数电数字时钟课程设计 数字电子钟逻辑电路设计文档格式.docx
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一、简述
数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时、日的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确，显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用。
小到人们日常生活中的电子手表，大到车站、码头、机场等公共场所的大型数显电子钟。
数字电子钟的电路组成方框图如图1.1所示。
图1.1数字电子钟框图
由图1.1可见，数字电子钟由以下几部分组成：
石英晶体振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器；
校时电路；
六十进制秒、分计数器，二十四进制（或十二进制）计时计数器；
秒、分、时的译码显示部分等。
二、设计任务和要求
用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分、秒的数字电子钟，要求如下：
1.由晶振电路产生1Hz标准秒信号。
2.秒、分为00～59六十进制计数器。
3.时为00～23二十四进制计数器。
4.周显示从1～日为七进制计数器。
5.可手动校时：
能分别进行秒、分、时、日的校时。
只要将开关置于手动位置，可分别对秒、分、时、日进行手动脉冲输入调整或连续脉冲输入的校正。
6.整点报时。
整点报时电路要求在每个整点前呜叫五次低音（500Hz），整点时再呜叫一次高音（1000Hz）。
三、可选用器材
1.通用实验底板
2.直流稳压电源
3.集成电路：
CD4060、74LS74、74LS161、74LS248及门电路
4.晶振：
32768Hz
5.电容：
100μF/16V、22pF、3～22pF之间
6.电阻：
200Ω、10KΩ、22MΩ
7.电位器：
2.2KΩ或4.7KΩ
8.数显：
共阴显示器LC5011-11
9.开关：
单次按键
10.三极管：
8050
11.喇叭：
1W/4，8Ω
四、设计方案提示
根据设计任务和要求，对照数字电子钟的框图，可以分以下几部分进行模块化设计。
1.秒脉冲发生器
脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，通常用晶体振荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。
如晶振为32768Hz，通过15次二分频后可获得1Hz的脉冲输出，电路图如图1.2所示。
图1.2秒脉冲发生器
2.计数译码显示
秒、分、时、日分别为60、60、24、7进制计数器、秒、分均为60进制，即显示00～59，它们的个位为十进制，十位为六进制。
时为二十四进制计数器，显示为00～23，个位仍为十进制，而十位为三进制，但当十进位计到2，而个位计到4时清零，就为二十四进制了。
周为七进制数，按人们一般的概念一周的显示日期“日、1、2、3、4、5、6”，所以我们设计这个七进制计数器，应根据译码显示器的状态表来进行，如表1.1所示。
按表1.1状态表不难设计出“日”计数器的电路（日用数字8代替）。
所有计数器的译码显示均采用BCD—七段译码器，显示器采用共阴或共阳的显示器。
Q4Q3Q2Q1
显示
1000
日
0001
1
0010
2
0011
3
0100
4
0101
5
0110
6
表1.1状态表
3.校时电路
在刚刚开机接通电源时，由于日、时、分、秒为任意值，所以，需要进行调整。
置开关在手动位置，分别对时、分、秒、日进行单独计数，计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输入。
4.整点报时电路
当时计数器在每次计到整点前六秒时，需要报时，这可用译码电路来解决。
即
当分为59时，则秒在计数计到54时，输出一延时高电平去打开低音与门，使报时声按500Hz频率呜叫5声，直至秒计数器计到58时，结束这高电平脉冲；
当秒计数到59时，则去驱动高音1KHz频率输出而鸣叫1声。
五、参考电路
数字电子钟逻辑电路参考图如图1.3所示。
图1.3数字电子钟逻辑电路参考图
六、参考电路简要说明
1.秒脉冲电路
由晶振32768Hz经14分频器分频为2Hz，再经一次分频，即得1Hz标准秒脉冲，供时钟计数器用。
2.单次脉冲、连续脉冲
这主要是供手动校时用。
若开关K1打在单次端，要调整日、时、分、秒即可按单次脉冲进行校正。
如K1在单次，K2在手动，则此时按动单次脉冲键，使周计数器从星期1到星期日计数。
若开关K1处于连续端，则校正时，不需要按动单次脉冲，即可进行校正。
单次、连续脉冲均由门电路构成。
3.秒、分、时、日计数器
这一部分电路均使用中规模集成电路74LS161实现秒、分、时的计数，其中秒、分为六十进制，时为二十四进制。
从图3中可以发现秒、分两组计数器完全相同。
当计数到59时，再来一个脉冲变成00，然后再重新开始计数。
图中利用“异步清零”反馈到/CR端，而实现个位十进制，十位六进制的功能。
时计数器为二十四进制，当开始计数时，个位按十进制计数，当计到23时，这时再来一个脉冲，应该回到“零”。
所以，这里必须使个位既能完成十进制计数，又能在高低位满足“23”这一数字后，时计数器清零，图中采用了十位的“2”和个位的“4”相与非后再清零。
对于日计数器电路，它是由四个D触发器组成的（也可以用JK触发器），其逻辑功能满足了表1，即当计数器计到6后，再来一个脉冲，用7的瞬态将Q4、Q3、Q2、Q1置数，即为“1000”，从而显示“日”（8）。
4．译码、显示
译码、显示很简单，采用共阴极LED数码管LC5011-11和译码器74LS248，当然也可用共阳数码管和译码器。
5.整点报时
当计数到整点的前6秒钟，此时应该准备报时。
图3中，当分计到59分时，
将分触发器QH置1，而等到秒计数到54秒时，将秒触发器QL置1，然后通过QL与QH相与后再和1s标准秒信号相与而去控制低音喇叭呜叫，直至59秒时，产生一个复位信号，使QL清0，停止低音呜叫，同时59秒信号的反相又和QH相与后去控制高音喇叭呜叫。
当计到分、秒从59：
59—00：
00时，呜叫结束，完成整点报时。
6.呜叫电路
呜叫电路由高、低两种频率通过或门去驱动一个三极管，带动喇叭呜叫。
1KHz
和500Hz从晶振分频器近似获得。
如图中CD4060分频器的输出端Q5和Q6。
Q5输出频率为1024Hz，Q6输出频率为512Hz。
实验结果如下：
课程设计心得体会：
在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。
在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。
学会了合作，学会了运筹帷幄。
加强了动手能力，更深入的了解了所学知识的用途。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补.
资料仅供参考!
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