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电子技术课程设计多功能数

字时钟

电子技术课程设计

数字钟的设计

一、设计任务与要求

1.能直接显示“时”、“分”、“秒”十进制数字的石英数字钟。

2.可以24小时制或12小时制。

3.具有校时功能。可以对小时和分单独校时，对分校时的时候，停止分向小时

进位。校时时钟源可以手动输入或借用电路中的时钟。

4.整点能自动报时，要求报时声响四低一高，最后一响为整点。

5.走时精度高于普通机械时钟（误差不超过1s/d）。

二、方案设计与认证

1、课题分析

数字时钟一般由6个部分组成，其中振荡器和分频器组成标准的秒信号发生

器，由不同进制的计数器，译码器和显示器组成计时系统。秒信号送入计数器进

行计数，把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示出来。“时”显

示由二十四进制计数器、译码器和显示器构成，“分”、“秒”显示分别由六十进

制计数器、译码器构成。其原理框图如图1所示。

时显分显秒显

时译分译秒译整点报

时计分计秒计

校时分振

图1

2、方案认证

（1）振荡器

振荡器是计时器的核心，主要用来产生时间标准信号，也叫时基信号。数字

钟的精度，主要取决于时间标准信号的频率及稳定度。振荡器的频率越高，计时

的精度就越高，但耗电量将增大。一般采用石英晶体振荡器经过分频后得到这一

信号，也可采用由555定时器构成的多谐振荡器作为时间标准信号。

（2）分频器

振荡器产生的时基信号通常频率都很高，要使它变成能用来计时的“秒”信

号，需由分频器来完成。分频器的级数和每级的分频次数要根据时基频率来定。

例如，目前石英电子钟多采用32768Hz的标准信号，将此信号经过15级二分频

即可得到周期为1s的“秒”信号。也可选用其他频率的时基信号，确定好分频

次数后再选择合适的集成电路。

（3）计数器

数字钟的“秒”、“分”信号产生电路都由六十进制计数器构成，“时”信号产

生电路由二十四进制计数器构成。“秒”和“分”计数器用两块十进制计数器来

实现是很容易的，它们的个位为十进制，十位为六进制，这样，符合人们通常计

数习惯。“时”计数也可以用两块十进制计数器实现，只是做成二十四进制。上

述计数器均可用反馈清零法来实现。

（4）译码显示电路

因本设计选用的计数器全部采用二－十进制集成块，因而计数器的译码显示

均采用BCD－七段显示译码器，显示器采用共阴极或共阳极的七段显示数码管。

（5）校时电路

在刚开机接通电源或计时出现误差时，都需要对时间进行校正。校“时”电

路的基本原理是将周期为0.5s的脉冲信号直接引进“时”计数器，同时将“分”

计数器置零，让“时”计数器快速计数，在“时”的指示达到需要的数字后，切

断0.5s的脉冲信号。

（6）整点报时电路

数字钟整点报时是最基本的功能之一。此电路要求每当“分”和“秒”计数

器计到59分50秒时，便自动驱动音响电路，在10s内自动发出5次鸣叫声。要

求每隔1s叫一次，每次持续时间为1s，共响5次，并且前四次为低音，最后一

当按下开关S2至“校分”位置时，和“校时”的原理一样，将0.5s的脉冲

信号直接送入“分”计数器的CP端的“秒”计数器的置0端，使“分”指示快

A

速计数，同时将“秒”计数器置0。“分”校准后，放开开关S2.

“秒”校准控制着一个RS触发器（实际电路可用双D触发器74LS74集成块

中的一个D触发器来实现RS的功能）的状态。当S3处于正常位置时，触发器置

“1”，Q/端输出低电平，关闭门8，