石英晶体振荡器的设计要点
数字电子钟的设计（由数字IC构成）一、设计目的 1. 熟悉集成电路的引脚安排。
2. 掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
3. 了解面包板结构及其接线方法。
4. 了解数字钟的组成及工作原理。
5. 熟悉数字钟的设计与制作。
二、设计要求 1．设计指标时间以24小时为一个周期；显示时、分、秒；有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；计时过程具有报时功能，当时间到达整点前5秒进行蜂鸣报时；为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。
2．设计要求画出电路原理图（或仿真电路图）；元器件及参数选择；电路仿真与调试；PCB文件生成与打印输出。
3．制作要求 自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。
4．编写设计报告 写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。
三、设计原理及其框图 1．数字钟的构成 数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。
由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。
通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。
图 3-1所示为数字钟的一般构成框图。
图3-1 数字钟的组成框图 ⑴晶体振荡器电路 晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。
不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。
⑵分频器电路 分频器电路将32768Ｈz的高频方波信号经32768（ ）次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。
分频器实际上也就是计数器。
⑶时间计数器电路 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，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为12进制计数器。
⑷译码驱动电路 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。
⑸数码管 数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为ＬＥＤ数码管。
2．数字钟的工作原理 １）晶体振荡器电路 晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。
图3-2所示电路通过ＣＭＯＳ非门构成的输出为方波的数字式晶体振荡电路，这个电路中，ＣＭＯＳ非门Ｕ１与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，Ｕ２实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。
输出反馈电 阻Ｒ１为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。
电容Ｃ１、Ｃ２与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个１８０度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。
由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。
晶体XTAL的频率选为32768HZ。
该元件专为数字钟电路而设计，其频率较低，有利于减少分频器级数。
从有关手册中，可查得C1、C2均为30pF。
当要求频率准确度和稳定度更高时，还可接入校正电容并采取温度补偿措施。
由于CMOS电路的输入阻抗极高，因此反馈电阻R1可选为10MΩ。
较高的反馈电阻有利于提高振荡频率的稳定性。
非门电路可选74HC00。
图3-2 COMS晶体振荡器 ２）分频器电路 通常，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到１Ｈz的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。
通常实现分频器的电路是计数器电路，一般采用多级２进制计数器来实现。
例如，将３２７６８Ｈz的振荡信号分频为１ＨZ的分频倍数为３２７６８（２１５），即实现该分频功能的计数器相当于１５极２进制计数器。
常用的２进制计数器有７４ＨＣ３９３等。
本实验中采用CD4060来构成分频电路。
CD4060在数字集成电路中可实现的分频次数最高，而且CD4060还包含振荡电路所需的非门，使用更为方便。
ＣＤ４０６０计数为１４级２进制计数器，可以将３２７６８ＨZ的信号分频为２ＨZ，其内部框图如图3-3所示，从图中可以看出，ＣＤ４０６０的时钟输入端两个串接的非门，因此可以直接实现振荡和分频的功能。
图3-3 CD4046内部框图 ３）时间计数单元 时间计数单元有时计数、分计数和秒计数等几个部分。
时计数单元一般为１２进制计数器计数器，其输出为两位８４２１ＢＣＤ码形式；分计数和秒计数单元为６０进制计数器，其输出也为８４２１ＢＣＤ码。
一般采用10进制计数器74HC390来实现时间计数单元的计数功能。
为减少器件使用数量，可选７４ＨＣ３９０，其内部逻辑框图如图 ２.３所示。
该器件为双２—５－１０异步计数器，并且每一计数器均提供一个异步清零端（高电平有效）。
图3-4 74HC390(1\\\/2)内部逻辑框图 秒个位计数单元为１０进制计数器，无需进制转换，只需将ＱＡ与ＣＰＢ（下降沿有效）相连即可。
ＣＰＡ（下降没效）与１ＨZ秒输入信号相连，Ｑ３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进制计数器的电路连接方法如图3-5所示，其中Ｑ２可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的ＣＰＡ相连。
图3-5 10进制——6进制计数器转换电路 分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，只不过分个位计数单元的Ｑ３作为向上的进位信号应与分十位计数单元的ＣＰＡ相连，分十位计数单元的Ｑ２作为向上的进位信号应与时个位计数单元的ＣＰＡ相连。
时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计数单元应为１２进制计数器，不是１０的整数倍，因此需将个位和十位计数单元合并为一个整体才能进行１２进制转换。
利用１片７４ＨＣ３９０实现１２进制计数功能的电路如图3-6所示。
另外，图3-6所示电路中，尚余－２进制计数单元，正好可作为分频器２ＨZ输出信号转化为１ＨZ信号之用。
图3-6 12进制计数器电路 4）译码驱动及显示单元 计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出，选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，选用CD4511作为显示译码电路，选用LED数码管作为显示单元电路。
5）校时电源电路 当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。
通常，校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。
根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。
图3-7所示即为带有基本RS触发器的校时电路， 图3-7 带有消抖动电路的校正电路 6）整点报时电路 一般时钟都应具备整点报时电路功能，即在时间出现整点前数秒内，数字钟会自动报时，以示提醒。
其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波，较复杂的也可以是实时语音提示。
