数字钟设计报告——数字电路实验报告.doc

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1、数字钟设计报告数字电路实验报告专业: 工程技术系 班级: 电信 0901班姓名:_学号 :_数字钟的设计目录TOC o “1-5” h z 一、前言 3二、设计目的 3三、设计任务 3四、设计方案 3五、数字钟电路设计原理 4（一）设计步骤 4（二）数字钟的构成 4（三）数字钟的工作原理 5六、总结 9七、附录 10一、前言 数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置，以其显示的直观 性、走时准确稳定而受到人们的欢迎，广泛用于个人家庭、车站、码头、办公室等公 共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便，已成为人们日常生活 中不可少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶

2、体与 555 振荡器的广泛应用， 使得数字钟的精度远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极人的方 便，而目大大地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、通断动力设备、以及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，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实 的意义。二、设计目的掌握数字钟的设计方法。熟悉集成电路的使用方法。通过实训学会数字系统的设计方法；通过实训学习元器件的选择及集成电路手册查询方法；通过实训掌握电子电路调试及故障排除方法；熟悉数字实验箱的使用方法。三、设计任务 设计一个可以显示时、分、秒的数字钟。

3、要求：1、24 小时为一个计数周期；2、具有校时功能；3、具有整点报时功能；4、主要采用中小规模集成电路完成设计；5、电电压 +5V。四、设计方案 一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、 “时” ，“分”，“ 秒”计数器和定 时器组成。干电路系统由秒信号发生器、 “时、分、秒、 ”计数器、译码器及显示器、 电路组成。首先构成一个由32768Hz的石英晶体振荡器和由CD4060构成的分频器构成的产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲，由74LS161采用清零法分别组成六十进制的秒计数器、六十进制分计数器、二十四进制时计数器和七进制的周计数器。使用由32768Hz的石英晶体振荡器和由CD4060构成的分频

4、器构成的产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲，把秒计数器地进位输出作为分计数器的CP脉冲，分计数器的进位输出作为时计数器的CP脉冲，时计数器的进位输出作为周计数器的CP脉冲。使用74LS48为驱动器，BS201A数码管作为显示器。五、数字钟电路设计原理（一）设计步骤1、设计一个精准的秒脉冲产生电路；2、设计60进制、24进制计数器；3、设计译码显示电路；4、设计校时电路；5、设计整点报时电路。（二）数字钟的构成数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时 标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使

5、用石英晶体振荡器电路构成数字钟。下图为数字钟的构成框图。译码器7nr时计数器叙_分计数器仪_B0译码器7nr时计数器叙_分计数器仪_B0译码器仪1 A'Zi秒计数器尸T1.石英晶体振荡器石英晶体本身并非振荡器，它只有借助于有激励和无电抗网络方可产生振荡。晶体的频率（基频或n次谐波频率）及其温度特性在很大程度上取决于其切割取向。振荡器是数字钟的核心，石英晶体振荡器的特点是振荡的频率准确，电路结构简 单，频率易于调整。石英晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768H z的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使 用了晶体振荡器电路。

6、分频器在数字电路中，分频器是一种可以进行频率变换的电路，其输入、输出信号是频率不同的脉冲序列。输入、输出信号频率的比值称为分频比。例如，2分频器的输出TOC o “1-5” h z 11信号频率是输入信号频率的丄，8分频器的输出信号频率是输入信号频率的-。28分频器电路将32768H z的高频方波信号经 32768 （ 215 ）次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。计数器在数字钟电路中，时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数 器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位 计数器为60进制计数器，而根据设计要求，

7、时个位和时十位计数器为24进制计数器，周计数器为7进制计数器。有了时间标准“秒”信号后，就可以根据“ 60秒为1分”、“60分为1小时”、“24小时为1天”、“ 7天为1周”的计数周期，分别组成。将这些 计数器适当连接，就可以实现“秒”、“分”、“时”、“周”的计时功能。译码器要将“秒”、“分”、“时”、“周”的状态显示成清晰的数字符号，就需要将计数器 的状态经译码器进行译码，并通过显示器将其显示出来。译码驱动电路将计数器输出 的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的 工作电流。数码管数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提

8、供的为 LED数码管。（三）数字钟的工作原理本次课程设计中采用 CD4060来构成分频电路。CD4060在数字集成电路中可实 现的分频次数最高，而且 CD4060还包含振荡电路所需的非门，使用更为方便。CD4060计数器为14级2进制计数器，可以将3 2 7 6 8 H z的信号分频为2H z,其内部框图如图所示，从图中可以看出，CD4060的时钟输入端两个串接的非门，因此可以直接实现振荡和分频的功能。CDJ06C内部结构图寻到1Hz的秒信号，可以将2Hz的信号输入到2分频电路中,本次课程设计采用 74LS74D触发器作为2分频电路，从输出端可得到1HzCDJ06C内部结构图寻到1Hz的秒信号

9、，可以将2Hz的信号输入到2分频电路中,本次课程设计采用 74LS74D触发器作为2分频电路，从输出端可得到1Hz的秒脉冲。74LS741032768Hz 22M 0CD406G Q14R129悬空秒脉冲电路如上图所示。如上图所示，电路由14级二进制串行计数器 CC4060和晶体、电阻及电容构成。CC4060内部所含的门电路和外接元件构成振荡频率为32768Hz的振荡器。经计数器作14级分频后得到频率为 1Hz（周期为1s）的脉冲。计数器电路a.六十进制计数。秒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。下图所示是用两块中规模集成电路74LS161按反馈置零法串接而成。秒计数器的十位和个位，输出脉冲除用作自身清零外，同时还作为“分”计数器的输入信号。分 计数器电路与秒计数器相同。第 6 页 共 6 页