数电电子时钟设计报告资料

1、电子技术课程设计数字电子时钟学 院：计算机学院专业：电子信息科学技术成员：姚俊 2012142219曹勤 2012142216指导教师 ：陈明一、题目要求:设计 要求：个能校准时、分的数字电子时钟，（1）时钟的 时”分”、秒”要求各用两位显示；（2）显示采用六只LED数码管分别显示时分秒;（3）时间的小时、分钟可手动调整；（4）采用+5V电源供电。、设计原理1、由石英晶体多谐振荡器或555定时器和分频器产生1HZ标准秒脉冲。2、“秒”、“分”电路均为00 59的六十进制计数、译码、数码管显示电路;3、“时电路”为 00 23的二十四进制计数、译码、显示电路；4、由与非门控制电路来校正“时”、“

2、分”电路。（图 2.1）E7490NKey =7490N1U77408NG_BDUHEX_DG_BLUEU12U13G_BLUE£7490NKey = Spacem门J14 '408NU19U20G_BD_HEX_DIG_BLUE37490NKey = Space74LS08DU21A7408N三、设计思路根据题目，我们可以分析出：数字电子钟是由多块数字集成电路构成的， 其中有 振荡器，分频器，校时电路，计数器，译码器和显示器六部分组成。振荡器和分 频器组成标准秒信号发生器，不同进制的计数器产生计数，译码器和显示器进行 显示，通过校时电路实现对时，分的校准。1. 秒脉冲发生信

3、号：振荡器又包括由集成电路555与RC组成的多谐振荡器，用石英晶体构成的振 荡器，两种方案如下图所示：（1）由555定时器与RC构成的多谐振荡器，由频率计算公式可知：T=0.7 （RJ+2R） C（公式1）R3为可调电位器，调节R3可使输出的频率为1khz。电路如下图所示:（图 产生的通道¥5,000 V时间338,179 ms通道A比例 |5 V/Div通道B500 us/Div"比洌 |5 V/Div（图X位置|o”位置|oVTT加载：B/A曙|AC 0 |dc AC 0 DC-TZ-T13.2)（图 3.3）综上所述，一般来说，振荡器的频率越高，计时的精度就越高。因为

4、本电路对精 度没有较高的要求，因此，我们选用由集成电路 555与RC组成的多谐振荡器2、分频电路（1）利用74IS90来实现分频，74LS90为中规模TTL集成计数器，可实现二分频、五分频和十分频等功能，它由一个二进制计数器和一个五进制计数器构成。电路图如下所示VCC（图3.4）以上的两个 7490N构成了 25分频电路将三个74IS90级联即可实现10 10 10=1000分频。其中脉冲发生信号从第 一个74ls90的14端口进入，从最后的计数器11端口输出的即为1hz的方波信号。（2）也可利用十进制计数74160来分频，或者是二进制计数器 74IS161来 分频，原理都是把计数器利用反馈清

5、零或反馈置数接成十进制，然后级联即可。3、计时电路模块： 将其分为“时”，“分”，“秒”三个分模块，然后将其级联起来便可达到要求。电路图如下:（1） “时”模块：U120VCC5V3J4Key = A7490N1SPSTU7 7408NuHex_dig_blue7490NVCC(3.5)利用74ls08与门反馈均接到两个计数器的置零端 R0!、R02 , 74IS90为同步清 零，则应74ls08接成“24”来实现二十四进制。（2） “分”模块：BLUEGDLHEX_DIG_BLUE27U104544397490NU1143-4-7490NU14 7408N42J3Key = Space(3.

