课程设计(论文)
题 目 名 称 数字时钟设计 课 程 名 称 电子技术课程设计 学 生 姓 名 岳春光 学 号 0841229116 系 、专 业 电气工程系08电力 指 导 教 师 唐宏伟
2010年 12 月 31 日
邵阳学院课程设计（论文）任务书
年级专业 题目名称 课程名称 08电力 学生姓名 数字时钟设计 电子技术课程设计 课程编号 121202306 岳春光 学 号 设计时间 设计地点 0841229116 2010.12.20-1.3 电气楼 电子实验分室、机房 一、课程设计（论文）目的 通过课程设计，使学生加巩固和加深对电子电路基本知识的理解，学会查寻资料、方案设计、方案比较，以及单元电路设计计算等环节，进一步提高学生综合运用所学知识的能力，提高分析解决实际问题的能力。锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，通过此综合训练,为以后毕业设计打下一定的基础。 二、已知技术参数和条件 系统电路的构成只能用分立元件、或中规模集成芯片，不能采用单片机 三、任务和要求 任务：完成一个数字时钟的设计 要求： （1） （2） 设计一个有“时”、“分”、“秒”（23小时59分59秒）显示且有校时功能的电子钟。 用中小规模集成电路组成电子钟 注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；
2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。
四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等） 彭介华 主编.《电子技术课程设计指导》.高教出版社出版.第一版.2002年 康华光 主编.《电子技术基础》.高教出版社出版.第四版.1999年 胡宴如 主编.《模拟电子技术基础》.高教出版社.2004年 电子电工实验室可以提供的主要仪器设备： 示波器 型号规格VP-5220、电子学习机 型号规格WL-V、万用表 MF10；以及分立元件、或中规模集成芯片。 五、进度安排 2010年12月20日-21日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求； 2010年12月22日-24日：总体方案设计，方案比较，选定方案的论证及整机电路的工作原理； 2010年12月25日-29日：单元电路设计，参数计算，元器件选择，电路图； 2010年12月30日；整理撰写设计说明书 2010年12月31日：答辩 六、教研室审批意见 教研室主任（签字）： 年 月 日 七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日 八、备注 指导教师（签字）： 学生（签字）：
邵阳学院课程设计（论文）评阅表
系 电气工程系 专业班级 08电力二班 题目名称 数字时钟设计 课程名称 电子技术课程设计
一、学生自我总结 在这次课程设计中，我受益匪浅，学到了很多书本上所没有的东西，懂得了理论和实际联系的重要性。在以后的学习中，我不仅要把理论知识掌握牢固，更要提高自己的动手能力和分析能力 学生签名： 年 月 日 学生姓名 岳春光 学 号 0841229116
二、指导教师评定 评分项目 权 重 单项成绩 指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日 注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；
2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。
平时成绩 30 40 论文 30 答辩 综合成绩
摘要
近年来随着数字技术的迅速发展，各种中、大规模集成电路在数字系统、控制系统、信号处理等方面都得到了广泛的应用。本次课程设计的目的在于培养学生对基本电路的应用和掌握，使学生在实验原理的指导下，初步具备基本电路的分析和设计能力，并掌握其应用方法；自行拟定实验步骤，检查和排除故障 、分析和处理实验结果及撰写实验报告的能力。综合实验的设计目的是培养学生初步掌握小型数字系统的设计能力，包括选择设计方案，进行电路设计、安装、调试等环节，运用所学知识进行工程设计、提高实验技能的实践。数字电子钟是一种计时装置，它具有时、分、秒计时功能和显示时间功能；具有整点报时功能。数字电子钟由于采用了石英技术，走时精度高、稳定性好，不需要经常调校，使用携带方便。因此，在定时控制、自动报时及时间程序控制等方面都得到广泛的应用。本次设计我查阅了大量的文献资料，学到了很多关于数字电路方面的知识，并且更加巩固和掌握了课堂上所学的课本知识，使自己对数字电子技术有了更进一步的认识和了解。
关键词：集成电路 数字时钟
目录
