数电课程设计电子钟说明书.docVIP

PAGE PAGE 8 1 前言 随着科学技术的发展和现代生产力的提高，各个行业都在追求精确和效率，而唯有精确的时钟才能反应出各行业技术的准度与精度。 无论什么行业都离不开钟表，而钟表的数字化给人们的生产和生活带来了极大的方便，它几乎取代了传统的机械时钟，使得其准确度更高、实用性更强。因此时钟的数字化使其功能更加丰富，使用更佳便利。 数字钟电路是一个典型的数字电路系统，其由时、分、秒计数器以及校时和显示电路组成。利用60进制和24进制递增计数器子电路构成的数字钟系统。在数字钟电路中由两个60进制同步递增计数器完成秒、分计数，由一个24进制同步递增计数器实现小时计数。 本设计就是运用所学集成电路的工作原理和使用方法，在单元电路的基础上进行小型数字系统设计的一个数字电子时钟，可完成0时00分00秒～23时59分59秒的计时功能，并在控制电路的作用下具有快速调整时间、显示时分秒和整点报时功能。 秒、分、时计数器之间采用同步级联方式。利用555多谐振荡器产生的秒脉冲，可以通过调节RP对时间进行校准，并可使用K1、K2、K3实现调整时间的功能。通过74HC161完成计时功能，再通过数码管来实现显示时间功能，最后用74LS00八输入与非门和由555定时器组成的多谐振荡器连接实现时钟整点报时功能。 设计时采用中小规模集成电路实现，主要培养分析问题解决问题的能力，提高设计电路，调试电路的实验技能。 2 方案比较 2.1 方案一 此方案数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路等组成。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555构成的振荡器加分频器来实现。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用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，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，可以实现一天24h的累计。译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过六位LED显示器显示出来。整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然后去触发音频发生器实现报时。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。其数字电子钟系统框图如下: 数 字 电 子 钟 系 统 框 图 2.2 方案二 此方案是由555定时器构成的多谐振荡器、时钟调整电路、计数器、数码显示器和时钟整点报时电路几部分组成，其方框图如图2.2所示。 它是通过555定时器构成的多谐振荡器来产生时钟脉冲，将这一时钟脉冲直接送入时、分、秒计数器中进行计数，而在对应的数码显示管上显示出时间。分和秒共同触发整点报时电路报时。 由555产生的时钟脉冲 由555产生的时钟脉冲 时、分、秒计 数 器 时显示器 时钟调 整 电 路 分显示器 秒显示器 整点报 时 图2.2　方案二方框图 2.3 方案论证与选择 虽然方案2相比方案1有很大的优势，但是迫于本次实验的学校所提供的条件，我们选择方案1。 3 单元模块电路方案设计 3.1晶体振荡器电路： 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。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高。振荡电路由石英晶体、微调电容、集成反相器等元件构成。门电路为反相器，前用于振荡，后用于缓冲整形。Rf为反馈电阻使反相器工作在放大状态。电容与晶振构成振荡电路，产生正弦波。整形后为方波。 如果精度要求不高也可以采用的由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。这里选用555构成的多谐振荡器，设振荡频率f0＝103Hz，电路参数如图所示。 3.2分频器电路： 由于数字钟晶体振荡器输出的频率较高，为了得到1HZ的频率，需对输出频率进行多次分频，以便得到较低的1HZ频率。由于各种分频集成块中，CD4060集成块的分频次数最高，而且包含电路所需要的非门，故综合比较之下选取CD4060构成晶体振荡器分频电路。 CD4046内部框图如下所示： 3.3 由74HC161构成的60进制递增计数器 由74HC161构成的60进制递增计数器电路如图3.4所示。它是由两个74HC161级联构成的，右边的74HC161为第一级，脉冲信号从该74HC161的CLK端输入，该74HC161就对输入的脉冲信号进行加计数，当Q3Q2Q1Q0=1010时，通过