设计报告内容：
1/系统的设计任务
2/设计方案
3/方案中各部分单元的设计、参数计算和器件选择
4/画出符合设计要求的完整系统电路图。
5/打印并在规定时间内上交设计报告（准备进行答辩，并在计算机中演示设计程序）
设计题目数字电子钟
1、设计任务:
必备功能：
1.设计一个高精度、高稳定度的时钟信号源。
2.用秒脉冲作信号源，构成数字钟，显示秒、分、时
3.具有对时功能，即时间可以快速预置。
附加功能：
具有整点提示功能，即每到整点发出蜂鸣声。
2、供选方案:
1）时钟信号源的实现：
时钟信号源是时钟类项目的心脏，他的精确度直接影响到整个项目的性能
方案A用石英晶振电路
晶振是石英振荡器的简称，英文名Crystal，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。它是时钟电路中最重要的部件，它的作用是向电子电路各部分提供基准频率。
选择晶振的主要性能指标有：调整频差、温度频差或总频差、谐振电阻或负载谐振电阻，还有机械性能等。
除了石英晶体外，晶振器电路还需要配置适当的电阻和晶振负载电容。和晶振串联电阻的作用是防止晶振过分驱动，过分驱动会逐渐损耗晶振的接触电镀，引起频率上升，使晶振失效。与晶振并联电阻是反馈电阻，保证反相器工作在适当工作区，如果去掉会产生停振。晶振负载电容能使芯片更容易起振，振荡更稳定。其电容值一般在
20pf,30pf,50pf,100pf 中选择。
方案B 555多谐振荡器
网上查阅的555多谐振荡器电路:
_ _ 5V
优点是起振容易，振荡周期调节范围广，缺点是频率稳定性差，精度低，所以在本试验中不宜使用。
2）分频器的实现
方案A采用专用分频器
如二分频，六分频，十二分频，1/60分频器，常用集成电路有74LS92
74LS56,74LS57等。
方案B用各种进制计数器构成分频器
用异步十进制计数器74LS90同步十进制计数器74LS290双时钟同步加减计数器74LS192都可以很容易构成十进制，十二进制，二十四进制，六十进制分频器。另外，在对时钟进行2n分频时，CD4020,CD4040,CD4060也都能实现各种级数的二进制分频器。
方案C用脉冲分配器
如CD4017,CD402除此以外还可采用带有7段译码器的十进制计数器，连接LED时可以不再需要外加译码，女口CD4026,CD4033.
3)时分秒功能实现
方案A六十进制计数器
此方案专供分秒部分计数使用，以秒计数为例。使用74LS290集成电路作为十进制计数器，充当秒个位计数器，而将该74LS290改装成六进制计数器，作为秒十位计数器。满60自动清零，再向分计数器个位发出一个时钟脉冲信号。
方案B 24进制计数器
此方案专供时部分计数使用。使用两片74LS290集成电路制成两个十进制计
数器，通过清零法改装成24进制计数器
4)译码显示器
方案A带译码器的LED数码显示管
此显示管可接受4输入8421BC编码，因其内部有译码器，所以尤为方便。
方案B译码芯片+ LED数码显示管
可采用74LS47 74LS48,CD451等集成电路将BCD码译成段码发送给8段
发光二极管数码管，当然要选择相配的共阴极或共阳极译码驱动器。
5)对时对分功能
“对时”即快速预置一般是针对“分、时”等操作，其实现方法可以是将秒信号直接加到“分、时”计数器上，因此对时分电路其实是一个数字信号的转换开关。
方案A简单的手动开关电路
如图(a)所示，正常工作时，S指向A,需要对时，只需按下S,使其指向B即可这种电路简单，但是开关的通断产生随机的机械抖动信号，使对时控制不易。
方案B可调电位器
如图(b)所示,用三个与非和一个可调电位实现信号的转换，当正常工作时，电位器动滑头指向B,这时CP=Co ;当需要对时,动滑头指向A,此时CP等于秒脉冲信号两个电容可以滤去滑动中产生的干扰信号?
方案C三个与非门和基本RS触发器
基本RS触发器可以完全消除开关的机械抖动，是最佳的一种对时对分电路，比
较复杂.
