数字石英钟Word格式.docx

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振荡器是数字钟的核心。

振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用石英晶体构成振荡器电路。

一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高。

晶体振荡器电路为数字钟提供一个频率稳定准确的32768（215）Hz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。

下图所示为电子手表集成电路（如5C702）中的晶体振荡器电路，常取晶振的频率为32768Hz，因其内部有15级2分频集成电路，所以输出端正好可得到1Hz的标准脉冲。

如果精度要求不高也可以采用由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器。

这里设振荡频率fo≈103Hz=1000Hz。

晶体振荡器电路

（2）分频器电路设计

分频器的功能主要有两个：

1、产生标准秒脉冲信号。

2、提供功能扩展电路所需要的信号，如仿电台报时用的1kHz的高音频信号和500Hz的低音频信号等。

分频器电路将32768Hz的高频方波信号经CD4060分频后得到2Hz的方波信号,再利用分频器变成1Hz标准脉冲供秒计数器进行计数。

分频器实际上也就是计数器。

这里用74LS74联级构成，起电路图如下:

（3）时间计数器电路的设计

时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、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，时个位和时十位计数器为24进制计数器.下面用两个74LS160分别构成六十进制和二十四进制计数器。

（a）、74LS160构成秒、分的六十进制计数器

数字钟的“秒”、“分”信号产生电路可以用两个“可予制四位二进制异步清除”计数器来实现。

利用74LS160芯片的预置数功能，也可以构成不同进制的计数器。

因为一片74LS160内含有一个四位二进制异步清除计数器，因此需用两片74LS160就可以构成六十进制计数器了，当秒或分十位为0101、个位为1001时，就会向时或分个位产生进位，从而完成时钟功能。

其电路框图如下：

（b）、74LS160构成小时的二十四进制计数器 

时计数器是一个24进制计数器，即当数字钟运行到23时59分59秒时，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为00时00分00秒。

二十四进制计数器，也是用两个74LS160集成块来实现的，方法与六十进制计数器大同小异，但其要求个位是十进制，状态变化在0000～1001间循环，十位是二进制，状态变化在0000～0010间循环，显示为0~23时。

当时十位QDQCQBQA=0010、时个位QDQCQBQA=0011时，就会自动显示为00时00分00秒。

（4）译码驱动器及显示数码管

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。

在此选用74LS48驱动器。

数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计选用的是（LED）数码管。

74LS48的管脚排列如图所示。

该器件输入信号为BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线、、。

端为测试端。

在端接高电平的条件下，当=0时，无论输入端A、B、C、D为何值，a～g输出全为高电平，使7段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。

端为灭零输入端。

在=1，条件下，当输入A、B、C、D=0000时，输出a～g全为低电平，可使共阴LED显示器熄灭。

但当输入A、B、C、D不全为零时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。

端为消隐输入端。

该输入端具有最高级别的控制权，当该端为低电平时，不管其他输入端为何值，输出端a～g均为低电平，这可使共阴显示器熄灭。

另外，该端还有第二功能——灭零信号输出端，记为。

当该位输入的A、B、C、D=0000且时，此时输出低电平；

若该位输入的A、B、C、D不等于零，则输出高电平。

若将与配合使用，很容易实现多位数码显示时的灭零控制。

例如对整数部分，将最高位的接地，这样当最高位为零时“灭零”，同时该位输出低电平，使下一位的为低电平，故也具有“灭零”功能；

而对于小数部分,应将最低位的接地，个位的端悬空或接高电平，低位的接至高位的。

（5）校时电路

校时电路功能：

时钟出现误差时对时间进行校准，可以实现单独对分和小时进行校对。

校时电路的实现：

时钟出现误差时，需校准。

校对时间总是在标准时间到来之前进行，一般分四个步骤：

首先把小时计数器置到所需的数字；

然后再将分计数器置到所需数字；

在此同时或之后，应将秒计数器清零，时钟暂停计数，处于等待启动；

当选定的标准时刻到达的瞬间，按起动按钮，电路则从所预置时间开始计数。

由此可知，校时电路应具有预置小时，预置分、等待启动、计时四个阶段，此校时电路用与非门74LS00和74LS04实现。

按动校时开关强制输入一个计数脉冲。

从而改变时间。

在小时校正时不影响分和秒的正常计时，在分校时不影响秒和小时的正常计数。

校时电路具体如下：

（6）、音响电路

音响电路有，三极管放大电路组成，其电路图如下：

（7）功能扩展电路的设计

仿广播电台整点报时电路的设计

当始终运行到XX时59分50秒时，仿电台报时开始，51、53、55、57秒为512Hz驱动的喇叭低音响一秒钟，59秒为1024Hz高音，响一秒钟结束正好是整点。

用门电路构成

当分和秒计数器计到59分50秒时，“分”十位QDQCQBQA=0101，“分”个位QDQCQBQA=1001，“秒”十位QDQCQBQA=0101，“秒”个位QDQCQBQA=0000，从59分50秒到60分0秒（0分0秒），只有“秒”个位在计数，最后到整点时全部置“0”，从图中可以看出在59分50秒到59分59秒，门2的输入全为高电平，门3输入除“秒”个位QA外也是高电平，那么当秒个位QA=1（QA=0）时门3输出高电平，这个时间正对应是50秒、52秒、54秒、56秒、58秒。

在这几个时间上，500HZ的振荡信号可以通过门1，再经过门4送出音响电路，发出五次音响。

而当时间达到整点时，门3输出为0，500HZ的信号不能通过门1。

此刻在分十位有一个反馈归零信号QCQB，把它引来触发由门6、门7构成的基本RS触发器并使门6的输出为高电平“1”，这时1KHZ振荡信号可以通过门5，再经门4，送入音响电路，在整点时，报出最后一响。

