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,一、 设计题目 多功能数字电子钟 二、 设计目的 1、掌握数字电路中计数、分频、译码、显示及时钟脉冲振荡器等组合逻辑电路与 时序逻辑电路的综合应用。 2、掌握多功能数字钟电路设计方法、装调技术及数字钟的扩展应用。 三、 设计内容及要求 1、 基本要求 准确计时,以数字形式显示时、分、秒的时间; 小时以 24 进制,分和秒都为 60 进制; 具有校时电路 2、 设计数字钟的整体电路并画出电路图 3、 组装、调试单元电路及整体电路 四、 设计过程 1、 查阅资料,以了解数字钟电路的基本原理并画出原理框图 数字钟电路系统主要由振荡器、分频器、计时电路、译码显示电路与校时电路五大部分 组成,其中计时电路即为时间的计时,校时电路主要是在时间不准确时调节时间到准确的时 间点上。因此,可将电路系统分为以下的模块(图 1)。,显示器,显示器显示器,译码驱动,译码驱动,译码驱动,24 进制计数器,60 进制计数器,60 进制计数器,校时电路,校时电路,振荡器,分频器,分频器,图 1 数字电子钟原理 由以上的模块图可知,本电路主要由振荡器和分频器产生 1HZ(即 1 秒)的秒脉冲,用 秒脉冲驱动计数器开始计时。因为每分钟 60 秒,每小时 60 分钟,所以应该有 24 进制的“时 计数器”、60 进制的“分计数器”、60 进制的“秒计数器”。当“秒计数器”计数到 59 后, 下一个脉冲一到“分计数器”就进 1,“分计数器”计数到 59 后,再来一个脉冲“时计数器” 就进 1。秒计数器的输出经译码、显示时钟秒。分计数器的输出经译码、显示时钟分。时计,1/ 6,数器的输出经译码、显示时钟时。因每天有 24 小时,当计数到 23:59:59 时,再来一个脉 冲后,就显示 00:00:00。 60 进制计数器 其中,“秒”和“分”的计数器都是 60 进制计数器,由一级十进制计数器和一级六进制 计数器级联组成。十进制计数器的复位方法我们平常已经熟悉了(即用 74LS90 组成:其中 R0(1)=R0(2)=R1(1)=R1(2)=0),6 进制计数器的复位方法是:当 CP 输入端输入第六个脉冲时, 它的四个触发器输出的状态为“0110”,这时 QbQc 均为高电平“1”。将它们相“与”(用两 级“与非”门,保证复位信号为高电平)后,送到计数器的清除端 Cr,使计数器复“0”, 从而实现 60 进制计数。原理图见图 2。,反 相 器,与 非 门,脉冲,图 260 进制计数器 24 进制计数器 24 进制计数器由两级十进制计数器级联、“与非门”和“非门”共同组成。原理为:当 “时”计数器个位输入端CP 脉冲到来第十个触发脉冲时,“时”的个位计数器复“0”,并 向“时”的十位进位,在第 24 个触发脉冲到来时,“时”的个位计数器的四级触发器状态为 “0100”,而“时”的十位计数器的状态为“0010”,这时“时”的个位计数器的 Qc 和“时” 的十位计数器的 Qb 输出为“1”,把它们相“与”经两级反相器反相后,送到“时”计数器 的清除端 Cr,使计数器复“0”。使计数器复“0”。从而实现了 24 进制计数。原理图见图 3。,Qb,Qc Cr,cp,Q Cr,cp,Qc Cr,反 相 器,与 非 门,Qb Cr,脉冲,2/ 6,图 324 进制计数器 2、 设计数字钟电路系统的各个单元电路,1)振荡器 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,故本实验中选用石英晶体振荡器来构成振荡器电路。一般来说,振荡器的频率越高, 计时精度越高,但耗电量增大。本振荡器采用 CD4060,CD4060 内部有一个振荡器和214 的分频器,晶体振荡器采用 32768HZ,经分频后从 CD4060 的 3 脚输出频率为 2HZ 的信 号,再经 74LS74 组成的 2 分频器,输出 1HZ 的时钟秒脉冲。电路见图 4。,图 4振荡器及分频器 分频器 分频器的功能:产生标准秒脉冲信号。利用 74LS74 能再次进行二分频,将 2HZ 分为 1HZ, 送进电子钟电路。