设计数字电子钟Word文档下载推荐.docx
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（1）训练综合运用所学《数字电子技术基础》课程的基础知识；
（2）熟悉集成电路的使用方法和各种芯片的功能，掌握数字钟的设计。
（3）学习和使用EWB仿真技术，独立完整的设计一定功能的电子电路，以及仿真的调试的能力。
二、简要说明
数字钟电路是一块独立构成的时钟集成电路专用芯片。
它集成了计数器、比较器、振荡器、译码器和驱动器等电路，能直接驱动显示时、分、秒、日、月，具有定时、报警等多种功能，被广泛应用于自动化控制、智能化仪表等领域。
数字电子钟的电路组成方框图如图1所示。
6
图1
数数字电子钟由石英晶体振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器，校时电路，六十进制秒、分计数器及24进制计时器，以及秒、分、时的译码显示部分等组成。
三、设计要求
1.小组集中查找资料，讨论，确定设计方案；
2.根据选定方案确定实现设计要求的基本电路和扩展电路，画出电路原理图（或仿真电路图）；
3.根据经济原则选择元器件及参数；
4..小组进行电路焊接、调试、测试电路性能，撰写整理设计说明书。
四、数字电子钟基本原理
1、秒脉冲发生器设计
石英晶体振荡器的作用是产生一个标准频率信号，然后再由分频器分成时间秒脉冲，振荡器振荡的进度与稳定度，决定计时器的精度和质量。
2、计数器设计
秒、分、时、日分别为60、60、24和7进制计数器。
秒、分均为六十进制,即显示00—59秒，它们的个位为十进制，十位为六进制。
时为二十四进制计数器,显示为00—23,个位仍为十进制，但当十进位计到2,而个位计到4时清零，就为二十四进制了。
这种计数器的设计可采用异步反馈置零法，先按二进制计数级联起来构成计数器，当计数状态达到所需的模值后，经门电路译码、反馈，产生“复位”脉冲将计数器清零，然后重新开始进行下一循环。
周的显示为“日、1、2、3、4、5、6”，所以设计成七进制计数器。
（1）、60进制计数
秒计数器由秒个位计数器JSl和秒十位计数器JS2组成。
JSl组成十进制计数，JS2组成六进制计数。
十进制计数用反馈归零法设计，用CD4510（四位十进制计数器）来设计。
六进制计数的反馈方法是当CP输入第六个脉冲时，输出状态“Q3Q2QlQ0=0110”，用与门将Q2Ql取出，送到计数器CR清零端，使计数器归零，从而实现六进制计数。
如果采用CD4516（四位二进制计数器）来设计60进制计数器，那么必须考虑个位十进制计数的清零，请同学们自己考虑。
（2）、24进制计数
当个位计数状态为“Q3Q2QlQ0=0100”十位计数状态为“Q3Q2QlQ0=0010”时,即24时，通过把个位Q2，十位Q1相与后的信号送到个位、十位清零端CR,使计数器复零，从而实现24进制计数。
（3）、7进制计数器。
一周为7天，可根据译码显示器状态表设计电路，根据60进制电路和24进制电路设计思路进行设计。
（4）、译码和显示电路
译码是把给定的代码进行翻译，变成相应的状态。
用来驱动LED七段码的译码器，常用的是CD4511（CC45l1），它是四位线七段码（带驱动）的中规模集成电路。
CD4511管脚图查有关资料。
（5）、校正电路
图2-6所示的校时电路由CMOS电路和四只开关（Kl—K4）组成，分别实现对日、时、分、秒的校准。
开关选择有“正常”和“校时”两挡。
校“日”、“时”、“分”的原理比较简单，当开关打在“校时”状态，秒脉冲时进入个位计数器，实现校对功能。
校“秒”时，送入2Hz（0.5s）信号，可方便快速校对。
图中与非门电路可采用CD401l实现。
图校正电路
五、数字电子钟工作原理
1.晶体振荡器电路
采用频率fs＝32768Hz的石英晶体。
D1、D2是反相器，D1用于振荡，D2用于缓冲整形。
Rf为反馈电阻（10~100MΩ），反馈电阻的作用是为CMOS反相器提供偏置，使其工作在放大状态。
C1是频率微调电容，改变C1可对振荡器频率作微量调整，C1一般取5~35pF。
C2是温度特性校正用的电容，一般取20~405pF，电容C1、C2与晶体共同构成Ⅱ型网络，完成对振荡器频率的控制，并提供必要的1800相移。
最后输出fs=32768Hz
图振荡电路
2.分频器电路
将32768Hz脉冲信号输入到CD4060（内部结构如图4－4）组成的脉冲振荡的14位二进制计数器，所以从最后一级Q14输出的脉冲信号频率为：
32768/214=32768/16384=2Hz如图6。
再经过二次分频，得到1Hz的标准信号脉冲，即分频器电路图。
图CD4060内部结构
3.时间计数单元
秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后，分别得到“秒”个位、十位、“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时输出信号，然后送至译码显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。
