多功能数字钟的设计方案及制作

目录

摘要 (1)

1数字钟的结构设计及方案选择 (2)

1.1振荡器的选择 (2)

1.2计数单元的构成及选择 (3)

1.3译码显示单元的构成选择 (3)

1.4校时单元电路设计及选择 (4)

2 数字钟单元电路的设计 (4)

2.1振荡器电路设计 (4)

2.2时间计数单元设计 (4)

2.2.1集成异步计数器74LS390 (5)

2.2.2 用74LS390构成秒和分计数器电路 (5)

2.2.3用74LS390构成时计数器电路 (6)

2.2.4 时间计数单元总电路 (7)

2.3译码显示单元电路设计 (7)

2.4 校时单元电路设计 (7)

2.5整点报时单元电路设计 (1)

3 数字钟的实现电路及其工作原理 (9)

4电路的搭建与调试 (10)

5结束语 (10)

参考文献 (11)

附录1： (12)

摘要

数字钟被广泛用于个人家庭及公共场所,成为人们日常生活中的必需品。诸如定时自动报警、按时自动打铃、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意。

数字电子钟，从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。数字电子钟有以下几部分组成：振荡器，分频器，60进制的秒、分计时器和12进制计时计数器，秒、分、时的译码显示部分及校正电路等。

关键词：数字钟 555多谐振荡器计数器 74LS390 74LS48

数字电子时钟的设计及制作

1数字钟的结构设计及方案选择数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路。主要由振荡器、分频器、计数器、译码器显示器和校时电路组成。振荡器产生稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，通常使用石英晶体震荡器，然后经过分频器输出标准秒脉冲，或者由555构成的多谐振荡器来直接产生1HZ的脉冲信号。秒计数器满60后向分计数器进位，分计数器满60后向小时计数器进位，小时计数器按照“12翻1”规律计数。计数器的输出分别经译码器送显示器显示。由于计数的起始时间不可能与标准时间一致，故需要在电路上加一个校时电路，当计时出现误差时，可以用校时电路校时、校分。如图 1-1所示为数字钟电路系统的组成框图。

图1-1数字钟电路系统的组成框图

方案一：首先构成一个NE555定时器产生震荡周期为0.5秒的标准秒脉冲，在加一个74ls74分频电路。由74LS390采用清零法分别组成六十进制的秒计数器、六十进制分计数器、十二进制时计数器。使用74ls74d的输出作为秒记数器的CP脉冲，把秒记数器地进位输出作为分记数器地CP脉冲，分记数器的进位输出作为时记数器的CP脉冲。使用74LS48为驱动器，共阴极数码管作为显示器,再以基本RS锁存器构成校时电路。

方案二：首先构成一个由石英晶体振荡器和由CD4060构成的分频器构成的产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲，由CD4518采用清零法分别组成六十进制的秒计数器、六十进制分计数

器、十二进制时计数器。使用由石英晶体振荡器和由CD4060构成的分频器构成的产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲，把秒计数器地进位输出作为分计数器的CP脉冲，分计数器的进位输出作为时计数器的CP脉冲。使用CD4511为驱动器，共阴极数码管作为显示器。

本次设计中我选用方案一进行设计。

1.1振荡器的选择

方案一：采用石英晶体振荡器。石英晶体振荡器具有体积小、重量轻、可靠性高、频

谐振元件但成本相对较高。

方案二：采用555多谐振荡器。555多谐振荡器只需简单的电阻器、电容器即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广可由几微秒至几小时之久。其操作电源范围广可与TTL、CMOS等逻辑电路配合，它的计时精确度高、温度稳定度佳且成本较低。综上所述分析故选方案二555多谐振荡器做数字钟的核心。

1.2计数单元的构成及选择

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，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为12进制计数器。计数单元可选择异步十进制计数器74LS390，异步十进制计数器74LS90，双时钟同步加减计数器74LS192都可以很容易构成十进制，十二进制，二十四进制，六十进制分频器。

方案一：采用CMOS电路。CMOS电路是一种低功耗器件。虽功耗低但是当电流过大时会烧毁芯片并且COMS电路的速度慢传输延迟时间长(25-50ns)。

方案二:采用TTL电路。TTL电路是电流控制器件TTL电路的速度快传输延迟时间短(5-10ns)能到达很好的精度。通过以上两种方案的比较故选方案二。在设计中我选择74LS390。

1.3译码显示单元的构成选择

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。显示电路的组成主要是数码管，数码管由7个发光二极管组成，行成一个日字形，它门可以共阴极，也可以共阳极，本设计中为共阴极七段显示LED数码管。可采用74LS47，74LS48,CD4511等集成电路将BCD码译成段码发送给7段发光二极管数码管，当然要选择相配的共阴极或共阳极译码驱动器。

方案一：使用CD4511和LG5011AH。

方案二：选择74LS48和TLG342。在这个电路中我选择了74LS48+数码显示管。

1.4校时单元电路设计及选择

当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正，所以数字钟应具有分校正和时校正功能。对校时电路的要求是：在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。手动产生单次脉冲作校时脉冲，即每拨动校时开关一个来回，计数器计数一次，多次拨动开关就可以进行准确校时。

在设计中我选用基本SR锁存器进行设计校时电路，因为在校时时可能会出现抖动现象使结果不准确，基本SR锁存器既简单方便又可以消除这个现象。

2 数字钟单元电路的设计

2.1振荡器电路设计

多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压UC为低电平，小于（1/3）VCC，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出UO为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压UC按指数规律上升，当UC上升到（2/3）VCC 时，输出UO为低电平，放电管VT导通，把UC从（1/3）VCC上升到（2/3）VCC这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。时间常数T=0.7（R1＋2R2）C。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出

可得矩形波。其原理图如图2-1：

图2-1 用555定时器组成振荡器的电路

2.2时间计数单元设计

时间计数单元由时计数、分计数和秒计数等几个部分组成。时计数单元为12数器计