱动器及显示数码管
译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。
在此选用74LS48驱动器。
数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计选用的是（LED）数码管。
74LS48的管脚排列如图所示。
该器件输入信号为BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线、、。
端为测试端。
在端接高电平的条件下，当=0时，无论输入端A、B、C、D为何值，a～g输出全为高电平，使7段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。
端为灭零输入端。
在=1，条件下，当输入A、B、C、D=0000时，输出a～g全为低电平，可使共阴LED显示器熄灭。
但当输入A、B、C、D不全为零时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。
端为消隐输入端。
该输入端具有最高级别的控制权，当该端为低电平时，不管其他输入端为何值，输出端a～g均为低电平，这可使共阴显示器熄灭。
另外，该端还有第二功能——灭零信号输出端，记为。
当该位输入的A、B、C、D=0000且时，此时输出低电平；
若该位输入的A、B、C、D不等于零，则输出高电平。
若将与配合使用，很容易实现多位数码显示时的灭零控制。
例如对整数部分，将最高位的接地，这样当最高位为零时“灭零”，同时该位输出低电平，使下一位的为低电平，故也具有“灭零”功能；
而对于小数部分,应将最低位的接地，个位的端悬空或接高电平，低位的接至高位的。
4.1校时电路
校时电路功能：
时钟出现误差时对时间进行校准，可以实现单独对分和小时进行校对。
校时电路的实现：
时钟出现误差时，需校准。
校对时间总是在标准时间到来之前进行，一般分四个步骤：
首先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；
在此同时或之后，应将秒计数器清零，时钟暂停计数，处于等待启动；
当选定的标准时刻到达的瞬间，按起动按钮，电路则从所预置时间开始计数。
由此可知，校时电路应具有预置小时，预置分、等待启动、计时四个阶段，此校时电路用与非门74LS00和74LS04实现。
按动校时开关强制输入一个计数脉冲。
从而改变时间。
在小时校正时不影响分和秒的正常计时，在分校时不影响秒和小时的正常计数。
校时电路具体如下：
4.2音响电路
音响电路有，三极管放大电路组成，其电路图如下：
4.3功能扩展电路的设计
仿广播电台整点报时电路的设计
当始终运行到XX时59分50秒时，仿电台报时开始，51、53、55、57秒为512Hz驱动的喇叭低音响一秒钟，59秒为1024Hz高音，响一秒钟结束正好是整点。
4.4用门电路构成
当分和秒计数器计到59分50秒时，“分”十位QDQCQBQA=0101，“分”个位QDQCQBQA=1001，“秒”十位QDQCQBQA=0101，“秒”个位QDQCQBQA=0000，从59分50秒到60分0秒（0分0秒），只有“秒”个位在计数，最后到整点时全部置“0”，从图中可以看出在59分50秒到59分59秒，门2的输入全为高电平，门3输入除“秒”个位QA外也是高电平，那么当秒个位QA=1（QA=0）时门3输出高电平，这个时间正对应是50秒、52秒、54秒、56秒、58秒。
在这几个时间上，500HZ的振荡信号可以通过门1，再经过门4送出音响电路，发出五次音响。
而当时间达到整点时，门3输出为0，500HZ的信号不能通过门1。
此刻在分十位有一个反馈归零信号QCQB，把它引来触发由门6、门7构成的基本RS触发器并使门6的输出为高电平“1”，这时1KHZ振荡信号可以通过门5，再经门4，送入音响电路，在整点时，报出最后一响。
触发器的状态保持1S时间后被“秒”个位QA作用回到零，整个电路结束报时。