6、6)同样利用74ls08同步清零法来实现六十进制。(3) 同分钟一样的方法来实现“秒”模块。5、校正电路模块数字钟启动后，每当数字钟显示与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。 校“秒”时，采用等待校时。校“分”、“时”的原理比较简单，采用加速校时。对校时电路的要求是：1) 在小时校正时不影响分钟和秒的正常计数。2) 在分校正时不影响秒和小时的正常计数。工作情况为：不校正时，J1和J2都闭合，正常计时。校正时位时，J2断开，J3往下打，输入快速脉冲自动校时；校正分位时，J1断开，J3上打，输入快速脉冲自动校时。校正秒位时，J9往左打，输入快速脉冲自动校时。6、报时模块根据要求，报时时间为第

7、50、52、54、56、58、00秒，因此首先将分钟的100110010000100059与秒钟50、52、54、56、58相与(信号1)，秒钟个位连接参照卡洛图如下:从卡诺图可得出，要是输出的0,2,4,6,8为有效信号，L=A ' D' +B' C' D' =(A+D) ' +(B+C+D)连接如全图所示。然后再让时针的进位信号与 L相或，记得到标准蜂 鸣器电路输入信号(NPN基极信号)。四. 总体方案本电路是以555定时器组成多谐振荡器作为频率发生器，多谐振荡器产生 1000HZ的振荡波，经过分频器分频，分解成1HZ的脉冲波，随后经过秒计数

8、器， 秒计时器是60进制计数器，当计数器计数到60时产生进位脉冲，到分计数器。 分计数器也是60进制计数器，当分计数器计数到60时，再次产生更高一级的进 位脉冲，脉冲送到时计数器，实现了分向时的进位。当需要进行校时时，打开对应的开关，进行对应位置上的校时，此时计数进 位脉冲无效。而计数器的工作是通过外接时钟脉冲 CP的作用下，秒的个位加法计 数器开始记数，通过译码器和数码显示管显示数字即计数器。当经过10个脉冲信号后，秒个位计数器完成一次循环，秒十位计数器的 CP与秒个位计数器的CP 同步,秒十位开始计数，秒十位计数器工作 1次，通过译码器和数码显示管，秒 十位数字加1。当经过60个脉冲信号，

9、秒部分电路完成一个周期，分钟个位计 数器的CP通过秒十位计数器的Q2Q1与非得到脉冲，分钟个位计数器工作一次， 通过译码器和数码显示管，分钟的个位数字加 1。分部分的工作方式与秒部分电 路完全相同。当经过3600个脉冲信号，分钟部分电路完成一个周期，小时个位 计数器的CF通过分十位计数器的Q2Q与非得到脉冲，小时个位计数器工作一次， 通过译码器和数码显示管，小时的个位数字加1。当小时个位部分完成一个周期， 小时十位计数器的CP与小时个位计数器的CP同步,小时十位开始计数，小时十 位计数器工作1次，通过译码器和数码显示管，小时的十位数字加 1。当小时十 位部分计数到2同时小时的个位部分计数到4，

10、小时个位计数器的清零端和十位 计数器的清零端通过小时个位计数器的 Q2和小时十位计数器的Q1与非得到信 号，小时部分清零，从而完成了 1次24小时计时。五. 具体实现由图我们可以看出，振荡器产生的信号经过分频器作为产生秒脉冲，秒脉冲送 入计数器，计数结果经过“时”、“分”、“秒”，译码器，显示器显示时间。其中振荡器和分频器组成标准秒脉冲信号发生器，由不同进制的计数器，译码器和显示电路组成计时系统。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的计数器， 译码器，显示器构成； 校时

11、电路实现对时，分的校准。六. 各部分定性说明以及定量计算1.振荡器秒发生电路-振荡器是计时器的核心，振荡器的稳定度和频率的精确度决定了 计时器的准确度。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度就越高，但耗电量将 越大。所以，在设计电路时要根据需要而设计出最佳电路。在此设计中，我采用的是精度不高的，由集成电路555与RC组成的多谐振荡器。 555定时器是一个模拟与数字混合型的集成电路。 555定时器是一种应用极为广 泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以 构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。目前生产的定时器有双极型和 CMOS?种类

12、型，其型号分别有NE555或5G555) 和C7555等多种。它们的结构及工作原理基本相同。 通常，双极型定时器具有较 大的驱动能力，而CMOS!时器具有低功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为 516V,最大负载电流可达200mA CMO定时器电源电压范围为318V,最大 负载电流在4mA以下。（图 4.1 ）左面图 是555定时器内部 组成框图。它主要由两个高 精度电压比较器C1、C2,- 个RS触发器，一个放电三极 管和三个5KQ电阻的分压 器而构成。它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