6）整点报时功能 方案使用蜂鸣器报时
将分计数器满60输出给时个位计数器的脉冲信号引入蜂鸣器电路，使其发 出警报
声。
3、方案的选择和器件参数的计算:
1）时钟信号源
由于本实验要求设计一个高精度、高 稳定度的时钟信号源，所以方案B 的555 多谐振荡器可以基本排除。
对于方案A,经过查找资料和在网上 搜索，确定采用20pf 的负载电容，与晶 振串联电阻为150Kohm 并联电阻为
20Mohm 至于晶振频率，通常有两种意见， 一种是采用11MHz 一种是32768Hz.
由于
___ 0
CP Gi
」第
一
晶振
(a)
Vet
~o
Vc c
CP
G
秒忙J
(c)
模拟晶掘电路
327&B Hz/50%
20 M Ohm —WV
R38 32.768 kHz
50 k Ohm
T
20 pF
20 pF
l
要产生标准秒脉冲信号，且32768= 215
易于分频成秒信号，所以最终采用后者。 不过在调试过程中为了操作简便可行，基本将 clock 或function generator 中的value 调至所需频率接入电路。
2)分频器的实现
因为时钟信号源已选中使用32768Hz 而输出的要求是1Hz 的秒时钟信号，所以 分频
器需要实现215
的分频功能。刚开始想采用十四位 2进制计数器CD4060,不
过很遗憾，EWB 中没有该集成电路，所以改用十二位二进制计数器 CD4040和 十进制计数器74290配合使用，其中74290通过常用的清零法，改装成八进制计 数器。
具体做法是把输入计数脉冲 CP 加在CLKA 端，将QD 与控制清零端R1,R2 从外部连接起来，这样当74290计数至1000B(8),QD 会输出一个高电平至R1,R2, 这样74920内数据会清零，从而实现八进制功能。
12
15
这样，两个计数器就实现了 2
8=2 = 32768分频功能
3)时分秒功能实现
分秒计数功能选用方案A 以秒为例，秒个位是一个十进制计数器，我选用的 是74LC290集成电路，将进位信号接入秒十位的CLKA 端，将十位的74LC290的 QB 和QC 端分别与控制清零端 R1,R2从外部连接起来，这样当74290计数至 0110B(6)，会输出两个高电平分别至 R1,R2,这样74920内数据会清零，从而实现 六进制功能。同时由QB,QC 经过与门接入分计数器的CLKA 端，从而实现进位 功能。
时计数功能稍显复杂，在分秒基础上，需要将个位 74LC290的QC 端和十 位的QB 端在外部经过与门，分别连入两集成电路的 R1,R2端，当两计数器以 8421编码方式得到 24( 0010B,0100B )时，R1,R2会收到高电平清零，完成 24 进制功能。
将两个六十进制的加法计数器和一个二十四进制的加法计数器进行级联： 将秒
R9⑴ VCC
NC R0C2)
R9C?) R0 QC CLKB? QB CLKA*： NC QA GND QD 1淮2进制分 频幕 丄 2 2 s 0110504060302mvs 4040 P^OOOMCO 1G 15 M 12 12 址 UO 的十位进位脉冲接到分的个位输入脉冲，将分的十位进位脉冲接到时的个位输入脉 冲，这样就可以组成最基本的电路。 4）译码显示器 由于本电路需要6个数码显示管，为了方便起见，采用方案 A ，EW 沖有专门 模拟带译码器显示管的电子元件，只要将相对位置计数器输出的4位8421BC 码分 别接入显示器的4个输入端，显示器就可以显示一位10进制数，秒，分，时，共 需6只数码管，它们同时对于调试电路起至关重要的作用。 5）对时对分功能 在校分控制中，我采用的是方案A,该方案简单可行，且在模拟仿真中看不出 抖动情况。具体做法是用一个双掷开关，从八进制分频器引出脉冲信号，一处引 入秒个位计数器的CKLA 另一处直接接入分个位计数器的 CLKA 当开关按下可 起对时功能。 在校分控制中，我采用的是方案 C,该方案可完全消除抖动。后四个与非门 用7400集成电路，而第一个与非门采用独立元件。 逻辑式计算如下： 当H 置上时，对7400- 1，Y = 0必=1 对 7400-2，丫2 =1 =丫1 =0 对 7400-3, 丫3 二 C 时咔=C 时 对 7400— 4， \4 二 C 秒?