报时所需的500HZ和1KHZ信号可以从分频电路中取出，频率分别为512HZ和1024HZ。
电路图如下：
梯形图如下：
电路的安装与调试
4.1电路的安装过程
（1）连电路之前要先做好一切准备，如：
先检查一下面包板是否完好，整理好要用的实验工具，再将要用到的芯片按类型分类，要用的电阻和电容按型号按大小和型号分类，这样在连接电路的时候又方便又不容易出错。
（2）开始连接电路，电路连接要求导线要横平竖直并且最好不交叉，所以要先考虑好电路的布局后根据电路连接合理的插接芯片，插芯片的时候也要注意，要把所有的管脚都插进去后要均匀平稳的按下去，拔芯片的时候也是要平稳，以免折断管脚。
（3）连电路是要分局部连接，每一个功能模块要分开接，这样连出的电路出了什么错误就比较容易发现并改正。
4.2电路的调试过程
（1）用示波器来检测石英晶体振荡器的输出波形和频率，晶振正常的输出频率应该为32768Hz。
（2）将频率为32768Hz的信号送入分频器，并用示波器检查各级分频器的输出频率是否符合设计要求。
（3）将74LS90二分频产生的秒脉冲信号分别送入时、分、秒计数器，检查各级计数器的工作情况，正常的情况下应该是分、秒为60进制，小时为24进制，并检查个进制之间的进位是否正确。
（4）观察并检测校时电路的功能是否满足校时要求，即分和时可以单独校正，互不影响。
（5）数字钟的以上基本功能可以实现以后，再检测扩展电路，即整点报时电路的功能实现：
利用此设计的校时功能，将时间调整为任意小时59分50秒，测试报时电路报时是否正确，即在59分51、53、55、57秒的时候出现四声低音报时，在59分59秒的时候为最后一声整点报时，报时结束后刚好为整点。
（6）计时、显示、校时和整点报时都没问题，调试完成。
（1）在检测秒计数器是否正确时，发现计数器不是从00开始计数，循环置数也不正确，检查了一下电路没有问题，检查芯片的好坏，再检查器件管脚的连接是否正确，悬空端、清零端与置一端是否连接正确，发现由于RD端未接，我将RD端接一个开关，开关闭和为高电平计数器工作正常，开关打开为低电平计数器清零，这样不只是解决了问题，还改进了电路功能。
（2）在检测时计数器显示是否正确时，发现八段数码显示管显示不正确，仔细检查电路连接无误，我将数码管的CC端接地，将其他端接高电平，检测数码管的每段是否有显示，结果发现数码管有两段无显示，这一情况影响了计数的显示，换了另外一个经检测完好的数码管后就能正确显示了。
（3）在测试校时电路部分是否正确时，我发现校时电路没有作用，由于这部分电路与非和非门用的比较多，很容易接错，如74LS20的管脚中3管脚为空管脚，仔细检查后发现有些芯片的管脚不小心接错了，改正后校时电路就能正常工作。
（4）在检测整点报时电路功能时，扬声器没有声音，检查后发现是三极管的管脚连错了，扬声器是由三极管驱动的，改正错误后，整点报时就能实现了。
设计心得
在为期几天的时间里，通过我与同组人的共同合作及在指导老师的帮助下，借助图书馆，互联网等各种信息平台收集资料，经过汇总，提炼，不断提高自己的动手能力，最终成功完成设计。
在这次课程设计中，设计小组获得了很深的感触。
虽然理论知识都已经熟悉掌握，但是运用起来却十分困难。
这就要求学习者要经常参加实践课程，重视每一次任课老师安排好的实验，认真对待每一次的实验，端正态度。
每一次试验后要认真总结，在脑海中思考如何将本章所学理论知识运用到本次试验中。
要学会注重检验自己，反思问题。
数字电子技术是一门大学生必修的重要课程，该课程就是注重加强学生将理论知识与时间相结合的能力。
通过本次课程设计，我们设计小组的设计思路有所提高，排查电路故障和调试的能力都得到了一个很好的提升。
在课程设计之前，必须做好相关准备工作，如到图书室借阅资料，网上查找重要信息，了解设计任务的发展背景以及发展前途，关注当前社会的电子技术产品应用情况和社会的电子需求。
更重要的是，明白设计任务的重要意义，通过本次设计课题，自己需要提高什么，要善于寻找自己的弱点和错误，不断提高自己的设计水平。
最后一点，就是在做课设之前必须先将相关知识弄懂，不能迷糊的去做实验。
