项目5：数字电子钟的设计与制作

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1、项目5：数字电子钟的设计与制作单元3：时钟显示电路的制作 单元2：分频电路的制作 单元1：定时电路的设计单元4：时钟校对电路的制作 项目5：数字电子钟的设计与制作单元5：100进制计数器的制作与显示 项目5：数字电子钟的设计与制作单元1：定时电路的设计项目5：数字电子钟的设计与制作概述脉冲信号脉冲是脉动和短促的意思，凡是具有不连续波形的信 号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦信号都是脉冲 信号。(a)矩形波(b)方波(c)尖脉冲(d)锯齿波项目5：数字电子钟的设计与制作在数字系统中常常需要用到各种幅度、宽度以及具有 陡峭边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（CP）。 获取这些脉冲信号的方法

2、通常有两种：脉冲产生电路直接产生；利用已有的周期信号整形、变换得到。脉冲整形、变换电路单稳态触发器施密特触发器； 脉冲产生电路多谐振荡器；多用途的定时电路555定时器。项目5：数字电子钟的设计与制作 脉冲信号的参数trtftWT0.9 Um0.5 Um0.1 UmUm矩形脉冲信号的主要参数 脉 冲 幅 度 脉冲周期脉冲宽度上升时间下降时间占空比D脉冲宽度与脉冲周期的比值，DtW/T 。项目5：数字电子钟的设计与制作一、555定时器555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成 电路，目前应用十分广泛。通常只需外接几个阻容 元件,就可以构成各种不同用途的脉冲电路,如多谐 振荡器、单稳态触发器以及施密

3、特触发器等。555定时电路有TTL集成定时电路和CMOS集成定 时电路,双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产 品型号最后数码为7555。其功能和外部引脚排列完 全相同。项目5：数字电子钟的设计与制作1、555定时器的电路结构TRC 1UR15k5kC 25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6 (TH )5()6217oRD2放电端uu12348765地2oRDUCC放电端6UCO555uuu项目5：数字电子钟的设计与制作TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2S G3G43VT8UCCUCOu6 (TH)5()6217oRD2放电端uu（1）分

4、压器电压控制端5脚悬空时， ， ；5脚外接控制电压UCO时， 。注：当5脚不加控制电压时，通常经过一个0.01F的电容接地， 以抑制干扰。项目5：数字电子钟的设计与制作TR C1UR15k5k C25kUR2&14G1RQQG2S G3G43VT8UCCUCOu6 (TH)5()6217oRD2放电端uu（2）电压比较器U+U-时，Ci1；U+U-时，Ci0。高触发输入端低触发输入端（3）基本RS触发器 R SQn+1 0 0不定0 101 011 1Qn异步清零端项目5：数字电子钟的设计与制作TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2S G3G43VT8UCCUCOu6 (TH

5、 )5()6217oRD2放电端uu（4）放电三极管VT是一个集电极开路的放电三极管。当uO0时，VT导通；当uO1时，VT截止。项目5：数字电子钟的设计与制作2、555定时器的功能TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2S G3G43VT8UCCUCOu6 (TH)5()6217oRD2放电端uu定时器的主要功能取决于两个比较器输出对RS触发器和放 电管VT状态的控制。项目5：数字电子钟的设计与制作不变不变不变不变1 1导通导通0 01 1截止截止1 11 1导通导通0 00 0VTVTu uOOu u2 2u u6 6输出输出输入输入555定时器功能表5脚不接控制电压，则则

6、 ， 。项目5：数字电子钟的设计与制作二、 施密特触发器1、工作特性： （1）具有两个稳态；（2）属于电平触发，缓慢变化的信号也可以作为输入信号，当 输入信号达到某一特定值时，输出电平就发生突变；（3）输入信号从低电平上升时，电路状态转换时对应的输入电 平，与输入信号从高电平下降时对应的输入转换电平不同。uo0UTUT+uI电 压 传 输 特 性输入信号上升时对应的转换电平UT+ ，称为正向阈值电压；输入信号下降时对应的转换电平UT ，称为负向阈值电压；差值UUT+UT-，称为回差电压 。项目5：数字电子钟的设计与制作反向输出施密特触发器2、555定时器构成的施密特触发器（1）电路结构和逻辑符

7、号846210.01F3UCCuIuo5555项目5：数字电子钟的设计与制作施密特触发器的特性和符号。 UT+ ：正向阈值电压 UT-：负向阈值电压回差电压: UH = UT+ - UT-施密特触发器 (a)反相输出的传输特性 (b)反相输出的符号图 (C)同相输出的传输特性.项目5：数字电子钟的设计与制作综之：当5脚不接控制电压时，当5脚接控制电压UCO时，比较电压变为UCO和（1/2）UCO，uot00uI1 3UCC2 3UCCtUU+uOHuOL（2）工作原理(1)上升过程： 时，uO1； 时，uO保持不变； 时，输出翻转uO0。(2)下降过程： 时，uO0； 时，uO保持不变； 时，

8、输出翻转uO1。5脚经过0.01F电电容接地，则则 ， 。项目5：数字电子钟的设计与制作 3、施密特触发器的应用 （1）波形变换施密特触发器可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换成边沿陡峭的矩形脉冲信号。项目5：数字电子钟的设计与制作项目5：数字电子钟的设计与制作（2）波形整形施密特触发器可以将不规则的波形整形为矩形波。项目5：数字电子钟的设计与制作uot0uot0uIt0U+ U U(a)(b)(c)若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。项目5：数字电子钟的设计与制作利用施密特触发器，从一串幅度不等的脉冲中，将幅度较大 的信号鉴别出来，称为幅度鉴别，其波形如下图示当输入脉 冲幅度大于UT+

