课题一  数字电子钟

电子钟是一种高精度的计时工具，它采用了集成电路和石英技术，因此走时精度高，稳定性能好，使用方便，且不需要经常调校。电子钟根据显示方式不同，分为指针式电子钟和数字式电子钟。指针式电子钟采用机械传动带动指针显示；而数字式电子钟则是采用译码电路驱动数码显示器件，以数字形式显示。这些译码显示器件，利用集成技术可以做的非常小巧，也可以另加一定的驱动电路，推动霓红灯或白炽灯显示系统，制做成大型电子钟表。因此，数字式电子钟用途非常广泛。

一、课程设计(综合实验)的目的与要求

设计一个具有如下功能的数字电子钟：

1． 基本功能

（1）能直接显示时、分、秒；

（2）能正确计时，小时采用二十四进制，分和秒采用60进制；

（3）有校时功能，手动调整时、分；

2．扩展功能

（1）能进行24小时整点报时，要求从59分50秒开始，每2秒钟响一声，共响5次；每响一次声音持续0.5秒。

（2）要求只在6--22点之间每整点报时，23--5点之间整点不报时；

（3）具有任意几点几分均可响铃的闹钟控制电路。响铃1分钟，可人为通过开关使响铃提前终止；

    

二、设计（实验）正文

数字电子钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数并通过数码管显示的计数电路，由于计数的起始时间与标准时间（如北京时间）不一致，故需要在电路上加一个校时电路。标准的1HZ时间信号必须准确稳定，可以使用555定时器设计1HZ的振荡电路。时间计数电路由秒计数器（个位，十位）、分计数器（个位，十位）电路构成，秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器均为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为24进制计数器。

1． 系统原理框图如下： 

2.1  分、秒计时器

分、秒计时器均为60进制计数器，当秒计时器接受到一个秒脉冲时，秒计数器个位开始从1计数到9，同时在个位计数产生进位时将进位接秒计数器的十位计数器CLK，此时秒显示器将显示00、01、02、...、59、00；每当秒计数器数到00时，就会产生一个脉冲输出送至分计时器，此时分计数器数值在原有基础上加1，其显示器将显示00、01、02、...、59、00，当分计数器产生进位时，将会在进位端产生高电平，进而触发电路，驱动蜂鸣器，起到整点报时的功能。

2.2 校时电路

  校时电路采用标准时钟频率作为输入信号，当需要进行校正时间时，按住校正自锁开关，分计数器对标准频率进行计数，当校正到正确时间时，松开校时开关，校时结束。

  

2.3 秒信号产生电路                                                               

  标准1HZ频率由555定时器产生，并可通过2K电位器调节输出频率，定时器的输出端接秒计数器和分计数器个位的CLK端口，分别用于计时和校正时间。

三、各部分功能及其具体实现方案

1．主体电路部分

（1）分、秒计时器

 

六十进制计数器

简单原理说明：60进制计数器是由两个10进制计数器：74LS160级联构成，然后利用同步置数的方法实现。

对于两种电路的设计，既运用到了同步置数，又利用了异步清零，两者协调好了，就可以灵活的工作了。

在总电路的左侧，有两个开关，可连接地或者电源，接地时，因为从这根线上有很多引出线介入各个元件的直接清零端，所以有使各个显示器为0的功用。

   

（2）校时电路

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。校正好后再将单刀双掷开关切换到正常的计时档位，校时结束。

原理图如下：

简要原理说明：

这个电路连接部分也实现了以上分，秒，时计数电路的连接。在59分或者59秒时，即01011001，里面一共有4个1.分别输入与门的四个输入端，也就是说，只有59时，与门的输出才为1，当单击空格键时，电路导通，经过一个非门与时电路连接，这样就顺利的在下降沿实现增长。所以经过一个59秒时，分钟增加一分钟，经过一个59分时，小时增加一小时。这样一个基本的数字电子钟就完成了。

当时间显示不准确时，脱离正常计数的组合电路，而连接上电源时钟脉冲。此时可按下空格键终止秒计数器，也可以不终止，按下1或2键可快速调节到自己想要的时间。因为按下后，他们就可以像秒计数器一样，每隔一定的时间就有一个下降沿可以让自己工作，也就很快就可以调到正确的显示时间。

（3）       信号产生电路

 (4)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，电路应在从整点开始的10秒钟内开始整点报时，报时电路报时控制信号。选蜂鸣器为电声器件。