一、电路原理方框图和设计概论 ..........................................................1 二、设计任务和要求 .............................................................................1 三、单元电路设计 .................................................................................2 1.秒信号发生器 ................................................................................2 2.秒、分、时计数器设计 .................................................................3 2.1 360进制计数器........................................................................3 2.2 24进制计数器 .........................................................................3 3.译码显示电路 ................................................................................4 4.校时电路 .......................................................................................6 5.整点报时电路 ................................................................................6 四、元件明细表 ....................................................................................7 五、结束语 ............................................................................................8 六、参考资料 ........................................................................................8
一、电路原理方框图和设计概论
数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,运运超过老式钟表, 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。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定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。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。原理方框图如图1所示
译码显示译码显示译码显示整点报时24进制计 60进制计数器60进制计数器数器校时控制晶体振荡器分频器 图1
二、设计任务和要求
1．采用LED显示累计时间“时”，“分”，“秒”。 2．具有校时功能。 3．具有整点报时功能。
4．用中小规模集成电路组成电子钟。
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三、单元电路设计
1．秒信号发生器
秒信号发生器是数字电子钟的核心部分,它的精度和稳定度决定了数字钟的质量,通常用晶体振荡器产生的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。常用的典型电路如图2所示
图2
CD4060是14位二进制计数器。它内部有14级二分频器,有两个反相器。CP1（11脚）、
(10脚)分别为时钟输入、输出端,即内部反向器G1的输入、
输出端。图中R为反馈电阻(10MΩ~100MΩ),目的是为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,取5/
30PF,C2是温度特性校正用电容,一般取20~30 PF。内部反相器G2起整形作用,且提高带负载能力。石英晶体采用32768Hz的晶振,若要得到1Hz的脉冲,则需经过15级二分频器完成。由于CD4060只能实现14级分频,故必须外加一级分频器,可采用CD4013双D触发器完成。
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2．秒、分、时计数器设计
秒、分计数器为60进制计数器，小时计数器为24进制计数器。实现这两种摸数的计数器采用中规模集成计数器CD4029。虽然CD4029没有清零端，但它有“置数”功能，当“置数”端PE=1时，接在置数输入端的数据立即被置到计数器输出端上。所以通过“反馈置数法”可实现任意进制的计数器。
2．1 360进制计数器
由CD4029构成的60进制计数器如图3所示，首先将两片CD4029设置成十进制加法计数器，例如将“B/一片CD4029计数器的进位输出
”接成低电平，将“U/
”接高电平。将第
连接到第二片CD4029计数器的进位输入
，这样两片计数器最大可实现100进制的计数器。现要设计一个60进位的计数器可利用“反馈置零”的方法实现。由于CD4029属于异步置数，故当计数器输出“2Q32Q22Q12Q0、1Q31Q21Q11Q0=0110、0000”时，通过门电路形成一置数脉冲，使计数器归零。图3电路，可作为秒、分计数器。
十位个位秒脉冲进位输出（分脉冲） 100 图3
2．2 24进制计数器
