1、東北師范大學物理學院實驗報告學生姓名指導教師2016年3月設計性實驗報告一、設計指標1 .顯不'時、分、秒。2 .以24小時制為一周期。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 .為了保證計時準確、穩定，由晶體振蕩器提供標準時間的基準信號二、設計方框圖數字鐘的構成數字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數的計數電路。由于計數的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩定。通常使用石英晶體振蕩器電路構成數字鐘。數字鐘的設計原理圖13三

2、、元器件介紹1.74LS00與非（圖2）4AWSBMW一應圖2IJWLinJMlnininir始門接地輸入輸出ABY0010111011103.74LS390（圖4）,十進制加數器輸入輸出ABY000010100111CUTPUTSA1GNOOUTPUTS圖474LS390管腳圖圖574LS51管腳圖4.74LS51（圖5）5.CD4060（圖6）6.74LS74（圖7）7.74LS47（圖8）,譯碼器Q14圖6CD4060管腳圖CD4060BCRESET 0| 箭1J圖774LS74管腳圖OUTPUTS139B C LAMP 到 HH電 RBIb13Si口 JINPUT 專74LS47管腳圖

3、三、設計原理1、各功能模塊電路的設計（用Multisim仿真）（1）晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路給數字鐘提供一個頻率穩定準確的32768Hz的方波信號，可保證數字鐘的走時準確及穩定。不管是指針式的電子鐘還是數字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。如圖（b）所示，由CMOS非門U1與晶體、電谷和電阻構成晶體振蕩器電路，U2實現整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉換為較理想的方波。輸出反饋電阻R1為非門提供偏置，使電路工作于放大區域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容C1、C2與晶體構成一個諧振型網絡，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個180度相移，從而和非門構成一個正反

4、饋網絡，實現了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩定和準確。XTAL1Out圖（b） CMOS晶體振蕩器U1V1RTC CTCO13O12O11 09O8 O7O6O5 O4O3RS1112R145-32.768kHz4060BP_5V10MQ91= C0pF=C0pF4060構成脈沖發生及分頻電路仿真圖時間記數電路一般采用10進制計數器如74HC29074HC390I?來實現時間計數單元的計數功能本次設計中選擇74HC390由其內部邏輯框圖可知，其為雙2-5-10異步計數器，并每一計數器均有一個異步清零端（高電平有效）。8秒個位計數單元為10進制計數器，

5、無需進制轉換，只需將Qa與CPb（下降沿有效）相連即可。CPa（下降沿有效）與1HZ秒輸入信號相連，Qd可作為向上的進位信號與十位計數單元的CPA相連。秒十位計數單元為6進制計數器，需要進制轉換。將10進制計數器轉換為6進制計數器的電路連接方法如圖2.4所示，其中Qc可作為向上的進位信號與分個位的計數單元的CPa相連。十進制-六進制轉換電路分個位和分十位計數單元電路結構分別與秒個位和秒十位計數單元完全相同，只不過分個位計數單元的QD作為向上的進位信號應與分十位計數單元的CPa相連，分十位計數單元的QC作為向上的進位信號應與時個位計數單元的CPA相連。時個位計數單元電路結構仍與秒或個位計數單元相

6、同，但是要求，整個時計數單元應為24進制計數器，不是10的整數倍，因此需將個位和十位計數單元合并為一個整體才能進行24進制轉換。利用1片74HC390實現24進制計數功能的電路如圖（d）所示。（d）二十四進制電路另外，圖（d）所示電路中，尚余一2進制計數單元，正好可作為分頻器2Hz輸出信號轉化為1Hz信號之用。CAU66CoooooooU574LS47DVoooooooOLRTB/DABCDRBGU474LS47D2RIC1DQ1CQ1OLRTB/DABCDRBGU1B74LS390DVCC50VU1ARmlDQ1CQ1ByBN11AMy1174LS390DVCC50V74LS390構成60進

7、制計數器仿真圖CoooooooVCCCABABCDEFGU1474LS47DU1574LS47DDGmmTLDGGommFoTLEODocoBoAoccv712VCC50V50V37U8A74LS390DRIC1DOTCOTBUTBN11Aoran111U8B74LS390DVCC50V74LS390構成24進制計數器仿真圖（3）校時電路數字鐘應具有分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。即為用COM&或非門實現的時或分校時電路，In1端與低位的進位信號相連；In2端與校正信號相連，校正信號可直接取自分頻器產

8、生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信號；輸出端則與分或時個位計時輸入端相連。當開關打向上時，因為校正信號和0相與的輸出為0,而開關的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時電路處于正常計時狀態；當開關打向下時，情況正好與上述相反，這時校時電路處于校時狀態。實際使用時，因為電路開關存在抖動問題，所以一般會接一個RS觸發器構成開關消抖動電路，所以整個較時電路就如圖（f）0VDC(f)帶有消抖電路的校正電路 Out正常輸入侑號或校正值號VCC50VjiR8 -wv 1MD 1%oKey = AU19A74LS00D11213J2Key = BR91MD 1%R101MP.1%U19B

9、74LS00DU19C74LS00DU19D n> 74LS00D2R11-AAA- 1MP . 1%U20AU21A74LS00D74LS51D91011U20B3U21B3474LS00D574LS51D校時電路仿真圖2、整體電路圖(用Multisim仿真)由1個二十四進制電路、2個六十進制電路組成，只要把一個雙六十電路與二十四進制電路相連即可。詳細電路見下圖。整個數字鐘由時間計數電路、晶體振蕩電路、校正電路電路組成。其中以校正電路代替時間計數電路中的時、分、秒之間的進位，當校時電路處于正常輸入信號時，時間計數電路正常計時，但當分校正時，其不會產生向時進位，而分與時的校位是分開的，而

10、校正電路也是一個獨立的電路。電路的信號輸入由晶振電路產生，并輸入各電路。四、電路安裝與調試過程1 .安裝1) .按圖連線，集成塊引腳方向預先彎好對準面包板的金屬孔，冉小心插入。導線的剝線長度與面包板的厚度相適應。2) .導線的裸線部分不要露在板的上面，以防短路。導線要插入金屬孔中央。3) .按照原理圖接線時首先確保可靠的電源和接地。4) .注意芯片的控制引腳必須正確接好。2 .調試1) .檢查故障時除測試輸入、輸出信號外，要注意電源、接地和控制引腳。2) .要注意芯片引腳上的信號與面包板上插座上信號是否一致(集成塊引腳與面包板常接觸不良)。3)顯示管不亮，檢查各處接電源接地的地方是否有接。顯示管顯示不全，檢查顯示管和74LS47是否有壞，檢查有無短接。4)有顯示，不跳，檢查秒脈沖發生器，檢查74LS47,和4060是否有錯，可直接加2KZ秒脈沖發生器加秒脈沖。5)檢查是否進位五、電路測試與使用說明1）為了便于測試，可將2Hz信號直接輸入到各級計數器。2）.接校時電路時可接模擬信號輸入（如1Hz和2Hz）測試輸出信號的切換正確后，將秒進位和分進位信號接到校時電路，再接校時電路輸出到分計數器和時計數器。從較時電路接入信號時，必須將原進位信號拔掉。六、實驗總結這次實驗總體來說，還比較順利。雖然途中