实际电路图如下：

设计思路：当秒计数的十位为5，分计数的十位为5，个位为9，蜂鸣器工作。可以通过秒计数器的输出端控制蜂鸣器响铃的时间。

三、设计总结（心得体会）

我们学习了数字电子电路和模拟电子电路（上一学期），对电子技术有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西。通过这次数字电子钟的课程设计，我们才把学到的东西与实践相结合。从中对我们学的知识有了更进一步的理解。

这是一次综合性很强的实验，从最初的模型规划，到具体功能的实现，再到电路的连接，直至最后的电路调试，每一个环节都让我加深了对实际问题的思考，同时也让我动手能力有了很大的提高。

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。也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。设计本身并不是有很重要的意义，而是同学们对待问题时的态度和处理事情的能力。至于设计的成绩无须看的太过于重要，而是设计的过程，设计的思想和设计电路中的每一个环节，电路中各个部分的功能是如何实现的。各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点。同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。在这次设计过程中，我也对word、截图等软件有了更进一步的了解，这使我在以后的学习中更加得心应手。

首先，本次实验均能按照实验设计要求的各项功能完成，包括秒脉冲电路，时钟显示，校时电路，

整点报时电路，以及闹钟电路。完成的电路可以做到显示２４进制小时，六十进制分钟和六十进制秒钟。并能够在时间显示不准确的时候进行校时。有整点报时功能，并且在晚上２３点到第二天的五点报时关闭。此外还有任意时刻的闹钟功能。

其次，在设计过程当中，在选择芯片上面，我们同组的人会产生一些分歧，比如在选择六十进制和十进制的计数器中，我们选择了用74SL160，而他们则选择了74SL290，尽管不同但经过大家的调试均可以实现其应要的功能。

还有，任意时刻闹钟电路是最后做的一个环节，因为觉得电路连接有些复杂，当此部分接入主电路时，使整体显得较为凌乱，第一次给老师看过后，老师给出了指导意见，回去后在老师的指点下又改正和完善了电路图，明显的简化了电路结构，看来做什么都应该多思考，尽量化繁为简。

这次最大的收获就是学会了系统地去解决一个实际问题，学会了巧妙运用模块化的思想。在整个电路设计与实现中，最成功的地方就是有条理地将功能细化，分成一个一个小的功能来实现。每做好一个小功能实现的电路，就将其集成为一块具有此功能的芯片，这样，在之后的电路连接中就只要将这块芯片接入即可，最后就这样一级一级地将电路集成，最后生成的电子钟电路就只是一块芯片，只要加一些其他外部控制开关与显示电路就能实现此多功能电子钟的各功能。

在这个过程中，我更深刻地体会从分立元件到中小规模集成电路再到大规模集成电路的组成过程。同时也更加深入地了解了Multisim这一软件的更多的功能。更重要的是在此过程中，我学会了独立思考，遇到问题一步一步去研究与解决解决，对于电路出现的问题不急于拆线，而是一部分一部分地对其应有的功能进行调试，对问题进行各个击破。

总而言之，这次实验让我觉得受益匪浅，不再觉得学无所用。实验所解决的问题与生活紧密相连，从而将平时学书本上的理论与实践很好地结合起来，最终当做出成品时，有很大的成就感。

四、参考文献

【1】作者：李阎石《数字电子技术基础》 高等教育出版社 20##年第5版

【2】作者：童诗白 华成英，《模拟电子技术基础》 20##年1月第四版

20##年2月第1版

【3】作者：熊伟，侯传教《Multisim7电路设计及仿真应用》清华大学出版社

20##年7月第1版

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第二篇：数字电子钟

电子制作实训报告

题    目：    数字电子钟 

班    级：     09电信   

姓    名：     苏欣欣    

指导教师：     赵欣      

                         湖北轻工职业技术学院

完成日期：20##年 4月 16日

目录

第一章 概述 3

第二章 数字电子钟的电路原理 4

第三章 电路调试与制作 12

第四章 总结与体会 12

第五章 附录 13

第一章 概述

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。

虽然市场上已有现成的数字集成电路芯片出售，价格便宜，使用方便，这里所制作的数字电子可以随意设置时，分的输出，是数字电子中具有体积小、耗电省、计时准确、性能稳定、维护方便等优点。

设计目的

（1）加强对电子制作的认识，充分掌握和理解设计个部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、电路的焊接与调试等多项知识。