根据要求，电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。
报时电路选74HC30，选蜂鸣器为电声器件。
四、元器件 1．实验中所需的器材：5V电源。
面包板1块。
示波器。
万用表。
镊子1把。
剪刀1把。
网络线2米\\\/人。
共阴八段数码管6个。
CD4511集成块6块。
CD4060集成块1块。
74HC390集成块3块。
74HC51集成块1块。
74HC00集成块5块。
74HC30集成块1块。
10MΩ电阻5个。
500Ω电阻14个。
30p电容2个。
32.768k时钟晶体1个。
蜂鸣器。
2．芯片内部结构图及引脚图??????? ?图4-1 7400 四2输入与非门 ???????????图4-2 CD4511BCD七段译码\\\/驱动器? 图4-3 CD4060BD ?????????????????????????????????????图4-4 74HC390D? 图4-5 74HC51D ???????????????????????????图4-6 74HC30 3．面包板内部结构图 面包板右边一列上五组竖的相通，下五组竖的相通，面包板的左边上下分四组，每组中X、Y列（0-15相通，16-40相通，41-55相通，ABCDE相通，FGHIJ相通，E和F之间不相通。
五、个功能块电路图 1． 一个CD4511和一个LED数码管连接成一个CD4511驱动电路，数码管可从0---9显示，以次来检查数码管的好坏，见附图5-1。
图5-1 4511驱动电路2． 利用一个LED数码管，一块CD4511，一块74HC390，一块74HC00连接成一个十进制计数器，电路在晶振的作用下数码管从0—9显示，见附图5-2。
图5-2 74390十进制计数器3． 利用一个LED数码管，一块CD4511，一块74HC390，一块74HC00和一个晶振连接成一个六进制计数器，数码管从0—6显示，见附图5-3。
图5-3 74390六进制计数器4． 利用一个六进制电路和一个十进制连接成一个六十进制电路，电路可从0—59显示，见附图5-4。
图5-4 六十进制电路5． 利用两个六十进制的电路合成一个双六十进制电路，两个六十进制之间有进位，见附图5-5。
图5-5 双六十进制电路6． 利用CD4060、电阻及晶振连接成一个分频——晶振电路，见附图5-6。
图5-6 分频—晶振电路7． 利用74HC51D和74HC00及电阻连接成一个校时电路，见附图5 查看原帖>>
led数码管六位动态显示时分秒，有一位不亮，其他都正常，而且1-9数字中有一位数字动态显示不出来
设计题目：数字钟的设计与仿真二．设计要求： （1）设计一个有“时”、“分”、“秒”（12小时59分59秒）显示，且有校时功能的电子钟； （2）显示采用六只LED数码管分别显示时分秒； （3）时间的小时、分可手动调整； （4）采用+5V电源供电。
三．题目分析： 根据题目，我们可以分析出：数字电子钟是由多块数字集成电路构成的，其中有振荡器，分频器，校时电路，计数器，译码器和显示器六部分组成。
振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，不同进制的计数器产生计数，译码器和显示器进行显示，通过校时电路实现对时，分的校准。
1）振荡器又包括由集成电路555与RC组成的多谐振荡器，用石英晶体构成的振荡器和由逻辑门与RC组成的时钟源振荡器。
三种方案如下图所示：方案一：由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。
555与RC组成的多谐振荡器图方案二: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。
石英晶体振荡器的作用是产生时间标准信号。
因此，一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一时间脉冲信号。
石英晶体振荡器图方案三：由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器。
门电路组成的多谐振荡器图集成电路555与RC组成的多谐振荡器电路：如果精度要求不高，则可以采用由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。
如上图所示。
设振荡频率f=1KHz，R为可调电阻，微调R1可以调出1KHz输出。
石英晶体振荡电路:采用的32768晶体振荡电路,其频率为32768Hz,然后再经过15分频电路可得到标准的1Hz的脉冲输出.R的阻值,对于TTL门电路通常在0.7～2KΩ之间;对于CMOS门则常在10～100MΩ之间。
由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期不仅与时间常数RC有关，而且还取决于门电路的阈值电压VTH，由于VTH容易受到温度、电源电压及干扰的影响，因此频率稳定性较差，只能用于对频率稳定性要求不高的场合。
综上所述，因为本电路对精度没有较高的要求，因此，我们选用由集成电路555与RC组成的多谐振荡器。
2）校时器的方案有如下两种：方案一：通常，校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。
根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。
图1所示为所设计的校时电路。
图 1方案一校正电路图方案二：校准电路由基本RS触发器和“与”门组成，基本RS触发器的功能是产生单脉冲，主要作用是起防抖动作用。
未拨动开关K时，“与非”门G2的一个输入端接地，基本RS触发器处于“1”状态，这是数字钟正常工作，“分”进位脉冲能进入“分”计数器。
拨动开关K时，“与非”门G1的一个输入端接地，于是基本RS触发器转为“0”状态。
秒状态可以直接进入“分”计数器，而“分”进位脉冲被阻止进入，因而能较快地校准分计数器的计数值。
校准后，将校正开关恢复原位，数字钟继续进行正常计时工作。
图 2 方案二校正电路通过比较可知，方案一和方案二相比，防抖动措施更好，更完备，但电路也更为复杂，成本也更高，通过比较选择方案一，既能实现防抖动功能，做出事物也更经济一些。
四．总体方案： 本电路是以555定时器组成多谐振荡器作为频率发生器，多谐振荡器产生1000HZ的振荡波，经过分频器分频，分解成1HZ的脉冲波，随后经过秒计数器，秒计时器是60进制计数器，当计数器计数到60时产生进位脉冲，到分计数器。
分计数器也是60进制计数器，当分计数器计数到60时，再次产生更高一级的进位脉冲，脉冲送到时计数器，实现了分向时的进位。
当需要进行校时时，打开对应的开关，进行对应位置上的校时，此时计数进位脉冲无效。
而计数器的工作是通过外接时钟脉冲CP的作用下,秒的个位加法计数器开始记数，通过译码器和数码显示管显示数字即计数器。
当经过10个脉冲信号后，秒个位计数器完成一次循环，秒十位计数器的CP与秒个位计数器的CP同步,秒个位计数器的Qcc使得秒十位的P和T端同时为1,从而秒十位开始计数，秒十位计数器工作1次，通过译码器和数码显示管，秒十位数字加1。
当经过60个脉冲信号，秒部分完成一个周期，分钟个位计数器的CP通过秒十位计数器的Q2Q1与非得到脉冲，分钟个位计数器工作一次，通过译码器和数码显示管，分钟的个位数字加1。
分部分的工作方式与秒部分完全相同。
当经过3600个脉冲信号，分钟部分完成一个周期，小时个位计数器的CP通过分十位计数器的Q2Q1与非得到脉冲，小时个位计数器工作一次，通过译码器和数码显示管，小时的个位数字加1。
当小时个位部分完成一个周期，小时十位计数器的CP与小时个位计数器的CP同步, 小时个位计数器的Qcc使得小时十位的P和T端同时为1,从而小时十位开始计数，小时十位计数器工作1次，通过译码器和数码显示管，小时的十位数字加1。
当小时十位部分计数到2同时小时的个位部分计数到4，小时个位计数器的清零端和十位计数器的清零端通过小时个位计数器的Q2和小时十位计数器的Q1与非得到信号，小时部分清零，从而完成了1次24小时计时。
五．具体实现：(1) 数字时钟基本原理的逻辑框图如下图3所示：由图3我们可以看出，振荡器产生的信号经过分频器作为产生秒脉冲，秒脉冲送入计数器，计数结果经过“时”、“分”、“秒”，译码器，显示器显示时间。
其中振荡器和分频器组成标准秒脉冲信号发生器，由不同进制的计数器，译码器和显示电路组成计时系统。
秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“时”，“分”、“秒”的数字显示出来。
