数字电路课程设计-- 数字钟

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1、 课程设计报告课程设计报告 课程名称： 数 字 电 路 设计题目： 数 字 钟 专业名称： 应用电子技术 时显示 1.概述概述 数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的钟表。与机械钟相比具有更高的准确性 和直观性，具有更长的使用寿命，已得到广泛的使用。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。这些方法都各有其特点，其 中利用单片机实现的电子钟具有编程灵活，以便于功能的扩展。 2.数字钟的基本组成原理框图数字钟的基本组成原理框图 数字钟实际上是一个对标准频率（1

2、HZ）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。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。 晶体振荡器电路 晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的 32768z 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。 分频器电路 分频器电路将 32768Hz 的高频方波信号 32768（ 15 2）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。 时间计数器电路 时间计数电路由秒个位和秒十位计数器

3、、 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，时个位和时十位计数器为 12 进制计数器。 译码驱动电路 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，本设计提供的为数 码管。 数字钟组成原理框图 译码器 计数器 校时控制 分显示 译码器 计数器 晶 振 秒显示 译码器 计数器 分频器 3.数字钟单元电路及工作原理数字钟单元电路及工作原理 （1）晶体振荡器

4、电路 晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。 如图，电路通过非门构成的输出为方波的数字式晶体振荡电路，这个电路中， 非门与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，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、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。 （2）分频器电路 通常，数字钟的晶体振荡器输

5、出频率较高，为了得到z 的秒信号输入，需要对振荡器的 输出信号进行分频。 本实验中采用 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。 计数为级进制计数器， 可以将Z的信号分频为Z， 其内 部框图如图所示，从图中可以看出，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。 （3）时间计数单元 时间计数单元有时计数、分计数和秒计数等几个部分。 时计数单元一般为进制计数器计数器， 其输出为两位码形式； 分计数和 秒计数单元为进制计数器，其输出也为码。 一般采用 10 进制计数器 74H

6、C390 来实现时间计数单元的计数功能。为减少器件使用数量， 可选， 该器件为双异步计数器， 并且每一计数器均提供一个异 步清零端（高电平有效） 。 秒个位计数单元为进制计数器，无需进制转换，只需将与（下降沿有效）相连 即可。（下降没效）与Z 秒输入信号相连，可作为向上的进位信号与十位计数 单元的相连。 秒十位计数单元为进制计数器， 需要进制转换。 将进制计数器转换为进制计数器的 电路连接方法如图所示，其中可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的相连。 分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同， 只不过分个位 计数单元的作为向上的进位信号应与分十位计数单元的相连， 分十位计数单元的 作为向上的进位信号应与时个位计数单元的相连。 时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单