数字钟的设计和组装.doc

实训训项目9 数字钟的设计与组装 一、实 训 目 的 ① 熟 悉 数 字 钟 的 基 本 组 成 和 各 部 分 的 工 作 原 理 。 ② 掌 握 数 字 电 路 系 统 的 设 计 方 法 及 装 调 技 术 。 ③ 了 解 有 关 集 成 电 路 的 功 能 和 使 用 方 法 。 ④ 画 出 数 字 钟 逻 辑 框 图 和 各 分 图 ， 写 出 电 路 原 理 和 装 调 分 析 。 二、项目要求 设 计 并 制 作 一 台 能 显 示 时 、 分 、 秒 的 数 字 钟 ， 具 体 要 求 如 下 ： ① 字 钟 的 计 时 范 围 为 24h. ② 显 示 器 件 采 用 LED 七 段 数 码 管 ， 实 现 对 “ 时 ” 、 “ 分 ” 、 “ 秒 ” 的 六 位 显 示 ， 并 具 有 自动 复 位 功 能 。 ③ 准 确 计 时 。 ④ 用 石 英 晶 体 振 荡 器 产 生 时 标 信 号 。 ⑤ 在 数 字 电 路 实 验 箱 上 ， 按 照 “ 分 块 搭 接 、 逐 级 测 试 ” 的 原 则 搭 接 电 路 ， 并 进 行 测 试 、调 较 。 ⑥ 通 过 观 察 显 示 电 路 的 工 作 情 况 ， 确 定 计 时 误 差 。 三、实 训 原 理 数 字 钟 电 路 系 统 由 石 英 晶 体 振 荡 器 、 分 频 器 、 计 数 器 、 译 码 器 、 显 示 器 及 校 时 电 路 组成 ， 数 字 钟 系 统 组 成 框 图 如 实 训 图 9-1 所 示 。 石 英 晶 体 振 荡 器 产 生 稳 定 的 高 频 脉 冲 信 号 ， 作 为 数 字 钟 的 时 间 基 准 ， 再 经 分 频 器 输 出 标准 秒 脉 冲 。 有 了 秒 脉 冲 信 号 ， 根 据 60s 为 lmin, 60min 为 1h, 24h 为 1 天 的 进 制 ， 分 别 设 计“ 秒 ” （ 六 十 进 制 ） 、 “ 分 ” （ 六 十 进 制 ） 、 “ 时 ” （ 二 十 四 进 制 ） 计 数 器 。 计 数 器 输 出 经 译 码 驱 动 器 送 LED 数 码 管 显 示 器 ， 显 示 时 间 。 (1) 石 英 晶 体 振 荡 器 的 设 计 振 荡 器 是 数 字 钟 的 核 心 ， 其 作 用 是 产 生 一 个 标 准振 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 电 路 。 一般 来 说 ， 晶 振 频 率 越 高 ， 计 时 精 确 度 就 越 高 。 振 荡 器 由 石 英 晶 体 、 微 调 电 容 、 反 向 器 构 成（ 见 实 训 图 9-2) 。 图 中 Rf 为 反 馈 电 阻 ， 电 阻 值 为lOMΩ 左 右 ， 其 作 用 是 为 CMOS 反 向 器 提 供 偏 量 。电 容 器 C2是 频 率 微 调 电 容 ， 取 值 为 3 ～30pF, C 2是温 度 校 正 用 电 容 ， 一 般 取 值 为 20～50Pf。非 门 起 整形 作 用 。 目 前 ， 常 取 石 英 晶 振 的 频 率 为 32768Hz, 经15 级 分 频 可 得 1Hz 秒 脉 冲 时 基 信 号 。 也 可 用 8MHz 晶 振 ， 然 后 经 过 74LS93 的8分 频 、74LS390 的 10 分 频 、 两 个 74LS390 的 １ 时 分 频 就 可 得 到 l Hz 的 秒 脉 冲 时 基 信 号 。 (2) 分 频 器 的 设 计 由 于 石 英 晶 体 振 荡 器 产 生 的 信 号 频 率 很 高 ， 要 得 到 秒 脉 冲 ， 需 要 分 频 电 路 进 行 分 频 ， 所以 分 频 器 的 功 能 主 要 是 产 生 标 准 秒 脉 冲 时 基 信 号 。 将 晶 振 频 率 为 32768Hz 的 信 号 分 频 为 秒 脉 冲 ， 可 选 CD4060 十 四 位 串 行 计 数 器 ／ 振 荡 器来 实 现 分 频 和 振 荡 的 功 能 ， 但 由 于 CD4060 只 能 实 现 14 级 分 频 ， 所 以 还 必 须 外 加 一 级 2 分频 ， 可 用 CD4013 双 D 触 发 器 或 74LS74 双 D 触 发 器 来 实 现 ， 这 样 就 构 成 了 秒 脉 冲 信 号 发 生器 ， 其 电 路 如 实 训 图 9-3 所 示 。 实 训 图 9-4 为 CD4060 集 成 块 引 线 端 子 图 ， 实 训 图 9-5 为CD4013 集 成 块 引 线 端 子 图 。 (3) 计 数 器