9、时，有信号输出，小于UT-时，无信号输出（3)幅度鉴别项目5：数字电子钟的设计与制作从一系列幅度不同的脉冲信号中选出幅度大于正向 阈值电压UT+的输入脉冲， 即对幅度进行鉴别。 uIUT+ UTt0uo0t项目5：数字电子钟的设计与制作输入输出UT+UT幅度鉴别的输入、输出波形项目5：数字电子钟的设计与制作三、单稳态触发器单稳态触发器是一种只有一个稳定状态的电单稳态触发器是一种只有一个稳定状态的电路路, ,它的另一个状态是暂稳态。在外加触发脉冲它的另一个状态是暂稳态。在外加触发脉冲 作用下作用下, ,电路能够从稳定状态翻转到暂稳状态电路能够从稳定状态翻转到暂稳状态, ,经经 过一段时间后过一段

10、时间后, ,靠电路自身的作用靠电路自身的作用, ,将自动返回到将自动返回到 稳定状态稳定状态, ,并在输出端获得一个脉冲宽度为并在输出端获得一个脉冲宽度为TwTw的的 矩形波。矩形波。项目5：数字电子钟的设计与制作由外界触发自动返回稳定状态稳定状态暂稳态恢复期1、工作特性：（1） 它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；（2） 在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态， 在暂稳态维持一段时间以后，电路能自动返回稳态；（3） 暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电 路自身参数，与外界触发脉冲无关。项目5：数字电子钟的设计与制作2、555定时器构成的单稳态触发器487 6 2315uCCuou

11、IRUCC0.01F5555脚经过0.01F电电容接地，则则 ， 。项目5：数字电子钟的设计与制作恢复期：VT导通，电容C迅速放电，直到使uC0，电路又恢复 到稳态。暂稳态：u2触发脉冲下降沿到达时（ ），电路进入暂 稳态，uO1。当 时，uO0，暂稳态结束。（1）工作原理 稳态：无触发信号时，uI为高电平。电容先充电后放电，当uC0时，电路进入稳态：uO0。项目5：数字电子钟的设计与制作TuI1 3UCC0uo0tWTWuC02 3UCCtttUCC487 6 2315uCCuouIRUCC0.01F555波形图 电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求，它必须小于tW。若输入触发脉冲宽度大于tW

12、时，应在u2输入端加入微分电路。 项目5：数字电子钟的设计与制作因此可得 2.输出脉冲宽度tW 输出脉冲宽度tW是暂稳态的停留时间，即电容C的电压从0充电到 所需的时间。根据电容C的充电过程可知： 上式说明：单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定时 元件R、C的取值，且成正比关系，而与输入触发信号和电源 电压无关，因此调节R、C的大小，即可方便地改变tW。 矩形脉冲的周期与输入的触发信号周期相同。项目5：数字电子钟的设计与制作 2、单稳态触发器的应用（1）脉冲整形IutWOu单稳态触发器能够把输入的不规则脉冲信号uI，整 形为具有一定幅度和一定宽度的标准矩形脉冲uO。uO的 幅度取决于单稳态电

13、路输出的高、低电平，宽度tW决定 于定时元件R和C。单稳态触发器的整形波形项目5：数字电子钟的设计与制作（2）脉冲延时脉冲延时电路一般要用两个单稳态触发器完成。延 时时间为tW1，它决定于第一级单稳态触发器的定时元件 R和C。11uIu0（tW1）（tW2 ）单稳态触发器的延时波形项目5：数字电子钟的设计与制作下图(a)所示电路利用单稳态电路的输出uo作为其它 电路的触发信号。利用uo下降沿去触发JK触发器,实现单 稳态电路的延时作用项目5：数字电子钟的设计与制作由图(b)可见,uo的下降沿比输入触发信号ui的下降沿延迟 了tw。因此，利用uo下降沿去触发其它电路比用ui下降沿触发 时延迟了t

14、w时间项目5：数字电子钟的设计与制作 （3)定时由于单稳触发器可产生宽度为tW的矩形脉冲，利用 这个矩形脉冲去控制某电路使它在tW的时间内动作或不 动作，这就是单稳态触发器的定时作用。定时时间为tW ，可通过调节定时元件R和C来调节定时时间。1& uIOuuO单稳与门uFtWuIuOuFOu单稳态触发器的定时波形项目5：数字电子钟的设计与制作 四、 多谐振荡器 多谐振荡器是一种常用的多谐振荡器是一种常用的脉冲信号产生电路脉冲信号产生电路。 1、工作特性：（1） 无稳态，具有两个暂稳态；（2） 自激振荡器在接通电源后，不需外加触发信 号，便能自动产生矩形脉冲；（3）矩形波中除基波外，还含有丰富的

15、高次谐波故 称为多谐振荡器。自动触发自动返回暂稳态0暂稳态1暂稳态0项目5：数字电子钟的设计与制作 2、555定时器构成的多谐振荡器（1)电路结构4876 2315CUCCR1R2555uo0.01FuC项目5：数字电子钟的设计与制作uC1 3UCCuo0T12 3UCCttUCCT20(2)工作原理接通电源后，电容C来不及充电，uc0，则uO1(第一个 暂稳态)，VT截止。这时Ucc经R1和R2向C充电，当充至uc 2/3Ucc时，输出翻转uO0(第二个暂稳态)，VT导通；这时电 容C经R2和VT放电，当降至uc1/3Ucc时，输出翻转uO1。项目5：数字电子钟的设计与制作 (3)参数的估算电容充电时间T1：电容放电时间T2：电路振荡周期T：uC13UCCuo0T12 3UCCttUCCT20 T项目5：数字电子钟的设计与制作电路振荡频率f：通过改变R、C的参数可改变振荡周期和振荡频率。输出波形占空比D：若R2R1，则D1/2，即输出为对称方波。（D