電子技術課程設計數字鐘的設計一、設計任務與要求1.能直接顯示“時”、“分”、“秒”十進制數字的石英數字鐘。2.可以24小時制或12小時制。3.具有校時功能。可以對小時和分單獨校時，對分校時的時候，停止分向小時進位。校時時鐘源可以手動輸入或借用電路中的時鐘。4.整點能自動報時，要求報時聲響四低一高，最后一響為整點。5.走時精度高于普通機械時鐘（誤差不超過1s/d）。二、方案設計與認證1、課題分析數字時鐘一般由6個部分組成，其中振蕩器和分頻器組成標準的秒信號發生器，由不同進制的計數器，譯碼器和顯示器組成計時系統。秒信號送入計數器進行計數，把累計的結果以“時”、“分”、“秒”的十進制數字顯示出來。“時”顯示由二十四進制計數器、譯碼器和顯示器構成，“分”、“秒”顯示分別由六十進制計數器、譯碼器構成。其原理框圖如圖1所示。時顯示器時譯碼器時計數器分顯示器分譯碼器分計數器秒顯示器秒譯碼器秒計數器校時電路分頻器振蕩器整點報時電路圖12、方案認證（1）振蕩器振蕩器是計時器的核心，主要用來產生時間標準信號，也叫時基信號。數字鐘的精度，主要取決于時間標準信號的頻率及穩定度。振蕩器的頻率越高，計時的精度就越高，但耗電量將增大。一般采用石英晶體振蕩器經過分頻后得到這一信號，也可采用由555定時器構成的多諧振蕩器作為時間標準信號。（2）分頻器振蕩器產生的時基信號通常頻率都很高，要使它變成能用來計時的“秒”信號，需由分頻器來完成。分頻器的級數和每級的分頻次數要根據時基頻率來定。例如，目前石英電子鐘多采用32768Hz的標準信號，將此信號經過15級二分頻即可得到周期為1s的“秒”信號。也可選用其他頻率的時基信號，確定好分頻次數后再選擇合適的集成電路。（3）計數器數字鐘的“秒”、“分”信號產生電路都由六十進制計數器構成，“時”信號產生電路由二十四進制計數器構成。“秒”和“分”計數器用兩塊十進制計數器來實現是很容易的，它們的個位為十進制，十位為六進制，這樣，符合人們通常計數習慣。“時”計數也可以用兩塊十進制計數器實現，只是做成二十四進制。上述計數器均可用反饋清零法來實現。（4）譯碼顯示電路因本設計選用的計數器全部采用二十進制集成塊，因而計數器的譯碼顯示均采用BCD七段顯示譯碼器，顯示器采用共陰極或共陽極的七段顯示數碼管。（5）校時電路在剛開機接通電源或計時出現誤差時，都需要對時間進行校正。校“時”電路的基本原理是將周期為0.5s的脈沖信號直接引進“時”計數器，同時將“分”計數器置零，讓“時”計數器快速計數，在“時”的指示達到需要的數字后，切斷0.5s的脈沖信號。（6）整點報時電路數字鐘整點報時是最基本的功能之一。此電路要求每當“分”和“秒”計數器計到59分50秒時，便自動驅動音響電路，在10s內自動發出5次鳴叫聲。要求每隔1s叫一次，每次持續時間為1s，共響5次，并且前四次為低音，最后一響為高音，此時計數器正好為整點（“0”分“0”秒）。三、單元電路設計與參數計算（1）振蕩器及分頻器方案一：石英晶體的振蕩頻率為4MHz，不能用來作為數字時鐘的輸入信號，必須將它變為1s的脈沖信號。所以，還要對時鐘進行分頻。由圖2可知，4MHz晶振的輸出送到U1芯片分頻。U1芯片選用MCI406414級二分頻器，由輸出端Q14得到214分頻的脈沖信號，fQ144MHz/214=4MHz/16384244.141Hz。再經U2（仍選用MCI4060）芯片進行28分頻，由輸出端Q8可得到周期為1s的脈沖信號，fQ8244.141Hz/2560.594Hz，其周期為1/fQ8=1/0.594Hz1.048s。可以用U1芯片的Q12、Q13端為整點報時提供頻率分別為1000Hz和500Hz的信號，因為fQ12=4/212MHz=4/4096MHz=976.56Hz,fQ13=4/213MHz=4/8192MHz=488.281。方案二：圖3中采用555定時器與RC組成的多諧振蕩器，振蕩頻率f0=1KHz。Rp為可調電位器，微調Rp可以調整振蕩器的輸出頻率f0。電路的振蕩周期T0t1+t2=1ms,其中t1=0.7(R1+R2+Rp)C2,t2=0.7R2C2。