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1、,项目9 数字电子钟的设计,昆明冶金高等专科学校-精品课程-数字电子技术,数字电子技术应用,项目目标,项目9 数字电子钟的设计, 学习数字电路中基本RS触发器、但稳态触发器计数 器、时钟发生器、计数器、译码器及显示器等单元电路 的组合应用。,掌握分、秒计数电路的实现。,学习数字电子钟的整机调试方法。,任务引入,项目6 电子门铃电路的设计,要求用中小规模数字集成电路设计一个数字钟， 数字钟应具有以下功能：,3）具有整点报时功能，24h循环一次。,1）字显示时、 分、秒，24h循环一次。,2）可以任意时刻校准时间，要求 可靠方便。,任务分析,项目9 数字电子钟的设计,根据任务应具有的功能进行分析，
2、要实现该项目，数字电子钟一般由振荡器、分频器、计数、译码器及显示器等几部分组成。石英振荡器产生的时标信号送到分频器，分频器将时标信号分成秒脉冲，秒脉冲送入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“秒”的显示由两级计数器和译码器组成的六十进制计数器电路实现，“分“的显示电路与“秒”相同。“时”的显示由两级计数器和译码器组成的二十四进制计数器电路实现。数字电子钟的组成框图如图9-1所示。,任务分析,项目9 数字电子钟的设计,图9-1 数字电子钟的组成框图,任务1 秒信号电路的设计,项目9 数字电子钟的设计,任务2 计数电路的设计,任务3 数字电子钟整机电路的设计,任务1
3、 秒信号电路的设计,1.晶体振荡器 秒信号电路是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字电子钟的质量。通常用晶体振荡器构成信号产生电路。晶体振荡器电路给数字电子钟提供一个频率为32768Hz的稳定的方波信号，它可以保证数字电子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。,2.分频器图图9-2 CD4060集成块引脚排列 （1）分频器介绍 CD4060是14位二进制串行计数分频器和振荡器。CD4060内部分为两部分，其中一部分是14级计数分频器，其分频系数为1616348；另一部分既可与外接电阻和电容构成RC振荡器，又可与外接晶体构成高精度的晶体振
4、荡器。,2）CD4060集成块的逻辑功能见表9-1。,1）CD4060为一个分频集成块，Q414为各个频率输出端，MR为清除端，RTC为时钟输出端，RS为时钟输入端。CD4060集成块的引脚排列如图9-2所示。,任务1 秒信号电路的设计,表9-1 CD4060集成块的功能表,任务1 秒信号电路的设计,（2）15次二分频电路的实现 晶体振荡器发出的脉冲信号为32768Hz通过计算可知，对这个信号进行15次二分频后可得1Hz的秒信号。但分频器CD4060只能进行14次二分频，在收到了振荡电路的方波信号后，它自行分频，在输出端得到2Hz信号。还需进行一次分频，这里选用D触发器进行一次二分频。双D触发
5、器74LS74在项目4已做过详细介绍。其分频后波形如图9-3所示。,图9-3 D触发器构成二分频工作波形图,任务1 秒信号电路的设计,3. 秒信号电路,由石英晶体振荡器和分频器构成的秒信号产生电路，如图9-4所示。,图9-4 秒信号产生电路,任务2 计数电路的设计,1.分、秒计数电路,秒的计数是采用六十进制，秒计数电路的作用就是对输入的秒信号进行计数，得到秒数，并送到秒位的显示电路；同时每计数满60（达到60s）就将本位清零，并产生向分位的进位信号。分位采用的也是六十进制，工作原理和秒位是一致的。 要实现六十进制这一要求，可选用的中规模集成计数器较多，74LS160或74LS161，现采用两块
6、中规模集成十进制计数器74LS160，一块组成十进制，另一块组成六进制，组合起来就构成六十进制计数器。当十位出现0110时，产生反馈清零信号。电路如图9-5所示。,任务2 计数电路的设计,2时计数电路 时计数电路为二十四进制，采用两片中规模集成十进制计数器74LS160构成，当高位出现0010状态，低位为0100状态，即计到第24个来自分计数电路的进位信号时，采用反馈清零法将产生的反馈清零信号反馈到异步清零端。时计数电路如图9-6所示。,图9-5 六十进制计数器,图9-6 二十四进制计数器,任务3 数字电子钟整机电路的设计,1.译码显示电路,秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后，分别得到“
7、秒”个位、十位，分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时输出信号，然后送至译码显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。 选用器件时要考虑译码器和显示器件的相互配合。一是驱动功率要足够大，二是逻辑电平要匹配。采用共阴型的LED数码管作为显示器件时，则应采用输出为高电平的译码电路，且因数码管工作电流较大，不能用普通TTL译码器，应选用功率门或者OC门，这里显示译码器采用74LS248芯片。,在刚接通电源或者时钟走时出现误差时，则需要进行时间的校准。置开关在手动位置，分别对时、分、秒进行单独计数，计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输入。,2.校时电路,2-2 用555定时器构成单稳态触发器,3）暂稳
8、状态时间（输出脉冲宽度）,tw =,=,=,=1.1RC,2-3 用555定时器构成多谐振荡器,1）电路结构,555定时器构成多谐振荡器,任务3 数字电子钟整机电路的设计,3整点报时电路 每到整点前的6s时准备报时。当分计数到59min时，将分触发器QH置1，而等秒计数到54s时，将秒触发器QL置1，然后“QH”与“QL”相与，结果再和秒信号相与去控制低音扬声器鸣叫，直至59s时产生一个复位信号使QL清零，停止低音鸣叫。同时59s的反相信号又和“QH”相与去控制高音扬声器鸣叫。当计到分、秒从59：00到00：00时，鸣叫结束，完成整点报时。整点报时电路如图9-7所示。,图9-7 自动报时电路,任务3 数字电子钟整机电路的设计,4整机电路,表9-2 数字电子钟元器件清单,任务3 数字电子钟征集电路的设计,项目小结,项目小结,