“时”显示由二十四进制计数器，译码器，显示器构成；“分”、“秒”显示分别由六十进制的计数器，译码器，显示器构成；校时电路实现对时，分的校准。
(2)数字钟的原理图如附一图所示，其功能原理均与系统方框图的一致。
六．各部分定性说明以及定量计算：1.振荡器秒发生电路---振荡器是计时器的核心，振荡器的稳定度和频率的精确度决定了计时器的准确度。
一般来说，振荡器的频率越高，计时精度就越高，但耗电量将越大。
所以，在设计电路时要根据需要而设计出最佳电路。
在此设计中，我采用的是精度不高的，由集成电路555与RC组成的多谐振荡器。
其具体电路如下图4所示： 图4 振荡器电路图555定时器是一个模拟与数字混合型的集成电路。
555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。
该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。
因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。
目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555(或5G555)和C7555等多种。
它们的结构及工作原理基本相同。
通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时器具有低功耗、输入阻抗高等优点。
555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。
双极型定时器电源电压范围为5～16V，最大负载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压范围为3～18V，最大负载电流在4mA以下。
555的引脚图如下图5所示： 图5555的内部电路和功能如下图6所示：图6上面图6 是555定时器内部组成框图。
它主要由两个高精度电压比较器A1、A2，一个RS触发器，一个放电三极管和三个5KΩ电阻的分压器而构成。
它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。
一般用5V。
3脚：输出端Vo2脚： 低触发端6脚：TH高触发端4脚： 是直接清零端。
当 端接低电平，则时基电路不工作，此时不论 、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：VC为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
7脚：放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为 的情况下，其功能如下表： 555定时器的功能表清零端 高触发端TH低触发端 Qn+1放电管T功能0 0导通直接清零1 0导通置01 1截止置11 Qn不变保持接通电源后，电容C1被充电，vC上升，当vC上升到大于2\\\/3VCC时，触发器被复位，放电管T导通，此时v0为低电平，电容C1通过R2和T放电，使vC下降。
当vC下降到小于1\\\/3VCC时，触发器被置位，v0翻转为高电平。
电容器C1放电结束,所需的时间为 ：当C1放电结束时，T截止，VCC将通过R1、R2向电容器C1充电，vC由1\\\/3VCC上升到2\\\/3VCC所需的时为：当vC上升到2\\\/3VCC时，触发器又被复位发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为 ： 本设计中，由电路图可知R1、R2和C的值，然后再根据f的公式可以算出：其输出的频率为f=1KHz.2.分频器分频器的功能主要有两个：一个是产生标准秒脉冲信号；二是提供功能扩展电路所需要的信号，如仿电台报时用的1000Hz的高音频信号和500Hz的低音频信号等。
本设计中，由于振荡器产生的信号频率太高，要得到标准的秒信号，就需要对所得的信号进行分频。
这里所采用的分频电路是由3个总规模计数器74LS90来构成的3级1\\\/10分频。
其电路图如下图7所示:图7 分频器电路图74LS90的引脚图及其功能图如下图所示： 74LS90引脚图74LS90 功能表3.计数器本设计所采用的是十进制计数器74SL160，根据时分秒各个部分的的不同功能，设计成不同进制的计数器。
秒的个位，需要10进制计数器，十位需6进制计数器（计数到59时清零并进位），秒部分设计与分钟的设计完全相同；时部分的设计为当时钟计数到24时，使计数器的小时部分清零，从而实现整体循环计时的功能。
74LS160功能表和真值表如下表1和表2所示：表1 输入 输出(CR) ̅(LD) ̅CTTCTPCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30××××××××000010××↑D0D1D2D3D0D1D2D31111↑×××× 计数110××××××触发器保持，CO=011×0××××× 保持表274LS160的真值表CLKQ Q Q Q 0000010001200103001140100501016011070111810009100110000074LS160的引脚介绍如下表3所示：表374LS160逻辑符号各引脚顿的名称D D D D 置数端Q Q Q Q 输出端EP ET工作状态控制端 LD预置数控制端RD异步置零（复位）端CO进位输出端CLK信号输入端计数部分：利用74LS160芯片和74LS00芯片组成的计数器，它们采用异步连接，利用外接标准1Hz脉冲信号进行计数。
显示部分： 将六片74LS160的Q0Q1Q2Q3脚分别接到实验箱上的数码显示管上，根据脉冲的个数显示时间。
秒信号经过计数器之后分别得到显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求，计时电路共分三部分：计秒、计分和计时。
其中，计秒和计分都是60进制，而计时为24进制，可以采用十进制计数器74LS160实现24进制、60进制计数器。
（1）六十进制计数由分频器来的秒脉冲信号，首先送到“秒”计数器进行累加计数，秒计数器应完成一分钟之内秒数目的累加，并达到60秒时产生一个进位信号，所以，选用2片74LS160和一片74LS00组成六十进制计数器，采用反馈归零的方法来实现六十进制计数。
其中，“秒”十位是六进制，“秒”个位是十进制。
秒部分具体设计如图8所示： 图8 秒的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成60进制计数器，当计数到59时清零并重新开始计数。
如图所示个位1脚接高电平，7脚、9脚及10脚接1，当7脚和10脚同时为1时计数器处于计数工作状态。
个位11脚和秒的十位的2脚相接，十位的9脚、10脚、7脚分别和个位的1脚相接。
个位计数器由Q3Q2Q1Q0（0000）2增加到（1001）2时产生进位，从而实现10进制计数和进位功能，秒的十位在计数至0110时由与非门反馈清零实现6进制。
分钟部分设计与秒完全相同。
（2）二十四进制计数器：选用2片74LS160和一片74LS00组成24进制计数器，采用反馈归零的方法来实现24进制计数。
当十位为0010且个位为0100时使两芯片异步清零。
小时部分具体设计如图9所示： 图94.译码器、显示器译码是指把给定的代码进行翻译的过程。
计数器采用的码制不同，译码电路也不同。
74LS48驱动器是与8421BCD编码计数器配合用的七段译码驱动器。
74LS48配有灯测试LT、动态灭灯输入RBI，灭灯输入\\\/动态灭灯输出BI\\\/RBO,当LT=0时，74LS48出去全1。
本系统用七段发光二极管来显示译码器输出的数字，显示器有两种：共阳极显示器或共阴极显示器。
74LS48译码器对应的显示器是共阴极显示器。
本实验采用实验箱中的74LS48译码器和共阴极显示器组成的显示系统。
5.校时电路数字种启动后,每当数字钟显示与实际时间不符进,需要根据标准时间进行校时。
校“秒”时，采用等待校时。
校“分”、“时”的原理比较简单，采用加速校时。
对校时电路的要求是 :1）在小时校正时不影响分和秒的正常计数 。
2）在分校正时不影响秒和小时的正常计数 。
如图10所示，当数字钟走时出现误差时，需要校正时间。
校时电路实现对“时”“分”“秒”的校准。
在电路中设有正常计时和校对位置。
本实验实现“时”“分”的校对。
