基于单片机的数字电子钟设计.docx
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基于单片机的数字电子钟设计
〈〈微机接口技术〉〉课程设计报告
设计题:
数字电子钟设计
一、设计目的
课程设计是针对某一门课程的要求,对学生进行综合性的训练,培养学生运用课程中所学到的理论知识与实际相结合,独立解决问题的能力。
巩固,加强数字电子技术课程的理论知识,掌握电子电路的一般设计方法,了解电子产品的研制开发过程,提高电子电路实验技能及仪器的使用能力,掌握电子电路安装,调试及故障排除方法,学会怎样撰写课程设计总结报告,通过查阅文献资料,培养学生独立分析问题和解决问题的能力,培养学生的创新能力和创新思维,为以后从事电子电路设计,研发电子产品打下基础。
二、设计的任务及基本要求
数字电子钟是一块独立构成的时钟集成电路专用芯片,它集成了计数器,比较器,振荡器,译码器和驱动等电路,能直接驱动显示时、分、秒,具有定时,整点报时等功能,被广泛应用于自动化控制,智能化仪表等领域。
数字电子钟的原理方框图如图1所示,干电路系统由秒信号发生器,“时、分、秒”计数器,译码器,显示器,校时电路,整点报时电路组成。
要求:
1、显示时、分、秒。
2、具有校时功能,可以对小时和分单独校时,对分校对时停止向小时进位。
校时时钟源可以手动输入或借用电路中的时钟。
3、为了保证计时准确、稳定,由晶体振荡器提供标准时间的基准信号。
秒信号产生器是整个系统的时基信号,它直接决定计时系统的精度,一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。
将标准秒信号送入“秒计数器”,“秒计数器”采用60进制计数器,每累计60秒发出一个“分脉冲”信号,该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。
“分计数器”也采用60进制计数器,每累计60分钟,发出一个“时脉冲”信号,该信号将被送到“时计数器”。
“时计数器”采用24进制计数器,可实现对一天24小时的累计。
译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态用七段显示译码器译码,通过六个LED七段显示器显示出来。
校时电路用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的。
图1
三、单元电路设计与分析
1、信号发生器
图2
秒信号发生器是数字电子钟的核心部分,它的精度和稳定度直接决定了电子钟的质量,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:
电路中利用CC4060组成两部分电路。
一部分是14级分频器,其最高分频数为16384,另一部分是由外接电子表用石英晶体、电阻及电容构成振荡频率为32768HZ的振荡源。
振荡器输出级经14级分频后在输出端Q14上得到1/2S脉冲并送入由C180构成的二分频器,分频后在输出端Q1上得到秒基准脉冲。
检验电路是否工作,可测得CC4060的9脚有无振荡信号输出。
调整微调电容C1可校准振荡频率。
本电路中,14位二进制串行计数器/分频器和振荡器集成电路CC4060的输出端只有Q14端,剩余输出端可悬空。
CC4060极限值:
a、电源电压VDD:
-0.5V~+18V;
b、输出电压V1:
-0.5V~VDD+0.5V;
c、贮存温度范围TS:
-65℃~+150℃;
d、焊接温度(10秒)TL:
265℃。
2、秒信号产生电路:
图3
秒信号产生器为电子数字钟最基本的基石,本电路只用少量元器件,便可产生精确的秒脉冲,成本低廉。
如图3所示,以IC1为核心组成多谐振荡器,其反馈电路由RP1、R1和C1组成。
C1的充放电受IC1输出端的状态所控制。
当C1两端电压达到IC1的两个触发电平之一时,IC1输出翻转。
选择C1和R1的值使IC1输出10HZ脉冲,其精度可用RP1调节,再用IC2进行十分频,送出1HZ秒脉冲。
3、秒、分、时计数器设计
秒、分计数器为60进制,时计数器为24进制计数器。
这两种模数的计数器采用中规模集成块74LS161。
a、秒计数器
图4
如图4,采用两片74LS161并行方式连接构成此60进制计数器,作为秒数码管的输入端。
使能端ENP=ENT=1,因它总处于计数状态,U9为高位片,U12为低位片,U12的CLK输入由秒信号产生器提供。
当U12的由1001状态跳转为1010时,通过与非门给U9的CLK送脉冲,U9进行计数,此时U12清零端有效,立即执行由1010再变为0000,1010为瞬态,转瞬即逝,即数码管显示为9变为0。
当U9状态由0011变为0100时,变呈U12般变化,此时U9的清零端有效,立即执行由0100变为0000,0100变为瞬态,即数码管显示为5变为0。
当U9和U12的状态同时发生进位时给分计数器的时钟脉冲发下降沿信号。
图5
图6
图5、图6分别为U12和U9的循环状态图,由图可以非常直观地看出秒计数器的状态。
b、分计数器
与秒计数器非常相似,如图4、图5和图6,采用两片74LS161并行方式连接构成此60进制计数器,作为分数码管的输入端。
使能端ENP=ENT=1,因它总处于计数状态,U9为高位片,U12为低位片,唯一不同的是U12的CLK输入脉冲由秒计数器进位给予。
其余原理与秒计数器相同。
U9、U12同时发生进位时给时计数器的发出有效信号。
c、时计数器
图7
如图7,采用两片74LS161并行方式连接构成此24进制计数器,作为小时数码管的输入端。
U3为高位片,U6为低位片,U6时钟脉冲由分钟60进制计数器当两片74LS161同时进位时提供,当U3的QB为高电平且同时U6的QA、QB为高电平时,即为23点时,再次触发时钟脉冲时,通过与非门使清零端有效,进行清零。
图8
图9
图8、图9分别为U6和U3的循环状态图
四、整体电路设计
五、小结
通过几天的查阅资料和分析资料及对原理图的分析,收到了意想不到的效果。
这次微机接口的课程设计可获收获颇大,首先是更加清晰地认识了一些接口芯片的使用,同时也觉得以前接口的实验还是蛮简单,这一次算是系统地又复习了遍一些基础知识.其次因为对编程语言不是很熟悉,所以做起来就更加的困难。
自己也从中学到了不少东西,在这里我也对帮助过我的同学表示感谢,也非常感谢老师的指导!
参考文献:
1、康华光《电子技术基础(数字部分)》,高等教育出版社.北京市2000年
2、任致程《经典集成电路400例》,机械工业出版社
3、陈大钦,《电子技术基础实验》,华中理工大学电子教研室,高等教育出版社,2000年
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