1、 电子技术课程设计 数字数字钟钟设计设计 院（系）名称 信息工程学院 专 业 班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 年月日 数字钟设计 摘 要 数字钟是用数字集成电路构成的、用数码显示的、具有实现时、分、秒数字 显示的计时装置。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的使用，使得数字 钟的精度与传统机械表相比， 具有走时准确、 显示直观、 无机械传动装置等特点。 因而广泛应用于车站、码头、机场、商店等公共场所。在控制系统中，也常用来 作定时控制的时钟源。 数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路， 其中包括了组合逻辑电路和时序 电路。数字钟的设计方法有许多种,例如,可用中小规模集成电路组成
2、电子钟；也 可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟； 还 可以利用单片机来实现电子钟等等。本课题采用中小规模集成电路制作，需要振 荡器、分频器、计算器、显示器等电路，所用的元器件较多，仅计数器就需要好 多块，虽然原理简单，但所画出的电路图比较复杂，功能单一 关键词：振荡器，分频器，显示器，74HC390，CD4511 目目 录录 1 绪论 1 1.1 课题描述 1 1.2 基本工作原理及构成框图 1 2 设计原理及相关芯片介绍 2 2.1 晶体振荡器电路 2 2.1.1 工作原理及电路组成 2 2.1.2 二进制计数器 CD4060 . 3 2.2 分频器电路 3
3、2.2.1 工作原理及构成 . 3 2.2.2 2 输入与非门74HC00D 4 2.2.3 七段显示译码/驱动器 CD4511 4 2.3 时间计数电路 6 2.3.1 十进制计数器 74HC390 . 6 2.3.2 工作原理及电路组成 6 2.4 译码驱动及数字显示电路 7 2.4.1 7 段数码管译码器 74LS47 7 2.4.2 数字显示电路 8 2.5 校正电路 10 2.6 整点报时电路.11 2.6.1 工作原理及电路组成.11 2.6.2 8 输入与非门74HC30D .11 3 总体电路设计 12 3.1 实验设备及元器件 12 3.2 部分元器件介绍 12 总 结 16
4、 致 谢 17 参考文献 18 1 绪论 1.1 课题描述 数字钟因其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多等特点，更加 适合现代人的工作和生活，因此得到了广泛的使用。 本课题采用中小规模集成电 路制作，根据数码管动态显示原理来进行显示，用 32768Hz 的晶振产生振荡脉 冲，采用相应进制的计数器，转化为二进制数，经过译码和显示电路准确地将时 间“时”“分”“秒”用数字的方式显示出来， 是一个将“时”“分”“秒”显 示于人的视觉器官的计时装置。在此次设计中，电路具有显示时间的其本功能， 还可以实现对时间的调整。 1.2 基本工作原理及构成框图 图 1 所示为数字钟的一般构成框图 数字钟
5、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。它的计时周期为 24 小时，显 示满刻度为 23 时 59 分 59 秒，另外应有校时功能和一些显示、查看时间等附加 功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”“分”“秒”计 数器、校时电路、分频器电路和振荡器组成。通常使用石英晶体振荡器电路构成 数字钟，其一般构成电路如图 1 所示。 2 设计原理及相关芯片介绍 2.1 晶体振荡器电路 晶体振荡器简称石英晶体或晶体，是构成数字式时钟的核心，它保证
6、了时 钟的走时准确及稳定。 2.1.1 工作原理及电路组成 图 2 所示为晶体振荡器电路。该电路通过 U2 实现整形功能，将振荡器输出 的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。 输出反馈电阻 R1 为非门提供偏置， 使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容 C1、C2 与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了 一个 180 度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于 晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。 晶体 X1的频率选为 32768HZ。 该元件专为数字钟电路而设计， 其频率较低， 有利于减少分频器级数 【5】。C1、C2 均为 30pF。当要求频率准确度和稳定度更 高时， 还可接入校正电容并采取温度补偿措施。 该电路由晶体与 2 个 30pF 电容、 1 个 CD4060、一个 10 兆的电阻组成，芯片 3 脚输出 2Hz的方波信号。 图 2 晶体振荡电路 2.1.2 二进制计数器 CD4060 CD4060 是 14