“秒”和“分”计数器应为六十进制，而“时”计数器应为二十四进制。
采用10进制计数器74LS90来实现时间计数单元的计数功能，其为双2-5-10异步计数器，并且每一计数器均有异步清零端（高电平有效）。
1）“分”、“秒”六十进制计数器
选用两块74SL290采用异步清零的方法完成60进制。
以“秒”计数为例：
计秒时，将秒个位计数单元的QA与ＣＰB（下降沿有效）相连，将74SL161连接成10进制计数器，ＣＰA（下降沿有效）与１ＨZ秒输入信号相连，QD可作为向上的进位信号与十位计数单元的ＣＰA相连。
秒十位计数单元为６进制计数器，需要进制转换。
将１０进制计数器转换为６（0110）进制计数器，当十位计数器计到QDQCQBQA为0110时，同时对秒的个位和十位进行清0，另外QC可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的ＣＰA相连。
其具体连接图如图ＣＰA相连。
其具体连接图如图
图六十进制计数器
4.译码显示
译码显示电路是将计数器输出的8421BCD码译成数码管显示所需要的高低电平，我们采用阴极七段数码管，引脚如图11。
其则译码电路就应选接与它配套的共阴极七段数码驱动器。
译码显示电路可采用CD4511BC-7段译码驱动器，其芯片引脚如图12。
译码器A、B、C、D与十进制计数器的四个输出端相连接，a、b、c、d、e、f、g.h即为驱动七段数码显示器的信号。
根据A、B、C、D所得的计数信号，数码管显示的相对应的字型。
其具体电路图如图。
图阴极七段数码管
芯片CD4511BC-7段译码驱动器引脚
图译码显示电路
5.调校电路
调校电路我们用三个单刀开关就可以实现。
当我们进行调校星期、时或分时，可以把2Hz的脉冲信号通过单刀开关引到星期、时或分的1CP端。
6.电源电路
本电路要求用220V的交流电供电。
而我们的数字钟电路需要的是3~18V的直流稳定电压，一般在5V左右。
这就要求我们设计一个直流稳压电源，使输入为220V的交流电，输出为5V左右的直流稳定电压。
220V的交流电网电压u1经过变压器变成整流电路要求的交流电压u2,其中整流电路是由四个二极管组成的桥式电路。
u2经过整流电路输出的恒定直流分量U=0.9U2,然后通过一个电容进行滤波。
虚线框内是三端固定式集成稳压器7806输出固定电压的典型电路图，电路中接入电容C2、C3用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰，C4是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的高频干扰。
D为保护二极管，当输入端短路时，给输出电容器C4一个放电通路，防止C4两端电压作用于调整管的be结，造成调整管be结击穿而损坏。
经过稳压后，可在1、2端我们可得到5.3V的稳定电压，1端送到译码电路作为电源。
2端送到其他电路作为电源。
其中电容C5作为停电时用的备用电源，经计算（室温T=25℃时，记时部分工作总平均电流为IDD（Typ）=0.24μA（CD4060为0.04μA，CD4013B为0.02μA，CD4518为4*0.04μA，CC4081为0.01μA，CC4073为0.01μA），且各芯片最低工作电压为3V，所以充电电容在没电的时候充当电源，供记时部分工作，它的电压变化范围
△U=5.3-3V=2.3V，则其储存电荷量Q=C*△U=2.3C，则停电可提供记时电路正常工作时间T=Q/IDD（Typ）=2.3C/（0.24*10-6μA）=9583333.333s≈2662.037h；
记时部分工作最大总电流为VDD（MAX）=26.5μA（CD4060为5μA，CD4013B为1μA，CD4518为4*5μA，CD4081为0.25μA，CC4073为0.25μA），则TMIN=Q/IDD（Typ）=2.3C/（26.5*10-6μA）=86792.453s≈24.109h。
）它最少可维持24小时。
停电时译码器断电，停止工作，数码管就停止显示，这样可减少电容C5的开支，使它能够维持24小时的供电。
如果在停电时想看时间，可以使开关S通路，连通2端，使2端为译码电路供电。
7.整点报时电路
如果在将到整点时，我们要使在离整点差10秒时，每隔1秒钟鸣一次，每次持续时间为1秒，即当时间达到xx时59分50秒时蜂鸣器开始响第一次，并持续一秒钟，然后停鸣一秒，这样响五次。
在59分50秒到59分59秒之间，只有秒的个位计数，分的十位QDQCQBQA输出0101,个位QDQCQBQA输出1001，秒的十位QDQCQBQA输出0101均不变，而秒的个位QA计数过程中输出在0和1之间转。
所以可以利用与非门的相与功能，把分十位的QC、QA,分个位的QD、QA，秒十位的QC、QA和秒个位的QA相“与非”作为控制信号控制与非门的开断，从而控制蜂鸣器的响和停。
如图
图整点报时电路
六、数字钟设计电路图
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