触发器的状态保持1S时间后被“秒”个位QA作用回到零，整个电路结束报时。

报时所需的500HZ和1KHZ信号可以从分频电路中取出，频率分别为512HZ和1024HZ。

电路图如下：

完整的电路原理图见附录2

第四章、电路的安装与调试

1、电路的安装过程

（1）连电路之前要先做好一切准备，如：

先检查一下面包板是否完好，整理好要用的实验工具，再将要用到的芯片按类型分类，要用的电阻和电容按型号按大小和型号分类，这样在连接电路的时候又方便又不容易出错。

（2）开始连接电路，电路连接要求导线要横平竖直并且最好不交叉，所以要先考虑好电路的布局后根据电路连接合理的插接芯片，插芯片的时候也要注意，要把所有的管脚都插进去后要均匀平稳的按下去，拔芯片的时候也是要平稳，以免折断管脚。

（3）连电路是要分局部连接，每一个功能模块要分开接，这样连出的电路出了什么错误就比较容易发现并改正。

2、电路的调试过程

（1）用示波器来检测石英晶体振荡器的输出波形和频率，晶振正常的输出频率应该为32768Hz。

（2）将频率为32768Hz的信号送入分频器，并用示波器检查各级分频器的输出频率是否符合设计要求。

（3）将74LS90二分频产生的秒脉冲信号分别送入时、分、秒计数器，检查各级计数器的工作情况，正常的情况下应该是分、秒为60进制，小时为24进制，并检查个进制之间的进位是否正确。

（4）观察并检测校时电路的功能是否满足校时要求，即分和时可以单独校正，互不影响。

（5）数字钟的以上基本功能可以实现以后，再检测扩展电路，即整点报时电路的功能实现：

利用此设计的校时功能，将时间调整为任意小时59分50秒，测试报时电路报时是否正确，即在59分51、53、55、57秒的时候出现四声低音报时，在59分59秒的时候为最后一声整点报时，报时结束后刚好为整点。

（6）计时、显示、校时和整点报时都没问题，调试完成。

3、出现的问题及解决方法：

（1）在检测秒计数器是否正确时，发现计数器不是从00开始计数，循环置数也不正确，检查了一下电路没有问题，检查芯片的好坏，再检查器件管脚的连接是否正确，悬空端、清零端与置一端是否连接正确，发现由于RD端未接，我将RD端接一个开关，开关闭和为高电平计数器工作正常，开关打开为低电平计数器清零，这样不只是解决了问题，还改进了电路功能。

（2）在检测时计数器显示是否正确时，发现八段数码显示管显示不正确，仔细检查电路连接无误，我将数码管的CC端接地，将其他端接高电平，检测数码管的每段是否有显示，结果发现数码管有两段无显示，这一情况影响了计数的显示，换了另外一个经检测完好的数码管后就能正确显示了。

（3）在测试校时电路部分是否正确时，我发现校时电路没有作用，由于这部分电路与非和非门用的比较多，很容易接错，如74LS20的管脚中3管脚为空管脚，仔细检查后发现有些芯片的管脚不小心接错了，改正后校时电路就能正常工作。

（4）在检测整点报时电路功能时，扬声器没有声音，检查后发现是三极管的管脚连错了，扬声器是由三极管驱动的，改正错误后，整点报时就能实现了。

第五章、设计心得

Ø

设计心得体会：

在为期几天的时间里，通过我与同组人的共同合作及在指导老师的帮助

下，借助图书馆，互联网等各种信息平台收集资料，经过汇总，提炼，不断提高

自己的动手能力，最终成功完成设计。

在这次课程设计中，设计小组获得了很深的感触。

虽然理论知识都已经熟悉掌握，但是运用起来却十分困难。

这就要求学习者要经常参加实践课程，重视每一次任课老师安排好的实验，认真对待每一次的实验，端正态度。

每一次试验后要认真总结，在脑海中思考如何将本章所学理论知识运用到本次试验中。

要学会注重检验自己，反思问题。

数字电子技术是一门大学生必修的重要课程，该课程就是注重加强学生将理论知识与时间相结合的能力。

通过本次课程设计，我们设计小组的设计思路有所提高，排查电路故障和调试的能力都得到了一个很好的提升。

在课程设计之前，必须做好相关准备工作，如到图书室借阅资料，网上查找重要信息，了解设计任务的发展背景以及发展前途，关注当前社会的电子技术产品应用情况和社会的电子需求。

更重要的是，明白设计任务的重要意义，通过本次设计课题，自己需要提高什么，要善于寻找自己的弱点和错误，不断提高自己的设计水平。

最后一点，就是在做课设之前必须先将相关知识弄懂，不能迷糊的去做实验。

认真了解每一个逻辑元件的功能和使用方法，以免在设计中带来麻烦和错误。

一个课程设计就能反映一个学习者的理论知识是否学的扎实。

因此，设计小组强烈建议进行电子技术设计的学生一定要注意平时学好数字逻辑与数字系统的课程知识。

附录1元件清单

共阴极八段数码管6片

共阴极BCD码七段译码器/驱动器74LS486片

十进制集成同步加法计数器74LS1606片

四-2输入与非门74LS003片

74LS741个

74ls203片

六反相器74LS042片

14位二进制串行计数器/分频器CC40601片

30PF的电容2个

共射极三极管1个

晶振XTAL32768H