多功能数字时钟的设计(2013版)

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1、数字电子技术实训---多功能数字时钟的设计20多功能数字时钟的设计一、设计任务书1、设计题目：多功能数字时钟的设计2、设计要求：（1）用数码管显示时、分、秒；（2）能快速校准时、分；二、设计思想及参考电路1、设计思想数字钟一般由振荡分频器、计数器、译码显示器、校准电路等四部分组成，这些都是数字电路中应用最广的基本电路。石英晶体振荡器产生的32768HZ时标信号送到15分频器，分频电路将时标信号分成1HZ的信号，即“秒”信号。“秒”信号送入计数器进行计数，并将累计的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“秒”的显示

2、由两级计数器和译码器组成的六十进制计数器电路来实现；“分”的计数与译码显示电路与“秒”电路相同；“时”的显示由两级计数器和译码显示器组成二十四进制电路来实现，所有的计时结果由6位数码管来显示。数字时钟参考逻辑电路如图1所示。图1数字时钟参考电路原理图2、振荡分频电路秒脉冲（1HZ）振荡器是数字时钟的核心，用它产生标准频率信号，再由分频器分成“秒”时间脉冲。晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768HZ（215=32768HZ）的信号，通过2015次二分频后可获得1Hz的脉冲输出。振荡分频电路的原理图如图2所

3、示，它是由石英晶体、14位二进制计数器CD4060和双BCD同步加计数器CC4518等元件组成。图2晶体振荡分频电路在数字电路中，分频器用于较高频率的时钟进行分频操作，得到较低频率的信号，工作原理是计数，一般采用多级2进制计数器来实现，本次设计是运用了CD4060分频器进行分频，CD4060计数为14级2进制计数器，可以将32768Hz的信号进行14级2分频为2Hz，再通过CC4518组成的一级2分频后可得到1HZ的“秒”脉冲信号，也就是1S。14位二进制计数器CD4060的引脚排列图如图3所示。CD4060由一振荡器

4、和14级二进制串行计数器位组成，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CD4060典型振荡器连接如图4所示。图314位二进制计数器CD4060引脚排列图以及引脚说明图4CD4060典型振荡器连接图CC4518是双BCD同步加计数器，引脚图和功能表如图5所示。该芯片内部包含两个相互独立的计数器单元，CC4518的输出端波形如图6所示。20图5CC4518引脚排列图和功能表图6CC4518的输出端波形图从图6可以看出，如果单独观察各个输出端的计数结果，Q1、Q2、Q3、Q4的分频系数

5、分别为2、5、10、10。例如，当时钟信号的频率为100HZ时，则Q1、Q2、Q3、Q4的频率分别为50HZ、20HZ、10HZ、10HZ。CC4518为双BCD加计数器，该器件由两个相同的同步4级计数器组成。计数器级为D型触发器。具有内部可交换CP和EN线，用于在时钟上升沿或下降沿加计数。在单个单元运算中，EN输入保持高电平，且在CP上升沿进位。CR线为高电平时，计数器清零。计数器在脉动模式可级联，通过将Q3连接至下一计数器的EN输入端可实现级联。同时后者的CP输入保持低电平。3、计数器在本设计中我们采用CC4518

6、分别构成六十进制计数器和二十四进制计数器。（1）六十进制计数器。六十进制计数器的电路形式很多，一般都是由一级十进制计数器和一级六进制计数器组成。用两块中规模集成芯片74HC160按“反馈清零法”串接而成的“秒”计数器的十位和个位如图7(a)所示，输出脉冲除用于自身“清零”外，同时还作为“分”计数器的输入信号。在图7(b)中，1HZ的“秒”脉冲信号送到CC4518的个位计数器的CP端，个位计数器便对CP信号计数，计1次为1s。当计数到10s时，QD（即Q3）在CP的作用下产生正跳变沿，请注意：“QD的上升沿是不能作向十位

7、进位的脉冲的，只有其下降沿才是满十进一的进位信号。正确的接法是将个位上的QD（即Q3）接‘十位’上的EN（即使能端），‘十位’上的CP接GND（地），而个位用CP端或EN端接1HZ的输入信号均可。”20(a)用两片74HC160构成六十进制计数器(b)用一片CC4518构成六十进制计数器图7六十进制计数器（2）二十四进制计数器。用2片74HC160构成的二十四进制小时计数器如图8(a)所示，用一片CC4518构成的二十四进制小时计数器如图8(b)所示。(a)用两片74HC160构成的二十四进制计数器(b)用一片CC45

8、18构成的二十四进制计数器图8二十四进制计数器4、译码和显示电路图9计数器、译码器与显示电路间的连结示意图译码电路采用专用的译码器CD4511，其功能是将“时”、“分”、“秒”计数器中的计数状态（8421BCD码）翻译成七段数码管能显示的十进制数所要显示的电信号，然后经数码显示，将数字显示出来。译码、显示电路与计数器间的连结示意图