（2）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人与团队协作能力，并在实践中锻炼。

（3）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。

（4）提高实践动手能力。

第二章 数字电子钟的电路原理

数字电子钟的设计与制作主要包括：数码显示电路、计数器与校时电路、时基电路和闹铃报时电路四个部分。

1．数码显示电路

译码和数码显示电路是将数字钟的计时状态直观清晰地反映出来。显示器件选用FTTL-655SB双阴极显示屏组。在计数电路输出信号的驱动下，显示出清晰的数字符号。

2．计数器电路

LM8560是一种大规模时钟集成电路它与双阴极显示屏组可以制成数字钟钟控电路。

3．校时电路

数字钟电路由于秒信号的精确性和稳定性不可能做到完全准确无误，时基电路的误差会累积；又因外部环境对电路的影响，设计产品会产生走时误差的现象。所以，电路中就应该有校准时间功能的电路。通过手动调节按键，达到校准的目的。

4．定时报警电路

当调好定时间后并按下开关K1（白色键），显示屏右下方有红点指示，到定时时间有驱动信号经R3使VT1工作，即可定时报警输出。

芯片资料

LM8560是一种大规模时钟集成电路它与双阴极显示屏组可以制成数字钟钟控电路。作为时钟，它准确醒目；作为控制开关，它动作无误；在1小时59分钟或59分钟内，能任意暂停，使用十分方便。

仔细观察从0-9的每个数字并比较图1所示的笔段。内部电路参看图2, LM8560各脚功能，参看图3。

                    

内部电路参看图2：

图2-6

第1-14脚全部是笔段输出。第15脚是Vss引出端，接正电压。第20脚是VDD引出端，接负电压。第28脚为12小时制显示和24小时制显示选择端。采用24小时制显示，该脚应接于Vss，采用12小时制显示可悬空。本电路设计为看出每个数字实际是7段字划组成的图形中不同笔段的组合，每段笔划用一只发光二极管代替，分别用a,b,c,d,e,f,g表示。如果每段笔划中的发光二极管按一定规律发光时，就组成了一定的数字如b,c两段发光，则组成“1',a,b,c,d,g发光，则组成“3”,7划全发光，则组成数字“8",

把各段笔划上的发光二极管的阴极连于一点的光屏，叫单阴极显示屏;把各段笔划上的发光二极管的阴极按一定规律连在两点，这样的显示屏叫双阴极显示屏工LM8560采用双动态驱动电路，配用的显示屏是双阴极3专位LED数字显示屏。交流电经全波整流，加到双阴极显示屏上，每组字段就会交替导通发光，由于人们的视觉惯性，看到笔段上的划线是连续发光的，这样设计数字电路中的笔画就可以减少一半，简化了电路，降低了成本，双阴极显示屏笔段上的笔划是连续发光的。

这样设计, 数字电路中的笔段 12小时制显示，故第28脚悬空。第26脚为50HZ和60HZ选择，它通过第27脚为时钟电路提供了基准频率。若采用50Hz基准颇率，第26脚应接VSS, 50Hz信号由市电降压滤波整形后由第25脚引入。第27脚是RC输入端，当停电后，备用电源自动启用，由内部震荡提供基准频率，振荡频率为1/2πRC。第27脚外接RC，决定了内部振荡频率的准确性。停电后，除显示屏不显示之外，其它各功能均能保留。

第21脚为分位调整引出脚，第22脚为时位调整引出脚，分别用按钮联于Vss,这两个脚接通Vss分位、时位分别以每秒递增1的速度递进。这两个脚可以用来校时和预置报警时间及睡眠时间。

第19脚为报警显示输入端，第23脚为睡眠显示输入端。分别把这两脚接到Vss，可分别显示报警时间和睡眠时间，配合第21脚和第22脚的时间调整功能，可任意设定报警时间和睡眠时间，当实际时间和预置时间一致时，可从第16脚输出一个5mA的报警信号，驱动压电片发出报替声音，或整流滤波后驱动继电器控制其它电器工作。当睡眠时间逐分递减到零时，第17脚输出的睡眠输出电压跳到零，也可控制其它电器工作。这是数字钟最重要的用途。在1小时59分钟的报警时间内，如果第24脚接到Vss，可以有9分钟的报警暂停时间在1小时59分钟内，可任意启用报警暂停功能。

由于时钟电路为长时间运行电路，要求变压器功率不小于3W,质量较好的不易发热。所有整流二极管要求反向漏电要求，可用1N4001或其它同类二极管。

CD4060资料

CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。所有的计数器位均为主从触发器。在CP1(和CP0)的下降沿计数器以二进制进行计数。在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。

CD4060管脚图

图2-1

内部方框图CD4060

图2-2

4060BD典型振荡器连接：上图-RC振荡器 下图-晶体振荡器

原理分析

1  数字显示电子钟基本原理

数字显示电子钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，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，而为了能在睡眠时对人们进行提醒，还应加入一个定时报警电路。因此，一个基本的数字电子钟电路主要由“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、定式报警电路等组成。