同理当个位计数状态为“Q3Q2Q1Q0=0100”，十位计数器状态为
“Q3Q2Q1Q0=0010”时，要求计数器归零。通过把个位Q2、十位Q1相与后的信
3
号送到个位、十位计数器的置数端PE，使计数器复零，从而构成24进制计数器，如图4所示。
图4
3.译码显示电路
译码电路的功能是将“”秒、“分”、“时”计数器的输出代码进行翻译，变成响应的数字。用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS47。74LS47是BCD-7段译码器/驱动器，其输出是OC门输出低电平有效，专用于驱动LED七段共阳极显示数码管。由74LS47和LED七段共阳极显示数码管组成的一位数码显示电路如图5所示。若将“秒”、“分”、“时”计数器的每位输出分别接到相应七段 译码器的输入端，便可进行不同数字的显示。在译码器输出与数码管之间串联R为限流电阻。
图5
4
4.校时电路
数字钟启动后，每当数字钟显示与实际时间不同时，需要根据标准时间进行校对时，简单有效的校对电路如图6所示。
进制计数器60进制计数器60进制计数器 图6
校“秒”时，采用等待校时。当进行校时时将琴键开关K1按下，此时门电路G1，秒信号进入不到“秒计时器”中，此时暂停秒计时。当数字钟显示值与标准时间秒数值相同时，立即K1，数字钟秒显示与标准时间秒计时同步运行，完成秒校时。
校“分”、“秒”的原理比较简单，采用加速校时。例如分校时使用G2、G3、G4三与非门，当进行分校时时,按下琴键 开关K2，由于G3输出高电平，秒脉冲信号直接通过G2、G4门电路被送到分计数器中，使分计数器以秒的节奏快速计数。当分计数器的显示与标准时间相符，松开K2即可。当松开K2时，门电路G2封锁秒脉冲，输出高电平，门电路G4接受来自秒计数器的输出进位信号，使分计数器正常工作。同理，“时”校时电路“分”校时电路工作原理完全相同。
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5.整点报时电路
当计数器在每次计时到整点前6秒时，开始报时。即当“分”计数器喂59，“秒”计数器为54时，要求报时电路发出一控制信号F1，该信号持续时间5为秒钟，在这5秒钟内是使低音信号（500HZ左右）打开闸门，使报时声鸣叫5声。当计数器运行到59分59秒时，要求报时电路发出另一控制信号F2，该信号持续时间为一秒钟，在这一秒钟内使高音信号（1000HZ左右）打开闸门，使报时声鸣叫一声。根据以上要求，设计的整点报时电路如图7所示。
图7
CD4013是双D触发器，具有“置数”和“清零”功能，且高电平有效。利用CD4013触发器的记忆功能，可完成实现所要求的F1、F2信号。当“分”计数器和“秒”计数器输出状态为59分54秒时，与门G3输出一高电平，使CD4013的第一个 触发器的输出1Q被置成高电平，此时整点报时的低音信号（512HZ）与秒信号同时被引入到蜂鸣器中，使蜂鸣器每次鸣叫0.5秒。一旦“分”、“秒”计数器输出状态59分59秒时，与门G6输出高电平，使触发器的输出1Q变成低电平，同时将CD4013的第二个触发器的2Q置数为高电平。此时封锁低音报时信号，开启高音报时信号（1024HZ），当满60分钟进位信号一到，触发器的2Q被清零。故蜂鸣器高音鸣叫一次，历时0.5秒。
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四、元件明细表
符号 CD4060 R1 CP0 CP1 C1 C2 CD4013 CD4029 R2 74LS4 LED R3、R4 R4、R5、R6 CD4081 CD4082 VT ——— 名称 二进制计数器 反馈电阻 10脚晶体震荡器 脚晶体震荡器 微调电容 校正电容 触发器 计数器 电阻 译码器 七段数码管 限流电阻 电阻 触发器 触发器 三极管 喇叭 类别 / 10MΩ~100MΩ 10脚 32768HZ 11脚 32768HZ 5/30pF 20~50pF 双D型 / 100K / / 360Ω 10K / / 8050 / 数目 1 1 1 1 1 1 3 4 1 1 1 2 3 2 4 1 1
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结束语
数字电子技术基础课程设计”是通过实践对课本知识的应用，是提高实际动脑能力的有效方法，在设计过程中能够进一步认识常用数字电子元件的类型和特性，并且掌握了如何选用元件。在设计与调试中通过查阅资料可以培养我们用课本知识与实践想结合的能力，提高分析和解决实际文理的能力。但是自己水平毕竟有限，在本次设计中还是存在很多不可避免的问题。不过，总体来说，通过此次实验，加深了我对所学知识的认识，可以学到书本上没有的东西，更复习了这学期数字电子技术所学的知识，从中又不断发现了新的知识和心得，让我真正体验到了科学的力量和魅力，这也激发了我在以后不断学习更新更高的学科知识的兴趣。从这次课程设计的过程中我学到了应该如何去学习，怎么去找资料，怎么去去学习，去解决问题。感谢老师给我们的指导，和帮助。我们很好的完成了这次课程设计。
参考文献资料
［1］彭介华 主编.《电子技术课程设计指导》.高教出版社出版.第一版.2002年
［2］康华光 主编.《电子技术基础》.高教出版社出版.第四版.1999年 [3] 胡宴如 主编.《模拟电子技术基础》.高教出版社.2004年
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