数字电子钟设计

1、24时制数字电子钟设计 采用石英晶体振荡器产生固定频率的脉冲，经分频器分频后充当数字电子钟的秒脉 冲，分频器用14级二进制串行分频器 CD4060及双D触发器74LS74构成。选用集成十进 制异步计数器74LS90分别构成六进制、十进制和二十四进制计数器，来构成秒、分、时 计数器。选用BCD-7段译码器CD4511作为译码输出并将时、分、秒显示在 LED显示器上。 校时电路与报时电路主要由门电路构成，选用74LS系列集成电路。图1-1-2为数字电子 钟的系统框图。 图1-1-2数字电子钟系统框图 1.2系统设计 1Hz 图1-2-1-1 秒脉冲发生器电路 秒脉冲发生器是数字电子钟的核心部分，它

2、的精度和稳定度决定了数字电子钟的质 量。选用高精度和高稳定度的石英晶体振荡器发出脉冲，经过分频获得1Hz的秒脉冲。该 设计选用标称频率为32768Hz的石英晶振，通过15次二分频后获得1Hz的脉冲输出。电 路图如图1-2-1-1所示，74LS74的5脚输出1Hz秒脉冲。集成芯片CD4060是 14级二进制 串行分频器，其引脚图和内部结构图分别如图 1-2-1-2和图1-2-1-3所示。双D触发器 74LS74的引脚图如图1-2-1-4所示。 图 1-2-1-2 CD4060 引脚图 图 1-2-1-4 74LS74 引脚图 图1-2-1-3 CD4060 内部结构图 1.2.2 秒、分、时计数

3、器 利用6片集成十进制异步计数器74LS90分别构成2个六十进制和1个二十四进制计 数器，充当秒、分、时计数器。由于 74LS90本身带有置0和置9功能，因而不需外加门 电路即可实现清0功能。74LS90的引脚图和功能表如图1-2-2-1和表1-2-2所示。当Q0 和CLK1相连时，其功能为8421BCD码十进制计数器。当 MR1和MR2全为高电平时，计数器置0；当MS1和MS2全为 高电平时，计数器置 9。因此秒个位和分个位计数器直接 将74LS90的12脚与1脚相连构成，而秒十位和分十位由 74LS90构成六进制计数器，即将其9、8脚分别接2、3脚。 时计数器为二十四进制计数器，可将时个位

4、芯片的8脚接 时个位和时十位芯片的2脚，将时十位芯片的9脚接时个 位和时十位芯片的3脚构成。进位时，由于74LS90的时钟 14 MSI QO MS2 Ql Q2 MRl Q3 MR2 O CLK0 O CLK1 脉冲是下降沿触发的，可将低位计数器的输出最高位与高位计数器的时钟脉冲相连，当低 位计数器的输出最高位由高电平变为低电平时触发高位计数器计数，实现进位。秒、分、 时计数器分别如图 1-2-2-2、 图 1-2-2-3、 图 1-2-2-4 所示 图 1-2-2-1 74LS90 引脚图 12 11 RESETSET INPUTS OUTPUTS MRi MR MSs Qq Qq Qj

5、口3 r h H L X LLL L H H X L LLLL X X H H H LL H L X L X Gouni X L X L Gouni L X X L Count X L L X Count 表1-2-2 74LS90 功能表 H = HlfiH vmtagp Laval L = LOW Vbltage Laval X = Doo I Ga吧 COUNT OUTPUT o F Q2 0 L L L L 1 H L L L 2 L H L L 3 H H L L 4 L L H L 5 H L H L 6 L H H L 7 H H H L d L L L H 9 H L L H

6、接译码器 接译码器 图1-2-2-2秒计数器 接译码器 接译码器 图1-2-2-3分计数器 接译码器 接译码器 U3 74LS90N 2 1 U6 74LS90N AB RR RR 3 0 接分十位芯片8脚 图1-2-2-4时计数器 1.2.3 译码显示电路 g fGND a b 图 1-2-3-1 CD4511 引脚图 ed GNDch 图 1-2-3-2 LG5011 引脚图 译码是把给定的代码进行翻 译，将时、分、秒计数器输出的 四位二进制代码翻译为相应的十 进制数,并通过LED显示器显 示。在此，我们米用BCD-7段译码 器CD4511数字显示用共阴极半 导体数码管LG5011,其引脚

7、图分 别如图1-2-3-1、图1-2-3-2所示, 译码器CD451的功能表如表 1-2-3所示。限流电阻采用470Q 电阻，图1-2-3-3为CD451 与数码 管组成的秒译码显示电路，分译 码显示电路、时译码显示电路与 其相同。 RRRRR6749 4704401010470! Q U9 U3 90 23 RRRRR1RR56 70447044744 3, 5107 CI12 VCC 7 1 |2 6 5 4 3 7 1|2 6 5 4 3 5V 0 V CC a Q D OOOOOOG U6 4511BP 5V L I T ADDD EBT OOODOOG U12 4511BP 5V L

