重庆邮电大学 数字电子钟

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1、数字电子钟数字电子钟（以下简称数字钟）是用数字集成电路做成的现代计时器，与传统的机械钟相比，它具有走时准确（用高稳定度石英晶体振荡器作时钟源）、显示直观（用液晶或荧光七段数码管显示器）、无机械传动装置等优点，因而广泛用于车站、码头、机场等公共场所。在控制系统中，也常用作定时器时钟源。本课题是数字电路中计数（分频）、译码、显示及时钟脉冲振荡器等组合逻辑电路、时序逻辑电路和脉冲产生电路的综合应用。一、数字钟的设计要求1．基本功能要求（1）设计一个能显示时、分、秒的数字钟，显示时间从00:00:00到23:59:59；（2）设计的电路包括产生时基信号，时

2、、分、秒的计时电路，显示电路。2．扩展功能（1）能实现校时、校分、校秒；（2）整点报时。二、数字钟的基本工作原理数字钟的原理框图如图1所示，它由振荡器、分频器、计秒电路、计分电路、计时电路、译码显示电路等组成。工作时，石英晶体振荡器产生频率稳定的脉冲信号，经过若干次分频，得到秒脉冲信号，并送计秒电路；当秒计数器计满60秒时，输出秒进位信号，送计分电路；当分计数器计满60分时，输出分进位信号，送计时电路；当时计数器计满24小时后，时、分、秒计数器同时自动复0，又开始新的一天计时。三、主体电路的设计主体电路是由功能部件或单元电路组成的。在设计这些电路或

3、选择部件时，尽量选用同类型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成电路或都采用CMOS集成电路。整个系统所用的器件种类尽可能少。下面介绍各功能部件或电路的设计。图1数字钟的原理框图图2晶体振荡器逻辑图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度决定了数字钟计时的准确程度，所以通常选用石英晶体来构成振荡器电路。如图2所示。这里采用集成逻辑门、电阻R和石英晶体组成的时钟源振荡器，晶振频率可以根据实际情况选择，如选用频率为2MHz的晶体。2．分频器分频器的功能主要有两个：一是产生标准的秒脉冲；二是提供功能扩展电路所需要的信号。如振荡器产生的脉

4、冲信号频率为2MHz，则可采用2×106分频获得标准秒脉冲。如图3所示，可选用74LS73（双JK触发器）完成二分频，采用三片74LS390（2-5-10异步计数器）完成106分频。图32MHz分频逻辑框图3．时、分、秒计数器分和秒计数器都是模M=60的计数器，其计数规律为00，01，02…09，10…58，59。个位是十进制计数，十位是六进制计数。小时计数器是模M=24的计数，其计数规律为00，01，02…09，10…22，23。4．译码显示电路译码显示电路的作用是将时、分、秒计数器输出的4位2进制代码翻译，并显示出相应的十进制数的状态，通常译码

5、器与显示器是配套使用的，如果选择共阴的发光二极管数码显示器BS201/BS202，则译码驱动器应选配74LS48，它们之间的连接如图4所示。图4译码显示器逻辑框图四、扩展电路的设计1．校时电路当接通电源或数字钟走时出现误差时，都需要校正时间。对校时电路的要求应是，在进行小时校正时不影响分和秒计数器的正常计数。图5所示电路是实现时、分、秒校准的参考电路。该电路由6个与非门和3个开关组成。校时信号从分频器的不同输出端引出，一般采用秒脉冲校时和分，用周期为0.5秒的信号校秒。当数字钟正常工作时，开关K1，K2闭合，K3接门G5输入端，门G1，G2，G4关

6、闭，门G3开启，秒脉冲通过门G3加至秒计数器个位。图5校时电路当进行“时”校准时，K1断开、K2闭合、K3接门G5输入端，秒脉冲通过门G1送入“时”计数器个位，实现快速计数，一旦“时”校准后，即闭合K1，以切断秒信号与“时”计数器的直接联系。当进行“分”校准时，K2断开、K1闭合、K3接门G5输入端，其工作过程与“时”校准相同。当进行“秒”校准时，开关K1，K2闭合，K3接门G6输入端，门G4开启，0.5s脉冲通过门G4，G3，使“秒”计数器计数速度提高一倍，实现“秒”校时，当“秒”校准后，开关K3接门G5输入端，数字钟即按校准后的时间工作。门G5

7、，G6组成R—S触发器，是为了防止开关抖动。2．整点报时电路整点报时电路要求在每个整点发出音响。因此，需要对每个整点进行时间译码，以其输出控制音响电路，其逻辑图如图6所示。图6整点报时电路若要在每一整点发出5低音1高音报时，可对59′50″～59′59″进行时间译码。从表1相应的计数器状态看出：59分时，a=QC4QA4QD3QA3=1；50秒时，b=QC2QA2=1；秒个位为0，2，4，6，8时，QA1=0,C=A1=1,则Z1=abc=QC4QA4QD3QA3QC2QA2A1仅在59′50″，59′52″，59′54″，59′56″，59′58

8、″时等于“1”，故可用Z1作五次低音控制信号。当计数器计到59′59″时，a=QC4QA4QD3QA3=1，d=QC2QA