需要注意的是，校时电路是由与非门构成的组合逻辑电路，开关S1或S2为“0”或“1”时，可能会产生抖动，为防止这一情况的发生我们接入一个由RS触发器组成的防抖动电路来控制。
校时电路图 图10校时开关的功能表如下： 校时开关的功能表S1 S2功能11计数01校分10校时6.整点报时电路 整点报时，只报时不报分。
从59分50秒起，每隔2s发出一次信号，连续五次，最后一次结束时即达到正点。
其原理图如下所示： 图11电路图如下图12所示：图12综合以上多个电路，将其连接起来，就组成了一个具有时、分、秒计时功能，能够手动校时、校分，并且整点报时的数字电子钟。
七．实验仿真：在电子电路计算机仿真软件Multisim中进行调试和仿真数字电子钟，得到的仿真电路图如附二图所示。
由仿真电路实验知道了当高频信号经过分频器后得到标准的秒脉冲信号，进入60进制的“秒”计时，“秒”的分位进入60进制的“分”计时，最后，由分的“时”进位进入24进制的“时”计时。
再加上由门电路和开关构成的校时电路对电路的“时”，“分”进行校时，从而得到正确的时间的。
八．元器件清单（1）74LS160（ 6片） （2）74LS00（15片）（3）数码显示器（6片） （4）74LS90（3片）（5）74LS30（1片） （6）74LS04（1片）（7）74LS02（1片） （8）555计时器（1片）（9）可变电容（1个） （10）电容（2片）（11）蜂鸣器（1个） （12）电阻（2个）（13）数字电路实验箱 （14）+5V电源若干（15）导线，开关若干。
九．设计心得体会在此次的数字钟设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。
使我对已学过的电路、数电、模电等电子技术的知识有了更深一步的了解，锻炼和培养了自己利用已学知识来分析和解决实际问题的能力。
对自己以后的学习和工作有很大的帮助。
刚开始做这个设计的时候感觉自己什么都不知道怎么下手，脑子里比较浮躁和零乱。
但通过一段时间的努力，通过重温数电，模电等电子技术的书籍，还有通过查看相关的设计技术以及一些参考文献，再加之在老师的指导和周围同学的帮助下，使我对自己的本设计有了熟练的掌握。
在整个的设计过程中我充满了渴望和用心。
记得在精工实习的时候，也是用满腔的热情来完成各项实习任务，并在每项实习项目中都达到了优秀的成绩。
所以，我相信自己的实际动手能力，并一向的加强自己在这方面的努力。
在这次的电子技术设计中亦是如此，用自己的双手和满腔的热情来完成各个环节，不断的在图书管查看相关资料和期刊文献，特别在网络上也收收获了很多新鲜的东西。
这次设计更让我熟悉了一些常用集成逻辑电路和其相应芯片的使用。
虽然，在本设计中所用的方案不是最好的，但我想其中的原理是最基本的；虽然其中可能出现误差，不过在杨老师的答疑课上，这些问题还是基本解决了。
最后，我要衷心的感谢杨老师给了我一次实践的机会和平时在学习上的莫大帮助，让我更加深刻地了解和认识到了自己的优点和不足，通过这个课程设计我发现了我好多知识都不熟悉甚至有的东西我根本就不知道，这让我感到了要学习的东西还有很多很多。
因此使我更坚定了在以后的学习中要扎实好基础，阔广知识面。
碰到的问题越让人绝望，解决问题之后的喜悦程度就越高。
作为工科类的学生，以后工作了难免要碰到许许多多的问题，不要绝望，坚持，直到看到胜利的曙光。
十．参考文献李中发主编. 电子技术. 北京：中国水利水电出版社.毛期俭主编. 数字电路与逻辑设计实验及应用. 北京: 人民邮电出版社.吕思忠，施齐云主编. 数字电路实验与课程设计. 哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社.阎石主编．数字电子技术基础（第四版）. 北京：高等教育出版社.黄智伟主编. 电子电路计算机仿真设计与分析. 北京：电子工业出版社.程勇主编. Multisim10电路仿真实例讲解. 北京： 人名出版社.彭介华主编. 电子技术课程设计指导. 北京：高等教育出版社.卢结成、高世忻等编. 电子电路实验及应用课题设计. 合肥：中国科学技术大学出版社.梁宗善主编. 电子技术基础课程设计. 武汉：华中理工大学出版社.欧阳星明主编. 数字系统逻辑设计. 北京：电子工业出版社.李中发主编. 电子技术基础课程设计. 武汉：华中理工大学出版社.\ \ 有一位数据显示不出来,是不是几位都是那个数字显示不出来,如果都显示不出来那就可能是因为数码管对应的数据有误或者驱动那段数码管的线有连接问题(段选没选上),如果只有一个显示不出来那个数字那就可能是那段连线的位选线连接或者位选数据有问题(位选没选上),如果确认都没问题那就是坏了.还有你那个不亮的也是看看驱动数据和硬件连接,要是也确定没问题,而且什么数据都不显示只能说明坏了.多半应该是位选没选上.
数字钟设计
数字电子时钟课程设计 题目： 数字电子时钟课程设计 目 录 一、设计任务及设计要求…………………………………………（3） 二、设计方案论证 ………………………….. …………. （3） 1.总体方案及框图 2.各部分论证 三、单元电路设计…………………………………………………（4） 1.振荡器 ………………………………………………………（4） 2. 秒、分、时计数器…………………………………………（5） 3. 显示译码\\\/驱动器和LED七段数码显示管……………….（6） 4. 分频器……………………………………………………（7） 5. 报时电路…………………………………………………（9） 四、总体电路设计及原理………………………………………（13） 五、元器件明细表………………………………………………（10） 六、心得体会……………………………………………………（11） 七、参考文献……………………………………………………（11） 一、设计任务及设计要求 1.设计任务 数字电子钟的逻辑电路 2.设计要求 （1）由晶振电路产生1HZ的校准秒信号。
（2）设计一个有“时”、“分”、“秒”（23小时59分59秒）显示切且具有校时、校分、校秒的功。
（3）整点报时功能。
要求整点差10秒开始每隔1秒鸣叫一次，共五次，每次持续时间为一秒，前五次为500赫兹的声音，最后依次为1000赫兹的声音。
（4）用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验箱上进行组装和调试。
（5）划出框图和逻辑电路图，写出设计，实验总结报告。
二、设计方案论证 数字钟原理框图如图1所示，电路一般包括以下几个部分：振荡器、分频器、译码显示电路、时分秒计数器、校时电路、报时电路。
图一 对于各个部分而言 数字钟计时的标准信号应该是频率相当稳定的1HZ秒脉冲，所以要设置标准时间源。
数字钟计时周期是24小时，因此必须设置24小时计数器，他应由模为60的秒计数器和分计数器及模为24的时计数器组成，秒、分、时由七段数码管显示。
为使数字钟走时与标准时间一致，校时电路是必不可少的。
设计中采用开关控制校时直接用秒脉冲先后对“时”“分”“秒”计数器进行校时操作。
能进行整点报时。
在从59分50秒开始，每隔2秒钟发出一次低音“嘟”的信号，连续五次，最后一次要求最高音“嘀”的信号，此信号结束即达到正点。
三、单元电路设计 1. 各独立功能部件的设计 （1） 、振荡器 振荡器是计时器的核心，其作用是产生一个标准频率的脉冲信号振荡频率的精度和 稳定度决定了数字钟的质量。
第一种方 案采用石英晶体振荡器，如图二。
使用 振荡频率为32768HZ的石英晶体和反 向器构成一个稳定性极好、精度较高 的时间信号源。
改变电容C可以 图 二 石英晶体振荡器 振荡器的频率进行微调，再通过一个反相器，输出32768HZ的方波将此方波的频率进行15次二分频后，在输出端刚好可得到频率为1HZ的脉冲信号。
第二种方案如图三采用集成电路555定时器与RC组成的多谐振荡器。
输出的脉冲频率为fS=1\\\/[(R1+2R2)C1ln2]=1KHZ，周期T=1\\\/fS=1ms。
若参数选择：R1=R2=10K欧姆，C1=47uF时，可以得到秒脉冲信号。
图三 方波信号发生器 附555定时器的功能表 输 出 输 出 阀值输入（v11） 触发输入（v12） 复位（RD） 输出（VO） 发电管T × × 0 0 导通 <2\\\/3VCC <1\\\/3VCC 1 1 截止 >2\\\/3VCC >1\\\/3VCC 1 0 导通 <2\\\/3VCC >1\\\/3VCC 1 不变 不变 （2） 秒、分、时计数器 U1到U6 六个74LS161构成数字钟的秒、分、时计数器。
