数字计时器课程设计

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1、引言钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大的扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些都是以钟表数字化为基础的。因此研究数字钟及扩大应用，有着非常现实的意义。1指标要求要想构成数字钟，首先应有一个能自动产生稳定的标准时间脉冲信号的信号源。还需要有一个使高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号的分频器电路，即频率为1HZ的“秒脉冲”信号。经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数。由于计时的规律是：60秒=1分，60分=

2、1小时，24小时=1天，这就需要分别设计60进制，24进制，（或12进制的计时器，并发出驱动AM；PM的标志信号）。各计数器输出的信号经译码器/驱动器送到数字显示器对应的笔划段，使得“时”、“分”、“秒”得以数字显示。值得注意的是：任何数字计时器都有误，因此应考虑校准时间电路，校时电路一般采用自动快调和手动调整，“自动快调”是利用分频器输出的不同频率脉冲使得显示时间自动迅速的得到调整。“手动调整”是利用手动的节拍调整显示时间。1.1主要技术指标和要求（1）显示时、分、秒，采用24小时制。（2）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

3、时进位。校时时钟源可以手动输入或借用电路中的时钟。（3）为了保证计时准确、稳定，由晶体振荡器提供标准时间的基准信号。（4）24小时误差不高于60秒。2设计与计算2.1设计方案介绍数字时钟是用数字集成电路构成，用数码显示的一种现代化计数器，由振荡器、分频器、校时电路、计数器、译码器和显示器6个部分组成。振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，不同进制的计数器、译码器组成和显示器组成计时系统，通过校时电路实现对时、分的校准。由于采用纯数字硬件设计制作，与传统机械表相比，具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等特点。基本原理的逻辑框图如图所示，由图知：石英晶体振荡器

4、产生的信号经过分频器作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”16译码器显示时间。其中，石英晶体振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，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”的数字显示出来，“时”显示由二十四进制计数器、译码器、显示器构成，“分”、“秒”显示分别由六十进制计数器、译码器、显示器构成。图2.1数字电子钟的逻辑图2.2数字计时器单元电路的设计2.2.1石英晶体振荡器石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。它还具有压电效应，在晶体某

5、一方向加一电场，则在与此垂直的方向产生机械振动，有了机械振动就会在相应的垂直面上产生电场，从而使机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限制时，才达到最后的稳定，这种压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。如图所示：R1为反馈电阻，取10-100兆欧，其作用是为CMOS反相器提供偏置，使其工作在放大状态，C1为频率微调电容，取5-30pF，C2为温度特性校正电容，一般取20-50pF，石英晶体采用32768HZ晶振，要得到1HZ的脉冲，则需要经过15级二分频器完成。图2.2.1石英晶体振荡电路162.2.2分频器由于石英振荡器产生的频率

6、很高，要得到秒脉冲，需要用分频器电路。石英晶体振荡分频电路如图所示：图2.2.2石英晶体振荡分频电路CD4060是14位二进制计数器，它内部有14级二分频器，CIN(11脚)为输入引脚，Q14（3脚）为输出引脚，由于CD4060只能实现14级分频，所以在其后面再加上一级二分频的双D触发器CD4013，从而得到1HZ的秒脉冲。2.2.3校时电路当数字时钟与实际时间不符时，需要根据标准时间校正。校时电路如图所示：该电路能对时、分、秒分别校准。原理如下：其中CP0为秒计时脉冲，CP1为分计时脉冲，CP2为时计时脉冲。当校“秒”时，将开关S1闭合，此时门电路A9被

7、封锁，1HZ信号的脉冲不能进入到“秒计数器”中，此时暂停秒计时，如果数字钟与标准时间一致，断开S1，数字钟秒显示与标准时间秒计时同步进行，“秒”位校时完。当校“分”时，将开关S2闭合，由于A7、A8输出为高电平，秒十位的进位就不能通过A6、A7向分计时器CP1进位，此时1HZ脉冲信号按秒节奏计数，如果分计数器的显示与标准时间一致，断开S1，与非门A5被封锁，此时秒十位的进位信号通过A6、A7向CP1进位，“分”位校时完。校“时”与校“分”同理。16图2.2.3校时电路图2.2.4计数器显示“时”、“分”、“秒”需要6片中规模计数器。其中，“秒”、“分”计时

8、各为六十进制计数器，“时”计时为二十四进制计数器，六十进制和二十四