认真了解每一个逻辑元件的功能和使用方法，以免在设计中带来麻烦和错误。
一个课程设计就能反映一个学习者的理论知识是否学的扎实。
因此，设计小组强烈建议进行电子技术设计的学生一定要注意平时学好数字逻辑与数字系统的课程知识。
结束语
大学的生活也许将要以此作为结束了，但大学结束了，我们的精神不能结束，我们追求我们事业的雄心壮志永远也不能结束。
大学给了我一个追求辉煌的梦想。
而我就在这个梦想下努力的朝着她飞翔！
大学三年的时间大多在学习理论基础知识，实践的并不是太多。
经过这次毕业设计，我接触了更多的元器件，知道它们的工作原理和参数性能，发现自己有很多不足之处，体会到理论知识的重要性，知识掌握得越扎实，设计的就更全面、更顺利、更好。
在设计过程中，通过针对性地查找资料，了解有关PLC方面的资料，即增长了自己的知识面，补充最新的专业知识，又提高了自己的应用能力。
通过全自动洗衣机控制系统毕业设计，让我很好的运用了PLC、单片机方面的知识，对其加以进一步消化和巩固，并知道两者在洗衣机控制中的不同。
在这次课程设计的过程中，由于PLC编程软件存在一定的局限性,从而导致在把程序导入Word时发生了很大的困难,我们只能通过屏幕捕捉、图形剪切，最后才能完整的把所要求的程序写在Word里，如果有更好的编程软件,相信我们会把PLC学得更好,课程设计也会做得更有质量。
在做这次毕业设计过程中使我学到了很多，我感到不论做什么事都要真真正正用心去做，才会使自己更加的成长，没有学习就不可能有实践的能力，没有自己的实践就不会有所突破，希望这次的经历能让我们在以后的学习生活中不断成长与进步。
致谢
从得知论文题目开始到查找资料设计总体方案、到实物的制作、再到如今的撰写论文，在这过程中我的到过很多人的帮助。
所以，我要感谢这些人。
首先我要感谢我的指导老师王彦勇老师，她为我们的毕业设计给于了急切的关注和悉心的指导，特别是在论文的写作和措辞等方面，她总是严格要求，从论文的内容格式到最后的论文的反复修改、润色。
王老师始终认真负责地给予我深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨。
正是因此，我的毕业论文才能够得以顺利完成，谢谢王老师。
其次，我要感谢和我一起做毕业设计的同学，因为有了她的信任支持和帮助，我才能放心大胆的去进行课题的设计和制作。
同时，也是因为我们的相互合作，才能最终较好地完成我们的课题任务。
所以，我要感谢她。
最后，我也要感谢我的所有代课老师，感谢他们在平时给予我们的精神方面的支持和对我们提出的问题进行的耐心的解答。
虽然他不是我们毕业设计的指导老师，但是他们是我人生道路上永远的指导老师了。
感谢他们这三年对我的指导和帮助，他们用无私奉献的精神教给我的一切，在此对你们致谢。
老师你们辛苦了！
真的非常感谢！
附录1元件清单
共阴极八段数码管6片
共阴极BCD码七段译码器/驱动器74LS486片
十进制集成同步加法计数器74LS1606片
四-2输入与非门74LS003片
74LS741个
74ls203片
六反相器74LS042片
14位二进制串行计数器/分频器CC40601片
30PF的电容2个
共射极三极管1个
晶振XTAL32768Hz1个
扬声器1个
0．01μF的电容2个
20pf电容2个
[1]罗桂蛾等主编.数字电子技术应用教程（机电类）.长沙:
中南大学出版社,2003
[2]陈明义主编.电子技术课程设计实用教程.长沙:
中南大学出版社,2002.2
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清华大学出版社，2004.4
[4]卿太全李萧等主编.常用数字集成电路原理与应用.北京：
人民邮电出版社，2006.1
[5]谢声斌主编.数字电路--与逻辑设计教程.北京：
清华大学出版社，2004.10
[6]林刚勇马善弄等主编.电子电路设计技术.北京：
国防工业出版社，2007.3
18
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