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数字电子技术课程设计报告

题目：数字钟的设计与制作

学年：03/04学年学期：第二学期

专业：通信班级：通信022

学号：姓名：张慧慧

指导教师及职称：钱裕禄

讲师

时间：2004年6月28日—2004年7月7日

浙江万里学院电子信息学院

数字电子技术课程设计报告

一、设计目的

数字钟是一种用数字电路技术实现时、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，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

数字钟从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，我们此次设计与制做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、设计要求

（1）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。

（2）设计要求

①画出电路原理图（或仿真电路图）；

②元器件及参数选择；

③电路仿真与调试；

④PCB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、原理框图

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。

（a）数字钟组成框图

2．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。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非门构成的电路，本次设计采用了后一种。如图（b）所示，由ＣＭ

ＯＳ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Ｒ为非门提供偏置，使电路工

１

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Ｃ、Ｃ与晶体构成一

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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。

（b）

CMOS晶体振荡器（仿真电路）

3．时间记数电路

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。本次设计中选择74HC390。由其内部逻辑

框图可知，其为双2-5-10异步计数器，并每

一计数器均有一个异步清零端（高电平有效）。

秒个位计数单元为１０进制计数

器，无需进制转换，只需将Ｑ与ＣＰ（下降

ＡＢ

沿