8、 I T ADDD EBT 图1-2-3-3 秒译码显示电路 表1-2-3 CD4511功能表 In puts Outputs LE bi LT D c B A a b c d e r 9 Display X X 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 B X 0 1 X X X X 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 :i 1 1 1 1 I 1 0 0 Q 1 1 a 0 0 1 0 1 1 0 0 0 a 1 a 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 I 0 1 2 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 3 G 1 1 D 1 0 0 0 1 1

9、0 0 1 i 4 0 1 1 D 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5 0 1 1 0 I 1 0 0 0 1 1 1 1 i 6 a I 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7 a 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8 a I I 1 0 1 I n 1 n n 1 1 u 1 1 1 u 1 0 0 u o u CJ u u a 1 1 1 0 1 1 0 0 a 0 0 0 a 1 1 1 1 0 0 0 0 a 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 a 1 1

10、 1 1 1 1 D 0 0 0 0 0 0 i 1 1 X X X X - 1.2.4校时电路 校时电路分秒校时、分校时和时校时电路，如图 1-2-4-1所示。开关J3、J4、J5分 图 1-2-4-274LS00 引 脚 图 别为秒校时、分校时和时校时开 关，J1为校时按键。当秒、分、 时校时开关拨到校时档时，每按 一下校时开关，相应数字增加 1 为了增加开关的稳定性，用异或 门组成了防抖开关，使用了集成 芯片74LS00,引脚图如图1-2-4-2 所示。 J1 R1 _AAA 10k|? U1 校时按键 ,_P_0_4j Key = Space 1A VCC 1B 4A 1Y 4B 2A

11、 4Y 2B 3A 2Y 3B GND 3Y 74LS00D R2 10k|? 接分十位 芯片8脚 Key = A 接时个位 芯片14脚 Key = B J2 接秒十位 芯片8脚 VCC 5V VCC 接秒脉冲 J3 Key = C 接分个位 芯片14脚 接秒个位 芯片14脚 图1-2-4-1 校时电路 1.2.5 系统电路 将秒脉冲发生电路、秒计数器、分计数器、时计数器、译码显示电路和校时电路分 别进行仿真，并组成数字电子钟系统电路图，如图 1-2-5所示 0 3 TI TL I B LE DD CD BD AD DD CD BD AD 6 9 0 1 1 1 BO 5 AO GcU V I

12、 B FO _ LE EO DO CO BO AO I5 1 a VK01 V-0 /c GcU V FO TL I B LE EO p DO B CO T BO 1 AO 4 DD CD BD AD R4 Wv vW； wC wC gcU V FO _ EO p DO B CO 1 U 11 2 21 RM 11 .01 SR 0 7 8 9 DQ CQ BQ AQ 29R 19R 20R 10R 3O 4O 5O 6O 7O 8O 9O 1 1O 2 1O 3 1O CTC CTR in 51_ BNI *十一 29R 19R 20R 10R BNI ANI DQ CQ BQ AQ 07

13、U 29R 19R $ 20R CQ f S BQ ! t BNI ! AQ 7 ANI . 4_ 6- 图1-2-5数字电子钟系统电路图 2制作与调试 2.1 主要仪器和仪表 制作过程中主要用到的仪器为示波器和函数发生器，仪表为万用表。示波器用于显示 秒脉冲发生电路的输出和计数器的输出，但是由于该示波器只有CH1和CH2两个通道，在 观察计数器输出时需分多次观察。函数发生器提供1Hz的脉冲波用于检测秒、分、时计数 器电路的性能。万用表用于测试数码管的引脚分布，测电阻值、电容值，测试部分引脚电 压等。 2.2 制作与调试过程中的故障及排除 开始我们使用的是面包板，且直接连接了系统电路后进行调试

14、，结果失败了。检查确 定连线无误后，我们对各单元电路进行检查，还是失败了。后来，我们发现面包板的许多 管脚没有连通，且导线有断开现象，于是改焊电路板。 焊电路板时，我们对单元电路进行逐个焊接并调试。调试秒计数器电路时，发现在连 线无误且秒脉冲发生电路正常工作的情况下计数器仍然无法正常工作，经检查发现芯片损 坏。由于焊了芯片插座，更换芯片方便快捷。重新更换芯片后，电路正常工作。其他单元 电路的制作与调试过程较顺利，整个数字电子钟系统也正常工作。 2.3 电路性能测试 秒脉冲发生电路能输出较稳定的1Hz脉冲，秒计数电路与分计数电路均能较好地实现 六十进制计数，时计数电路实现二十四进制计数，译码显示电路也正常工作。接通电源后 数字电子钟自动