13、8脚：外接电源VCC双极型时基电路 VCC的范围是4.516V，CMO型时基电 路VCC的范围为318V。一般用5V。3脚：输出端Vo2脚：低触发端6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端。当 端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“ 0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压， 当该端不用时，应将该端串入一只 0.01卩F电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。 在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器 A1、A2基准电压分别为 的情况下，其功能如下表：输入in输

14、出outUi1Ui2RDUoVTD任意任意00导通>%Vcc>%Vcc10导通<%Vcc<%Vcc11截止<%Vcc>%Vcc1不变不变（表 4.1 ）由图1可知，接通电源后，电容 C1被充电，vC上升，当vC上升到大于2/3VCC 时，触发器被复位，放电管T导通，此时v0为低电平，电容C1通过R2和T放 电，使vC下降。当vC下降到小于1/3VCC时，触发器被置位，v0翻转为高电平。 电容器C1放电结束；当C1放电结束时，T截止，VCC将通过R1、R2向电容器 C1充电；当vC上升到2/3VCC时，触发器又被复位发生翻转，如此周而复始， 在输出端就得到一个

15、周期性的方波，其周期为：T=0.7 （ R1+2R；） - C。本设计中，由电路图可知 R1和C的值，然后再根据调节 R2的值可使得T=1s。2.分频器分频器的功能主要有两个：一个是产生标准秒脉冲信号；二是提供功能扩展电路 所需要的信号，如仿电台报时用的1kHz的高音频信号和500Hz的低音频信号等。要得到标准的秒信号，就需要对所IMPUTA NC Q» Qq GUO Qg Qc本设计中，由于振荡器产生的信号频率太咼, 得的信号进行分频。这里所采用的分频 电路是由3个总规模计数器74LS90来构 成的3级1/10分频。74LS90的引脚图及其功能图如下图所示：74ls90引脚图：（图

16、 4.2 ）74ls90真值表：（表4.2）WPUT ROTH RSX2J HCR9H)只9 惟 IB输入量输出量R01R02R91R92Q3Q2Q1Q01101000011100000不定不定111001至少一个为0至少一个为0计数十分频时：输入接A, B与Qa相连，从QD输出；五分频时：输入接A，B与Qa相连，从Qc输出；二分频时：输入接A，B与Qa相连，从Qb输出。（注：一般芯片的NC引脚在应用中必须悬空，不允许接任何外围。因为NC脚, 可能是悬空的脚，也可能是用于测试的脚。）3、计数器本设计所采用的是十进制计数器 74SL90,根据时分秒各个部分的的不同功能， 设计成不同进制的计数器。

17、秒的个位，需要 10进制计数器，十位需6进制计数 器（计数到59时清零并进位），秒部分设计与分钟的设计完全相同；时部分的 设计为当时钟计数到24时，使计数器的小时部分清零，从而实现整体循环计时 的功能。计数部分：利用74LS90芯片和74LS08芯片组成的计数器，它们采用异步连接， 利用外接标准1Hz脉冲信号进行计数。显示部分：将六片74LS90的Q0Q1Q2Q脚分别接到CD4511上的输入上，根据脉 冲的个数显示时间。秒信号经过计数器之后分别得到显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要 求，计时电路共分三部分：计秒、计分和计时。其中，计秒和计分都是 60进制， 而计时为24进制，可以采用两

18、个十进制计数器 74LS90实现24进制、60进制计 数器。（1）六十进制计数由分频器来的秒脉冲信号，首先送到“秒”计数器进行累加计数，秒计数器应完 成一分钟之内秒数目的累加，并达到 60秒时产生一个进位信号，所以，选用 2 片74LS160和一片74LS00组成六十进制计数器，采用反馈归零的方法来实现六 十进制计数。其中，“秒”十位是六进制，“秒”个位是十进制。秒的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成60进制计数器， 当计数到59时清零并重新开始计数。个位实现10进制计数和进位功能，秒的十 位在计数至0110时由与非门反馈清零实现6进制。注：分钟电路设计与秒电路完全相同。（2）二十四进制计数器：选用2片74LS90和一片74LS08组成24进制计数器，采用反馈归零的方法来实 现24进制计数。当十位为0010且个位为0100