数字时钟设计与制作

数字时钟设计

学院：电气与电子工程学院

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数字时钟设计

设计目的一、

数字电子技术的迅速发展，使各种类型集成电路在数字系统、控制系统、信号处理等方面得到了广泛的应用。为了适应现代电子技术的迅

速发展需要，数字电路综合设计与制作数能够较好的面向数字化和专用集成电路的新时代，字钟，可以让我们了解数字时钟的原理。在实验原理的指导下，培养了分析和设计电路的能力。并且学会检查和排除故障，提高分析处理实验结果的能力。

二、设计要求

1、掌握各芯片的逻辑功能及使用方法

2、数字时钟时的计时要求为24翻1，分和秒的计时要求为60进制

3、准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时钟

4、写出设计、实验总结报告。

三、电路中主要元件及功能

1、芯片74290

74290的逻辑符号图如下：

74290的主要功能如下：

置“0”功能：当S9（1）9（2）=0，且R0（1）0（2）=1时，计时器置“0“，即Q3 Q2 Q1 Q0=0000

置“9”功能：当S9（1）9（2）=1且R0（1）0（2）=0时，计时器置“9”，即Q3 Q2 Q1 Q0=1001

时，输入计数脉冲，计=0）2（0）1（R0，且=0）2（9）1（S9计数

功能：当．

数器开始计数。计数脉冲由0输入，从Q0输出时，则构成一位二进制计数器；计数脉冲由1输入， Q3Q2Q1输出时，则构成异步五进制计数器；若将Q0和1相连，计数脉冲由0输入，输出为Q3Q2Q1Q0时，则构成8421码异步十进制计数器；若将Q3和0相连，计数脉冲由1输入，从高位到低位输出为Q0Q1Q2Q3时，则构成5421码异步十进制加法计数器。

2、芯片4511

4511的逻辑符号图如下：

4511是一个用于驱动共阴极（数码管）显示器的码—七段码译码器，特点是：具有转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的电路能提供较大的拉电流，可直接驱动显示器。

3、芯片4060

4060逻辑符号图如下：

4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是或晶所有的计数器位均为主从触振电路，为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。．

发器。在1(和0)的下降沿计数器以二进制进行计数。在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。

4、7

7的逻辑符号图如下：

7段数码管是利用7个（发光二极管）外加一个小数点的组合而成的

显示设备，可以显示0-9，10个数字和小数点。其半导体数码管有共阳极和共阴极两种类型。共阳极数码管的七个发光二极管的阳极接在一起，而七个阴极则是独立的，对低电平有效。共阴极数码管与共阳极数码管相反，七个发光二极管的阴极接在一起，而阳极是独立的，对高电平有效。所以共阳极数码管需要输出低电平有效的译码器去驱动。共阴极数码管则需输出高电平有效的译码器去驱动。

5、芯片7474

的逻辑符号图如下：

7474．

置位）每个触发器有数据输入端（D、触发器，内含两个独立的7474D 上升沿d QSDRD），低电平使输出、时钟输入（）和数据输出（）复位输入（Q、输入（）SDRD均无效（高电平）时，符、预置或清除，而与其它输入端的电平无关。当合建立时间要求的D数据在上升沿作用下传送到输出端。

四、数字时钟原理图

五、设计思路

1、数字时钟的构成

数字时钟是由脉冲发生器、计数器、译码器显示驱动电路和校时电路组成。振荡器产生稳定的高频脉冲信号,作为数字钟的时间基准,然后经过分频器输出标准小,后向小时计数器进位60分计数器满,后向分计数器进位60秒计数器满秒脉冲。．

时计数器按照“24翻1”规律计数。计数器的输出分别经译码器送显示器显示。由于计时会出现误差时,则需加校时电路对时、分进行校准。其组成框图如下图：

2、数字时钟的工作原理

1）脉冲发生器

电路采用了32768的石英晶振经过4060十四级二分频后，在经过7474 一级二分频，共十五级分频产生1的标准脉冲信号。其电路图如下：

2）时间计数器

被计数的输入信号就是时序网络计时器是一种计算输入脉冲的时序

逻辑网络，

的时钟脉冲，它不仅可以计数而且还可以用来完成其他的特定逻辑功

能，如测量、定时控制、数字运算等。数字时钟的计数电路是用两个六十进制计数电路和24翻1计数电路实现的。数字时钟的计数电路的设计可以用反馈归零法。当计数器正常计数时，反馈门不起作用，只有当进位脉冲到来时，反馈信号将计数电路清零，实现相应模的循环计数。

秒计数器是由双四位同步十进制加法计数器组成的六十进制计数器，其功能表如下

根据功能表，当1 脚脉冲为0，2脚下降时计数器做十进制加法计数，当个位计数到9，即1001时时钟清零，同时向引脚10即十位计数器的端送进一个下降脉冲，使十位计数器进一，当秒计数到60时，向分计时器送出一个脉冲信号，同时向秒计时器送清零信号，使秒计数清零。

分计时器的工作原理与秒计时器相同，其时钟脉冲来自于秒进位，其频率为1/60。时计时器的工作原理同秒计数器相似，但计时器单元应为24进制计数器，其时钟脉冲来自于分进位，其频率为1/3600。电路图如下：

3）译码显示驱动电路

位代码翻译并显示相应的4秒计数器输出的分、译码显示电路的功能是将时、．

十进制数的状态，通常译码器和显示器是配套使用的。

计数器实现了对时间的累计以8421码形式输出，用4511电路将计数器的输出数码转换为7数码管所需要的输出逻辑和一定的电流。其译码显示过程为：把计时器的输出数码接到驱动译码电路的U14、U13上，把秒计数器产生的60进位的二进制信号译成断代码，并驱动数码管6、5显示秒的十位与个位。、同理，U12、U11驱动数码管4、3显示分的十位与个位，U10、U9驱动数码管2、1显示时的十位与个位。其电路图如下：

4）、校时电路

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。调