如图 4 所见。 时分秒计数器 计数器采用 74LS90(如图 5)来组成,根据前面所述的 60 进制、24 进制计数器的构造 原理,可以构成时分秒计数器。 74LS90:R01 和 R02 是清零端,当R01=R02=1 时,计数器清零;R91 和R92 是置 9 端, 当 R91=R92=1 时,计数器置 9.,图 574LS90,3/ 6,译码显示电路 采用 74LS47 驱动数码显示管进行当前时间的显示。 校时电路 当数字电子钟接通电源或者计时出现误差时,均需要校正时间,校时电路是数字钟的基 本功能。对校时电路的基本要求:在进行小时校正时不影响分和秒的正常计数,同理, 在进行分校时时不影响秒的正常计数。校正时间的方式有“快校时”和“慢校时”两种, 其中“快校时”是通过校时开关的控制,使校时脉冲进入校时电路,则计数器对校时脉 冲进行计数,当计到需要校正的时间时,再使计数器转入正常计数。“慢校时”是用单 脉冲发生器的输出作校时脉冲,通过校时开关的控制,每触发一次输出一个单脉冲,则 计数器加 1,当计到需要校正的时间时,再使计数器转入正常计数。由此可见,两种校 时方式的电路基本相同,不同的是校时脉冲的产生与控制方式有所区别。校时电路如图 6 所示。,图 6校时电路,4/ 6,图 6 中是由与非门构成的组合逻辑电路,开关 S1 或 S2 为“0”或“1”时,可能会产生 抖动,必要时还应将其改为抖动开关电路。 校时开关的功能表(见表 1),上图为时钟的每个时刻(12:57) 本电路还可以实现校时,即按动校时开关来进行校时,如:校时到 12:,表 1校时开关功能表 3、 连接整个系统并上机仿真 在 MULTISIM 软件上,将整个电路连接完整,并仿真。 4、 组装电路并调试出结果 在面包板上搭建电路,并进行调试。 注:因考虑到面包板上的面积有限,故在搭建电路时只是搭建了时与分的部分;另外, 因为一分钟 60 秒,速度很慢,不易于观察。故将分看成秒,时看成分。所以,在搭建过程 中涉及到 24 进制和 60 进制。 五、 搭建电路所需的器材统计 七段显示管 4 个,驱动管 74LS47 四个,74LS90 四个,74LS08(与门)一个,74LS00(与非 门)2 个,CD4060 一个,74LS74(二分频)一个,100 欧电阻四个,1 兆电阻 1 个,1K 电阻 一个,3.3K 电阻 2 个,LED 灯一支,56PF 电容两个,32768HZ 晶体振荡器一个。 六、 实物搭建显示结果,5/ 6,七、 调试过程中的问题查找及更正 本次电路搭建过程中,并不是像想象中那么一帆风顺。在电路搭建完成通电检验时发现了两 个问题: 1、时计数器能够计数到三十几,这显然与设计不符。这说明当时计数器计数到 23 时,只要脉冲再来,该计数器并不清零,即计数器没有达到 24 进制的要求。 把焦点集中在时计数器的连接上,发现电路搭建时有一条线错了,重新改接 后,再通电发现这个问题已经解决。 2、分计数器不能进位:于是就重点检查分计数器,第一次并没有发现任何错误。 所以,我再次分析电路原理,还是没有发现错误。到这个时候,我已经是筋 疲力尽了,也没有办法再排错了。所以,我选择休息一会儿,在开始检查电 路连接。果然,还真的是电路搭建出现了问题。因为,本次实验中用到了一 片 74LS08,它是四个与门组成的一个芯片。在搭建电路的过程中我只用第三 四个与门,并没有用到其余两个与门,但是我在连接校时电路的分进位脉冲 时,却用第一二个与门。故分计数器不能照常进位。 八、 实验总结 1、 在搭建电路中一定要细心,切不可心急。当遇到只用某一芯片的其中一些门时, 一定要小心,不要一会儿使用这个门,一会儿使用那个门。在具体的电路中, 应该要弄清楚到底需要几个门。 2、 电路的搭建要清楚,连线应尽量避免混乱。 3、 本次实验加深了我对计数器使用的熟悉,加深了我对振荡器和分频器的了解及 使用,加深了我对校时电路的理解。总之,这次实验我收获了很多。,6/ 6,
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