U1、U2共同构成秒计数器，它由两个74LS161构成六--十进制的计数器，如图四。
U1作为秒个位十进制计数器，它的复位输入RD、和置位输入LD都接低电平，秒信号脉冲作为计数脉冲输入到CP1端，输出端C控制U2秒十位计数器的计数脉冲输入。
Q1、Q2、Q3、Q4作为秒个位的计时值送至秒个位七段显示译码\\\/驱动器。
U2作为秒十位六进制计数器，它的计数脉冲输入受到秒个位U1的控制，其计数器使能端EP、ET与U1的输出端C相连接。
当U2计数器计到0011，即清零信号到复位输入端时，Q1、Q2、Q3、Q4输出的都是零。
Q1、Q2、Q3、Q4作为秒十位的计时值送至秒十位七段显示译码\\\/驱动器。
U3 、U4分别构成分个位十进制和分十位六进制计数器，如图四。
U3、U4与U1、U2的连接方法相似。
当计数器输出为01011001状态，U3（U1）、U4（U2）的LD端同时为“0”，使计数器立即返回到00000000状态。
这样就构成了六十进制计数器。
图四 六十进制计数器 U5、U6共同构成时计数器，它由两个74LS161构成六十进制的计数器 如图五。
U5作为时十位计数器，它的复位输入RD、和置位输入LD都接低电平，时信号脉冲作为计数脉冲输入到CP1端，输出端C控制U6秒十位计数器的计数脉冲输入。
Q1、Q2、Q3、Q4作为秒个位的计时值送至秒个位七段显示译码\\\/驱动器。
当计数器输出为00100100状态，U5、U6的LD端同时为“0”，使计数器立即返回到00000000状态。
这样就构成了二十四进制计数器。
U12图五 二十四进制计数器 （3） 显示译码\\\/驱动器和LED七段数码显示管 六个74LS248集成电路构成数字钟的七段数码显示管显示译码\\\/驱动器。
74LS248七段显示译码器输出高电平有效，将8421BCD码译成七段（a、b、c、d、e、f、g）输出，用以直接驱动LED七段数码显示对应的十进制数。
74LS248的显示功能： 显示功能见功能表的上半部分。
[DCBA]是二进制码输入，要正确的执行显示功能，有关的功能端必须接合适的逻辑电平，这些功能端的作用随后介绍。
对于0～9输入，[DCBA]相当BCD8421码。
当超过9以后，译码器仍然有字型输出，具体见图六。
当[DCBA]=1111时，数码管熄灭。
实验时要在笔划段电极串联电阻，以保护LED数码管。
表1 中规模显示译码器74LS248的功能表 图六 74LS248显示字型与输入的对应关系 如图七，六个LED七段数码显示管利用不同发光段组合的方式显示不同数码，都采用+5V电源作为每段发光二极管的驱动电源。
需要发光的段为高电平，不发光的段为低电平。
设计中采用共阴极数码管，每段发光二极管的正向降压，随显示光的颜色有所不同，通常约2V～3V，点亮电流在5～10mA。
六个LED七段数码显示管分别显示秒个位、十位；分个位、十位；时个位、十位的计数十进制数 图七 显示译码\\\/驱动器和数码显示管 （4）分频器 分频器电路是由三个74LS90构成，如图八。
74LS90是异步十进制计数器，它由一个一位二进制计数器和一个异步五进制计数器组成。
将QA与CP2相连，计数脉冲由CP1端输入，输出由QA～QD引出，即得到十进制计数器。
只有在复位输入R0(1)= R0(2)=0和置位输入S9(1)= S9(2)=0时，才能够在计数脉冲（下降沿）作用下实现二—五—十进制加计算。
因为要对输入的脉冲进行三次10分频，三片74LS90的复位输入R0(1)、 R0(2)和置位输入S9(1) 、S9(2)都接低电平。
振荡器输出的方波脉冲计数器作为U1的CP1端的输入时钟脉冲，U1的QD端的输出脉冲作为U2的CPA端的输入时钟脉冲，U2的QD端的输出脉冲作为U3的CP1端的输入时钟脉冲，U3的QD端的输出脉冲fO=fS\\\/103¬¬¬¬¬¬¬=1HZ，即为秒信号方波脉冲，成为秒、分、时计数器的计数脉冲和时间校准信号。
将JK触发器的J、K端都接在高电平，Qn+1=JQn+KQn=Qn,每输入一个时钟脉冲后，触发器翻转一次，触发器处于计数状态。
经过触发器的二分频，Q端输出为500HZ的脉冲作为低音脉冲。
经过U1、U2计数器的二次十分频，输出的脉冲频率为10HZ，作为秒校时脉冲。
图八 分频器 附74LS90二—五—十进制计数器功能图 复位输入 置位输入 输出 R0(1) R0(2) S9(1) S9(2) QA QB QC QD H H L × L L L L H H × L L L L L × × H H H L L H L × L × 计数 L × × L 计数 × L L × 计数 × L × L 计数 JK触发器的功能表 J K Qn Qn+1 说明 0 0 0 0 输出状态不变 1 1 0 1 0 0 输出状态与J端状态相同 1 0 1 0 0 1 输出状态与K端状态相同 1 1 1 1 0 1 每输入一个脉冲输出状态改变一次 1 0 （五）报时电路 整点报时电路要求在每个整点发出音响，因此需要对每个整点进行时间译码，以其输出驱动音响控制电路。
如图九。
若要在每一整点发出五低音、一高音报时，需要对59分50秒到59分59秒进行时间译码。
QD4～QA4是分十位输出，QD3～QA3是分个位输出，QD2～QA2是秒十位输出，QD1～QA1秒个位输出。
在59分时，A= QC4 QA4 QD3 QA3=1；在50秒时，B= QC2 QA2=1；秒个位为0、2、4、6、8秒时，QA1=0,C= QA1=1；因而F1=ABC= QC4QA4 QD3 QA3 QC2 QA2 QA1仅在59分50秒、52秒、54秒、56秒、58秒时等于1，故可以用F1作低音的控制信号。
当计数器每计到59分59秒时，A= QC4 QA4 QD3QA3=1,D= QC2 QA2 QD1 QA1=1,此时F2=AD=1。
把F2接至JK触发器控制端J端，CP端加秒脉冲，则再计1秒到达整点时F3=1,故可用F3作一次高音控制信号。
用F1控制5次低音、F3控制高音，经音响放大器放大，每当“分”和“秒”计数器累计到59分50、52、54、56、58秒发出频率为500HZ的五次低音，0分0秒时发出频率为1000HZ的一次高音，每次音响的时间均为一秒钟，实现了整点报时的功能。
图九 整点报时电路 四、原理图（见最后一页） 五、元器件明细表 序号 元器件名称 型号规格 数量（个） 备注 U0 集成定时器 5G555定时器 1 构成多谐振荡器 U1～U6 同步加法计数器 74161 6 构成模加法计数器 U7～U9 异步十进制计数器 74LS90 3 构成分频器 U10 七端显示译码器 74LS248 6 分别显示秒、分、时的数字 U11～U12 与非门 多输入与非门 2 U13 J-K触发器 1 C1、C2 电容 2 C1=C2=104pf R1 R2 电阻 2 R1 =2K、R2=5.1K R、R` 电阻 2 R=1k,R`=47 U14 U20 门器件 非门 1 U15～U19 门器件 与门 6 多输入与门 U21～U23 门器件 与非门 3 多输入与非门 U24 触发器 J-K触发器 1 U25 晶体三级管 1 U26 喇叭 1 实现闹铃 六、设计体会 在整个课程设计完后，总的感觉是：有收获。
以前上课都是上一些最基本的东西，而现在却可以将以前学的东西作出有实际价值的东西。
在这个过程中，我的确学得到很多在书本上学不到的东西，如：如何利用现有的元件组装得到设计要求，如何找到错误的原因，如何利用计算机来画图等等。
但也遇到了不少的挫折，有时遇到了一个错误怎么找也找不到原因所在，找了老半天结果却是芯片的管脚接错了，有时更是忘接电源了。
在学习中的小问题在课堂上不可能犯，在动手的过程中却很有可能犯。
特别是在接电路时，一不小心就会犯错，而且很不容易检查出来。
但现在回过头来看，还是挺有成就感的。
数字电子钟的设计
LED点阵显示屏摘要 LED大屏幕显示系统，以AT89S52单片机为核心，由键盘显示、温度采集、串口通信、LED大屏幕显示等功能模块组成。
本系统的灰阶控制功能由软件来实现，吸收了硬件软件化的思想，本系统不仅可以实现题目要求的基本功能,同时发挥部分也得到完全的实现,最主要的是LED显示屏的内容可以通过PC机进行实时修改，而且有一定的创新功能。
关键字:单片机 LED大屏幕 滚屏显示 PC机控制1.任务设计并制作一台简易LED电子显示屏，16行*16列*16灰阶点阵显示，原理示意图如下:PC机LED灰阶电子显示屏原理框图2.要求(1)基本要求:设计并制作LED电子显示屏和控制器。