电路原理图见下图：

IC1LM8560是50／60HZ的时基24小时专用数字钟集成电路，有28只管脚，1-14脚是显示笔画输出，15脚为正电源端，20脚为负电源端，27脚是内部振荡器RC输入端，16脚为报警输出。

T1为降压变压器，经桥式整流（VD6-VD9）及其滤波（C3、C4）后得到直流电，供主电路和显示屏工作。当交流电源停电时，备用电池通过VD5向电路供电。

IC2(CD4060)、JT、R2、C2构成50HZ的时基电路，CD4060内部包含14为二分频器和一个振荡器，电路简洁，30720HZ的信号经分频后，得到50HZ信号送到LM8560的25脚，并作出秒信号经YT2、VT3驱动显示屏的冒号闪动。

当调好定时间后并按下开关K1（白色键），显示屏右下方有红点指示，到定时时间有驱动信号经R3使VT1工作，即可定时报警输出。

在面板上从左到右，存在五个微动开关，分别是S4、S3、S2、S1调小时，S2调分钟，S3调时钟，S4调定时，K1定时报警开关（及闹铃开关）。

调时钟时，需按下S3的同时按下S1，即可调小时数；按下S3的同时按下S2可调分钟数。

调定时报警时，需下S4的时按下S1即可调闹钟的小时数，按下S4的同时按下S2可调事实上的闹铃数。

2  时基模块电路

其中网络标号CLOCK连接至LM8560的25管脚。整个电路的时钟信号由此电路输出，时间的运行也依靠此电路。由图看到CLOCK引脚是由Q9得到，则将30720HZ进行2分频，此时的13引脚输出=30720/521HZ=60HZ。而LM8560的26管脚接地，说明50/60赫兹选择端选择的是60HZ，得到60HZ的信号。

图3-1秒信号产生电路

3  数字钟集成电路（中心控制部分）与校时电路

本部分的功能是产生计数值由1-14管脚输出，并显示。S1、S2、S3、S4分别为调时、调分、调时间、调定时按键。15管脚通过二极管接到正电压上面，而16管脚则通过限流电阻接至报警电路，16管脚输出的是报警驱动信号。在双刀双掷开关K1按下时，显示屏27管脚接入高电平的同时蜂鸣器导通，通过三极管放大便可带动蜂鸣器，并且同步输出显示屏上面的alarm标志。调定时按键按下18、19管脚接入高电平，显示屏显示定时时间，高电平通过D1给S1和S2调定时，D1能阻止调时间按键S3按下时对18、19管脚的影响。这样就能分别调整时间和定时时间，精密无错。电路如下图：

图3-2校时电路

4  交流电源部分

电路需要直流供电，所以需要经过整流滤波电路得到稳定的直流电。整流桥为全波整流得到脉动的直流电，电容充放电滤波之后电压趋于稳定。变压器得到的为6V电压，提供给整个电路。当交流电断电时，由4节1.5V电池组成的6V电源继续供电，但显示屏只有交流电供给，所以此时的功耗较低，电池组只是保障走时的准确，再次上电时，时钟又会从准确的时刻走时。

图3-3电源电路

第三章 电路调试与制作

1.当接通电源时发现不能定时报警，我们的按键是轻触按键，发现加装外壳后，按键容易被外壳压下去。我们将按键引出口增大，排除故障。

2.焊接好元器件时，就通电源发现显示屏什么都没显示，经检查发现电路板上的4跟跳线没有连接，连接好后能够工作；

3.显示的时候，发现秒针即冒号没有闪动，检查电路是由于其中一根导线断了，排线很细，所以我们在焊接的时候要很小心，避免弄坏焊接。

第四章 总结与体会

心得体会

“电子电路的制作与调试”这个课程主要是将我们所学到的理论知识加以与用到实际中，切实的掌握理论知识，锻炼我们的动手能力和提高我们的创新意识，这次的课程设计让我收获了很多，是我认识到了所学的专业知识的实用性和重要性。

这次的课程设计为数字电子钟，让我更好的理解了时基电路，LM8560大规模集成电路的工作原理，及电路板的焊接，在焊接过程中要先焊矮器件和耐热器件，最后焊高器件和对热敏感的器件，焊接点要杜绝虚焊和短路，在调试过程中正确的利用万用表来调试电路的正确性。

    通过这次的课程设计让我认识到了我所学的理论知识还是远远不够的，在实际操作过程中还有些问题不能独立的去解决，所以我会在今后的学习过程中更加努力，学习自己的专业知识来更好的适应现在高速 发展的社会。

第五章 附录

电路原理图

实物图外观

  

元器件清单