如果選定脈沖占空比q=t1/T0=0.6，則t1=0.6T0=0.6ms,t2=T0-t1=0.4ms。若選擇電容C20.1uF，則R2=t2/0.7C2=0.410-3/0.70.110-6=5.17k，取標稱阻值R25.1k。由R1+Rp=(t1/0.7C2)-R2=0.610-3/0.70.110-6-5.110-3=3.47k，可取R13k，Rp=2k。555定時器構成多諧振蕩器產生的1KHz振蕩頻率，需要用功片74LS90組成的十進制計數器進行級聯后分頻，每片均為十分頻電路，經過3片74LS90級聯后，可獲得周期為1s的脈沖信號，如圖3所示。（2）時、分、秒計數電路有了秒脈沖信號，則可按照60s為1min，60min為1h，24h為一天來設定時、分、秒計數電路。分和秒計數器都是模為60的計數器，采用中規模集成電路十進制計數器至少需要兩片。“秒”個位計數器的時鐘CP信號是由分頻器提供的周期為1s的脈沖信號，“分”個位計數器的CP信號是由秒計數器提供的進位信號，“分”計數器的進位信號送至“時”個位計數器的CP端。它們的個位是十進制計數器，而十位是六進制計數器，其計數規律為0001585900，當計滿60時產生一個進位信號。因此，可選用一片雙重BCD加法計數器CC4518。采用反饋清零的方法實現六十進制計數器，其電路如圖4所示。“時”計數器是二十四進制計數電路，也可選用一片CC4518采用反饋清零的方法實現二十四進制。其電路如圖5所示。（3）譯碼顯示電路譯碼顯示電路的功能是將“時”、“分”、“秒”計數器輸出的4位代碼翻譯并顯示相應的十進制數的狀態，通常譯碼器和顯示器是配套使用的，如果選用共陰極發光二極管數碼顯示器BS201/202，則譯碼顯示電路可采用CC4511BCD七段譯碼驅動器。其引腳排列如圖6所示。（4）校時電路校時電路如圖7所示。3個控制開關S1、S2、S3分別用來實現“時”、“分”、“秒”的校準。開關處于正常位置時，分別接高電平，門3、門6、門8被封鎖，校準信號不能通過3個門，所以“時”、“分”、“秒”的計數器按正常計數。當按下S1至“校時”位置時，S1閉合，門3打開，由分頻器CC4060送來0.5s的脈沖信號直接進入“時”計數器，使小時指示每0.5s計一個字，達到快速校時的目的，同時0.5s的脈沖信號送入“分”計數器的置0端，使“分”置0。“時”校準后，放開開關S1。當按下開關S2至“校分”位置時，和“校時”的原理一樣，將0.5s的脈沖信號直接送入“分”計數器的CPA端的“秒”計數器的置0端，使“分”指示快速計數，同時將“秒”計數器置0。“分”校準后，放開開關S2.“秒”校準控制著一個RS觸發器（實際電路可用雙D觸發器74LS74集成塊中的一個D觸發器來實現RS的功能）的狀態。當S3處于正常位置時，觸發器置“1”，Q/端輸出低電平，關閉門8，Q端輸出高電平，使門7打開，“秒”信號正常進入“秒”計數器，使時鐘正常計時。當按下開關S3至“校秒”位置則觸發器置“0”，Q端輸出低電平，關閉門7，Q/端輸出高電平，打開門8使0.5s的脈沖信號進入“秒”計數器，此時，“秒”計數器快速計時，待“秒”校準后，放開按鍵S3，使其恢復正常位置。（5）整點報時電路整點報時電路如圖8所示，包括控制門電路和音響電路兩部分。第一部分為控制門電路部分。當“分”和“秒”計數器計到59分50秒時，從59分50秒到59分59秒之間，只有“秒”個位在計數，而“秒”的十位，“分”的個位，“分”的十位中CQC4=QA4=QD3=QA3=QC2=QA2=1不變。將它們相與，即CQC4QA4QD3QA3QC2QA2作為控信號，去控制門15和門16。在每小時的最后10s內C1。門15輸入端加有頻率2048Hz的信號B（可取自分頻器CC4060的Q4端），同時又受QD1和QA1的控制，即C在59s時，QD1QA1C1，門16被關閉，門15打開，B信號通過門15；門16輸入端加有頻率1024Hz的信號A（可取自分頻器Q5端），同時又受QD1和QA1控制，即C在51s、53s、55s、57s時，QD1/QA1C1,門15被關閉，門16打開，A信號通過門16。則ZQD1QA