1) 自制一台简易16行*16列*16灰阶点阵显示的LED电子显示屏；2) 自制显示屏控制器，扩展键盘和相应的接口实现多功能显示控制，显示屏显示16灰阶图像(可以是渐变灰阶条纹)、数字和字母亮度适中，应无闪烁。
3) 显示屏通过按键切换显示图像、数字和字母；4) 显示屏能显示3组特定图像、数字或者英文字母组成的句子，通过按键切换显示内容；5) 能显示2组特定汉字组成的句子，通过按键切换显示内容。
(2)发挥部分:1) 自制一台简易16行*32列*灰阶点阵显示的LED电子显示屏；2) LED显示屏亮度连续可调。
3) 实现信息的左右滚屏显示，预存信息的定时循环显示；4) 实现实时时间的显示，显示屏数字显示: 时∶分∶秒(例如 18∶38∶59)；5) 增大到10组(每组汉字8个或16个数字和字符)预存信息，信息具有掉电保护；6)实现和PC机通讯，通过PC机串口直接对显示信息进行更新(须做PC机客户程序)；7)其他发挥功能。
3.说明(1)显示格式和显示信息可以自定义。
(2)电子显示屏LED显示灯只允许使用8*8 LED点阵显示模块。
(3) 显示屏的显示控制方案和控制器的选择方案任选。
(4) 不允许使用LED集成驱动模块和集成灰阶产生模块，可用CPLD或FPGA。
2、方案论证2.1 显示部分:显示部分是本次设计最核心的部分，对于LED8*8点阵显示有以下两种方案:方案一:静态显示，将一帧图像中的每一个二极管的状态分别用0 和1 表示,若为0 ,则表示L ED 无电流,即暗状态;若为1 则表示二极管被点亮。
若给每一个发光二极管一个驱动电路,一幅画面输入以后,所有L ED 的状态保持到下一幅画。
对于静态显示方式方式,所需的译码驱动装置很多,引线多而复杂,成本高,且可靠性也较低。
方案二:动态显示，对一幅画面进行分割,对组成画面的各部分分别显示,是动态显示方式。
动态显示方式方式,可以避免静态显示的问题。
但设计上如果处理不当,易造成亮度低,闪烁问题。
因此合理的设计既应保证驱动电路易实现,又要保证图像稳定,无闪烁。
动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式, 复用的程度不是无限增加的, 因为利用动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短, 发光的亮度等因素. 我们通过实验发现, 当扫描刷新频率(发光二极管的停闪频率) 为50Hz, 发光二极管导通时间≥1m s 时, 显示亮度较好, 无闪烁感.。
鉴于上述原因, 我们采用方案二2.2．数字时钟数字时钟是本设计的重要的部分。
根据需要，可利用两种方案实现。
方案一:本方案完全用软件实现数字时钟。
原理为:在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。
利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。
该方案具有硬件电路简单的特点，但当单片机不上电，程序将不执行。
且由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。
方案二:本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS。
该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms\\\/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。
为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。
当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。
而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。
基于时钟芯片的上述优点，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。
2.3 温度采集部分能进行温度测量是本设计的创新部分，由于现在用品追求多样化，多功能化，所以我们决定给系统加上温度测量显示模块，方便人们的生活，使该设计具有人性化。
方案一:采用热敏电阻，可满足 40 摄氏度至 90 摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测小于 1 摄氏度的信号是不适用的。
方案二:采用温度传感器DS18B20。
DS18B20可以满足从-55摄氏度到+摄氏度测量范围，且DS18B20测量精度高，增值量为0.5摄氏度，在一秒内把温度转化成数字，测得的温度值的存储在两个八位的RAM中，单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，使用方便。
基于DS18b20的以上优点，我们决定选取DS18b20来测量温度。
2.4 显示接口芯片的选择方案一:采取并口输入，占用大量I\\\/O口资源方案二:选取串口输入，使用较少。
所以我们选用串口输入。
串口输入我们可以选用芯片有74HC、74LS、TPIC6B。
但是74HC和74LS两种芯片必须加驱动才能驱动LED，而TI 公司的DMOS 器件TPIC6B , 除具有TTL 和CMOS 器件中移位寄存器 的逻辑功能外, 其最大的特点是驱动功率大, 可直接用作LED的驱动。
综合以上比较，我们选取TPIC6B来驱动LED点阵。
2.5 串口通讯芯片的选择AT89S52串行口采用的是TTL电平，因此必须的有电平转换电路，可以选择，，MAXA.方案一:采用或芯片实现电平转换，但在使用中发现这两种芯片可靠性不高，且需要正负12V电源，使用麻烦。
方案二:采用单电源电平转换芯片MAXA可以使电路变得简单，可靠。
基于以上分析，我们选用方案二，选用芯片MAXA2.6 电源模块方案一:采用干电池作为LED点阵系统的电源，由于点阵系统耗电量较大，使用干电池需经常换电池，不符合节约型社会的要求。
点阵系统要悬挂在墙上，电池总量大，使用会有较大安全隐患。
方案二:采用W\\\/5V直流稳压电源作为系统电源，不仅功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，并且比较轻便，使用更加安全可靠基于以上分析，我们决定采用方案二3、总体方案3.1 工作原理:利用单片机AT89S52单片机作为本系统的中控模块。
单片机可把由DS18B20、DS读来的数据利用软件来进行处理，从而把数据传输到显示模块，实现温度、日历的显示。
点阵LED电子显示屏显示器为主要的显示模块，把单片机传来的数据显示出来,并且可以实现滚动显示。
在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。
3.2 总体设计设计总体框图如图14、系统硬件设计(单元电路设计及分析)4.1 AT89S52单片机最小系统最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。
图2为AT89S52单片机的最小系统。
4.2 温度测量模块图3 DS18B20测量电路温度测量传感器采用DALLAS公司DS18B20的单总线数字化温度传感器，测温范围为-55℃~℃，可编程为9位~12位A\\\/D转换精度，测温分辨率达到0.℃，采用寄生电源工作方式， CPU只需一根口线便能与DS18B20通信，占用CPU口线少，可节省大量引线和逻辑电路。
接口电路如图3所示。
4.3 时钟模块时钟模块采用DS芯片，DS 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟\\\/日历和31 字节静态RAM 通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟\\\/日历电路提供秒分时日日期月年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM\\\/PM 指示决定采用24 或12 小时格式DS 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线1 RES 复位2 I\\\/O 数据线3 SCLK串行时钟时钟\\\/RAM 的读\\\/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信DS 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW，其接线电路如图4图4 时钟电路4.4 键盘模块键盘、状态显示模块:为了使软件编程简单，本设计利用可编程芯片。