丫= 0=1 对最后一个独立与非门，丫5 =C 时?1 =C 时 当H 置下时，同理可得，丫5 =C 秒?1 =C 秒 1?&2：i P?Zi 5?M ：i □: CUP Od 臣加 IC QA [Ml CD R?Q>- VEE 町 F3>Z' IE □.IT： m ME CLrjH [ HI D-0 二+E9徒制计 10 fct 砂I moi 6）整点报时功能 把蜂鸣器接入三极管集电极，当分进位脉冲送入 NPN 型三极管基极时，使发射结电压保持正向偏置，集 电节电压反 向偏置，使三极管工作于放大状态，蜂鸣器 整点报时。 蜂鸣器频率选用 200Hz 而集电极保护电阻选用 5Kohm. 4、电路调试及体会 调试这部分工作在EWB 仿真软件上进行。为了节省调试时间，也为了唯一 确定每部分的具体情况，对于电路的调试分为几个部分，分别对电路各个部分的 功能都进行调试，之后，每连接一部分都要调试一次。 整个过程花了不少时间，尤其是调试晶振，由于频率大，基本上通过分频器 得到一个秒脉冲需要半个多小时。可当做完时才发现做这个数字钟是多么简单的 一件事，主要是在调试时花了不少时间，期间换了不少器件，有的器件在理论上 可行，但在实际运行中就无法看到效果， 所以调试花了我不少时间，有时无法找 出错误便更换器件重新接线以使电路正常运行。 在实际的操作过程中，能把理论中所学的知识灵活地运用起来， 并在调试中 会遇到各种各样的问题，电路的调试提高了我们解决问题的能力， 学会了在设计 中独立解决问题，也包括怎样去查找问题。似乎所有的事都得自己亲手去操作才 会在脑海中留下深刻的印象，这个小小的课程设计让我可以熟练的操作 EWB 软 件，也了解了不少器件的功能的应用，也加深了对数字电路认识和理解。 经过这次课程设计，我对整个电路设计有些自己的体会， 比如选用集成电路 时，有份集成电路索引会使选用过程更有针对性， 而具体应用集成电路时，从网 上下载功能表PDF 又显得尤为重要。 dec 蜂鸣器 5 kOhm -Wv 附74290和4040集成电路的功能表: 54LS290/74LS290 LSTTL型十进制计数器（十2和十5）功能表 复应输入谕岀 間IJ.J Ro <2>Rg tp悶lj>Q D Q B Q* H H L X L L L L H H X L L L L L X冥H H H L L H 冥L X L计数[COUNT) L X L X计数(COUNT) L X X L计数C COUNT) X L L X计数〔COURT) 氐高电翠二怔电平乂怀定 BCD计爺孤序f注為___________ 沪2进制计数JC序〔注B 计数 输出 计数 输出 Q D Qc^E d Q A Q D Qc Q E 0L L L L0L L L L 1L L L H 1L L L H 2L L H L2L L H L 3L L H H3L L H H 斗 L H L L4L H L L ?、T，H L H 5H L L L 6L H H L6H L L H 7L H H H7H L H L 8H L L L8H L H H 9H L L H9H H L L 注A：对于'BCD （十进）计数：输出Q R连到愉入E计較注缶对干5-2进制计数.输出Q D连到输入丸计 数 CD54HC4040, CD74HC4040, CD54HCT4040, CD74HCT4040 Functional Diagram INPUT PULSES CP COUNT MR OUTPUT STATE T L No Chance J L Advance lo Nexl state X H All OutputsAre Lew H= High Voltage Leveli L= Lcwv Voltage Level, X = Don't Care. t = T ransrlion from Low lo High Level, i= Transriion from High to Low. 2008-9-3 12-SIAGE BUFFERED OUTPUTS MASTER RESET I? *cc
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