接法如表1所示。
PA口接按键，PC口则用于控制状态显示所用LED点阵。
每个按键都通过一个10K的上拉电阻接电源+Vcc,按键的另一端接地。
当有键按下时，与该键相连的PA口的相应位变为低电平，单片机检测到该变化后即转到相应的键处理程序，同时在程序中点亮LED点阵。
模块电路如图54.5 LED显示模块点阵数据串行输入, 器件为 移位寄存器TPIC6B, 门控和扫描信号常以16 点阵为一行进行并行处理。
在点阵显示中以4×8个L ED 点阵构成一个L ED 显示单元, 采用行共阳列共阴的编排方式。
其驱动分为行列两部分, 分别来自于行、列移位寄存器, 行数据是扫描数据, 16 行中每次只有一行被驱动, 采用逐行扫描方式, 列数据则为汉字的点阵码。
。
对于字符和图形显示也可以用点阵处理, 其显示原理和方法相同.电路如图6图6 LED显示电路4.6灰阶控制4.6.1 阶灰度控制方法对于LED 发光灯, 灰度控制方法主要有驱动电流控制法和驱动脉冲占空比控制法。
占空比控制法是在一定的显示重复扫描频率下, LED 器件的亮度可由发光时间Tu 与扫描周期T 的比Tu\\\/T 进行控制。
在相同的LED 正向电流作用下, Tu 越长发光能量越大, 只要周期性扫描的速度足够快的话, 人眼发觉不了1 个周期内不发光的部分, 只是感觉LED 的亮度更高。
本设计采用占空比控制法。
4.6.2 图像扫描方法在图像扫描显示过程中, 每次传输和显示的只是带有8 bit 灰度级的某一列数据的1 bit, 这样传输并显示8次, 就可以反映出8 bit 的灰度级。
具体方法为:首先扫描显示16 行各列8 bit 灰度值的D0 比特, 其次扫描显示16行各列的D1比特, 依此类推, 直到显示16 行各列灰度值的D7 bit。
各部分按顺序重复上述过程, 直到整屏扫描显示完, 对于16 行各列1 bit 的扫描细节过程为: 从第一行开始, 首先送这一行各列D0 位灰度值数据到各列移位寄存器锁存器, 然后, 送第2 行各列的D0 位数据, 同时显示第1 行数据。
依次类推, 直到显示第16 行各列的D0位数据, 同时开始第1 行的D1 位数据。
重复8 次扫描显示16 行。
每比特扫描时间如下图2所示，整个扫描过程可以如图3所示。
方案一、通过FPGA来实现灰阶控制， 是在FPGA 设计工具中利用译码器产生一系列OE 脉宽的具体电路图。
E2…E10 来自计数器； H1， H2， H4， H8， H16， H32， H64， H，H 为译码器译出的不同脉宽的OE 信号源。
H1为一个时钟周期， H2 为半个时钟周期， 以此类推，H 为1\\\/ 个时钟周期[2]。
这一系列脉冲需要进入数据选择器进行分时输出， 最终输出的只有OE一条线。
表1 是OE 脉冲分配表。
因为H1 最宽， H1 输出时LED 最亮， 所以在这里不是将H1连续输出， 而是分散开， 其目的是提高显示屏的扫描频率， 降低频闪， 使屏幕图像看上去更加稳定。
方案二、通过单片机软件扫描来实现LED不同灰阶的现实，从而达到显示图像的效果。
由于缺少FPGA的开发工具，所以采用方案二。
4.7亮度连续可调控制方案一 通过在软件中调节刷新频率。
刷新频率高的时候,连续点亮的时间短,显示屏亮度低,当刷新频率调低时,连续点亮的时间延长,显示屏变亮。
因此通过调节占空比来实现显示屏亮度的调整。
但是由于软件调节亮度变化不连续.不能实现连续的亮度调节。
并且会出现闪烁。
调节的效果不明显，故不采用此方案。
方案二 通过调节电位器来改变电压,实现亮度的调节。
调节电位器实现线形电压调整,从而控制三极管使显示屏压降发生改变。
从而达到连续调节亮度的目的。
电位器的调节范围较大，因此用此方法来调节。
4.8电源选择W\\\/5V的直流稳压电源更加安全，电路图如图7图7 电源电路4.9 PC机通讯4.9.1硬件连接设计MAX是标准的串口通信接口，对于一般的双向通讯，只需要使用串行输入口RXD(第3脚)、串行输出TXD(第2脚)和地线(第7脚)。
MAX逻辑电平的规定如表2.图8 串口通讯4.9.2软件设计通过VC++在PC机上编写一个上位机软件实现对单片机的控制，实现LED显示内容和现实方式的控制。
4.10整体电路系统整体电路如下:图9 整体电路5、系统软件设计5.1主程序5.2显示子程序流程5.3 显示时间子程序流程5.4 与PC串口通讯程序5.5温度测量流程图实在不行换一个 或者在硬之城上面找找这个型号的资料
在线等——电子产品工艺文件（不要收音机的）
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工艺实习报告 2009.06.25 一、设计题目: 数字时 数字钟是用数字电路技术实、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。
从数字钟原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
因此，我们此次设计与制作数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。
而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。
且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路。
通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法 二、内容摘要: 1．画出总体设计框图，以说明数字钟由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，时钟信号传输路径、方向和频率变化。
并以文字对原理作辅助说明。
2．设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。
3．选择合适的元器件，在面包上接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。
4．在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线，进行合理布局，进行整个数字钟电路的接线调试。
三、设计报告内容要求: 1．目的。
2． 设计指标 ① 时间以12小时为一个周期； ② 显示时、分、秒； ③ 具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； ④ 计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时； ⑤ 为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。
3．画出设计的原理框图，并要求说明该框图的工作过程及每个模块的功能。
4．元器件清单。
5．设计制作的进程，考虑时钟及控制信号的关系、测试、验证的顺序，写出自己的工作进程。
6．画出各功能模块的电路图，加上原理说明（如2、5进制到10进制转换，10进制到6进制转换的原理，个位到十位的进位信号选择和变换等）。
7．画出总布局接线图（集成块按实际布局位置画，关键的连接单独应画出，计数器到译码器的数据线、译码器到数码管的数据线可以简化画法，但集成块的引脚须按实际位置画，并注明名称。
） 8．描述设计制作的数字钟的运行结果和操作。
9．总结。
10．设计过程中遇到的问题及解决办法 11．课程设计过程体会 对课程设计内容、方式、要求等各方面的建议。
四、比较和选定设计系统方案 ，画出方框图 方案一∶基本门电路搭建——用基本门电路来实现数字钟，电路结构复杂，故障系数大，不易调试 方案二∶单片机编程——用单片机设计电路，由于使用软硬件结合的方式，所以电路结构简单、调试也相对方便。
与第一种方案比较优点是非常明显的。
我们选择了第二种方案 五、电路设计、参数计算、元器件选择 数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路。
由于计数的起始时间不可能与标准时间(如北京时间)一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。
通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟 如图所示为数字钟的一般构成框图。
（（（（画咱那电路图））））） 4511构成译码驱动电路 4060构成脉冲发生及分频电路 74390 构成十进制计数器 74390构成六进制计数器 74390构成六十进制计数器 校时电路（分校时时，不会进位到小时） ⑴晶体振荡器电路 晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号,可保证数字钟的走时准确及稳定。
不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。
⑵分频器电路分频器电路：将32768Hz的高频方波信号经32768()次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。
分频器实际上也就是计数器。
。
⑶时间计数器电路：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,而根据设计要求,时个位和时十位计数器为12进制计数器。
⑷译码驱动电路：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。
⑸数码管：数码管通常有发光二极管(LED)数码管和液晶(LCD)数码管,本设计提供的为LED数码管。
六、画出完整电路图，并说明电路工作原理 1)晶体振荡器电路 晶体振荡器是构成数字式时钟的核心,它保证了时钟的走时准确及稳定。
一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类,一类是用TTL门电路构成;另一类是通过CMOS与非门构成的电路,如图1。
2所示,从图上可以看出其结构非常简单。
该电路广泛使用于各种需要频率稳定及准确的数字电路,如数字钟,电子计算机,数字通信电路等。
CMOS与非门U1与晶体,电容和电阻构成晶体振荡器电路,U2实现整形功能,将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。
输出反馈电阻为与非门提供偏置,使电路工作于放大区域,即与非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。
电容C1,C2与晶体构成一个谐振型网络,完成对振荡频率的控制功能,同时提供了一个180度相移,从而和与非门构成一个正反馈网络,实现了振荡器的功能。
由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性,从而保证了输出频率的稳定和准确。
2)分频器电路 通常,数字钟的晶体振荡器输出频率较高,为了得到1Hz的秒信号输入,需要对振荡器的输出信号进行分频。
通常实现分频器的电路是计数器电路,一般采用多级2进制计数器来实现。
例如,将32768Hz的振荡信号分频为1HZ的分频倍数为32768(),即实现该分频功能的计数器相当于15级2进制计数器。
常用的2进制计数器有74HC393等。
3)时间计数单元 时间计数单元有时计数,分计数和秒计数等几个部分。
时计数单元以24进制计数器,其输出为两位8421BCD码形式;分计数和秒计数单元为60进制计数器,其输出也为8421BCD码。
一般采用10进制计数器如74HC290,74HC390等来实现时间计数单元的计数功能。
欲实现24进制和60进制计数还需进行计数模值转换。
4)译码驱动及显示单元 计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出,为了将计数器输出的8421BCD码显示出来,需用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流,一般这种译码器通常称为7段译码显示驱动器。
常用的7段译码显示驱动器有CD4511。
5)校时电源电路 当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。
通常,校正时间的方法是:首先截断正常的计数通路,然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端,校正好后,再转入正常计时状态即可。
七、组装调试内容 1、使用的主要仪器仪表 2测试电路的方法和技巧 用示波器检测集成电路555定时器与RC组成的多谐振荡器的输出信号波形和频率，555振荡器输出频率应为1000HZ。
将频率为1000Hz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。
将1秒信号分别送入时、分、秒计数器，用显示器检查计数器的工作情况，看计数器是否按设计的进制计数。
3、测试数据波形并与计算结果比较分析 4、调试中的故障原因及纠正 ① 面包板测试 测试面包板各触点是否接通。
② 七段显示器与七段译码器的测量 把显示器与CD4511相连，第一次接时，数码管完全没有显示数字，检查后发现是数码管未接地而造成的，接地后发现还是无法正确显示数字，用万用表检测后，发现是因芯片引脚有些接触不良而造成的，所以确认芯片是否接触良好是非常重要的一件事。
③ 时间计数电路的连接与测试 六进制、十进制都没有什么大的问题，只是芯片引脚的老问题，只要重新插过芯片就可以解决了。
但在六十进制时，按图接线后发现，显示器上的数字总是100进制的，而不是六十进制，检测后发现无论是线路的连通还是芯片的接触都没有问题。
最后，在重新连线时发现是线路引脚接错造成的，改过之后，显示就正常了。
④ 校正电路 因上面程因引脚接错而造成错误，所以校正电路是完全按照仿真图所连的，在测试时，开始进行时校时时，没有出现问题，但当进行到分校时时，发现计数电路的秒电路开始乱跳出错。
因此，电路一定是有地方出错了，在反复对照后，发现是因为在接入校正电路时忘了把秒十位和分个位之间的连线拿掉而造成的，因此，在接线时一定要注意把不要的多余的线拿掉 八、总结设计电路和方案的优缺点、实用价值、改进意见 1、容易出现故障为接触不良。
a)集成块引脚方向预先弯好对准面包板的金属孔，再小心插入。
b)导线的剥线长度与面包板的厚度相适应（比板的厚度稍短）。
c)导线的裸线部分不要露在板的上面，以防短路。
d)导线要插入金属孔中央。
2、按照原理图接线时首先确保可靠的电源和接地。
3、注意芯片的控制引脚必须正确接好。
4、检查故障时除测试输入、输出信号外，要注意电源、接地和控制引脚。
5、要注意芯片引脚上的信号与面包板上插座上信号是否一致（集成块引脚与面包板常接触不良）。
6、为了便于测试，可将2Hz信号直接输入到各级计数器。
7、接校时电路时可接模拟信号输入（如1Hz和2Hz）测试输出信号的切换正确后，再将秒进位和分进位信号接到校时电路，再接校时电路输出到分计数器和时计数器。
8、从较时电路接入信号时，必须将原进位信号拔掉。
九、使用元器件规格 5V电源。
面包板1块。
示波器。
万用表。
镊子1把。
剪刀1把。
网络线2米\\\/人。
共阴极八段数码管6个。
CD4511集成块6块。
CD4060集成块1块。
74HC390集成块3块。
74HC51集成块1块。
74HC00集成块5块。
74HC30集成块1块。
10MΩ电阻5个。
500Ω电阻14个。
30p电容2个。
32。
768k时钟晶体1个 十、参考文献 （（（课本最下面的脚注写了好多文献，自己抄））） 十一、收获体会 时光荏苒，光阴易逝，转眼间一周的时间过去了，回首这一周，我们的成果是令人满意的，这次实验设计也画上了一个圆满的句号。
这次课程设计的主题是数字电子钟，在设计中需要用到振荡电路等通过设计使我更进一步加深了对电的认识和理解。
在设计中，首先是先老师讲解原理，然后开始设计，在设计的过程中还学到不少东西的，由于有些芯片我们在数字电子技术基础里没有学过的，我们在查找资料的过程中就学到很多东西，有些芯片本来我们不懂的，但是经过查资料、老师讲解使我们对有些不是懂的芯片有了一定的了解。
通过这次对数字钟的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真成功之后才实际接线的。
通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。
通过这次设计，在很高程度上弥补了我们的理论知识的不足，通过设计进一步巩固了我们的理论知识，让我们学的更扎实，对数电的认识更加形象。
总之，这次实习带给我很大的收获，再一次感谢学校给我们一个展现自己设计才能的机会，这对我们以后的工作和学习都有很好的作用。
