1樓：匿名使用者
數位電子鐘的設計（由數字ic構成）
一、設計目的
1. 熟悉積體電路的引腳安排。
2. 掌握各晶片的邏輯功能及使用方法。
3. 瞭解麵包板結構及其接線方法。
4. 瞭解數字鐘的組成及工作原理。
5. 熟悉數字鐘的設計與製作。
二、設計要求
1．設計指標時間以24小時為一個週期；顯示時、分、秒；有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間；計時過程具有報時功能，當時間到達整點前5秒進行蜂鳴報時；為了保證計時的穩定及準確須由晶體振盪器提供錶針時間基準訊號。2．設計要求畫出電路原理圖（或**電路圖）；元器件及引數選擇；電路**與除錯；pcb檔案生成與列印輸出。
3．製作要求 自行裝配和除錯，並能發現問題和解決問題。
4．編寫設計報告 寫出設計與製作的全過程，附上有關資料和圖紙，有心得體會。
三、設計原理及其框圖
1．數字鐘的構成
數字鐘實際上是一個對標準頻率（1hz）進行計數的計數電路。由於計數的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1hz時間訊號必須做到準確穩定。通常使用石英晶體振盪器電路構成數字鐘。
圖 3-1所示為數字鐘的一般構成框圖。
圖3-1 數字鐘的組成框圖
⑴晶體振盪器電路
晶體振盪器電路給數字鐘提供一個頻率穩定準確的32768ｈz的方波訊號，可保證數字鐘的走時準確及穩定。不管是指標式的電子鐘還是數字顯示的電子鐘都使用了晶體振盪器電路。
⑵分頻器電路
分頻器電路將32768ｈz的高頻方波訊號經32768（ ）次分頻後得到1hz的方波訊號供秒計數器進行計數。分頻器實際上也就是計數器。
⑶時間計數器電路
時間計數電路由秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器及時個位和時十位計數器電路構成，其中秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器為60進位制計數器，而根據設計要求，時個位和時十位計數器為12進位制計數器。
⑷譯碼驅動電路
譯碼驅動電路將計數器輸出的8421bcd碼轉換為數碼管需要的邏輯狀態，並且為保證數碼管正常工作提供足夠的工作電流。
⑸數碼管
數碼管通常有發光二極體（led）數碼管和液晶（lcd）數碼管，本設計提供的為ｌｅｄ數碼管。
2．數字鐘的工作原理
１）晶體振盪器電路
晶體振盪器是構成數字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準確及穩定。
圖3-2所示電路通過ｃｍｏｓ非門構成的輸出為方波的數字式晶體振盪電路，這個電路中，ｃｍｏｓ非門ｕ１與晶體、電容和電阻構成晶體振盪器電路，ｕ２實現整形功能，將振盪器輸出的近似於正弦波的波形轉換為較理想的方波。輸出反饋電 阻ｒ１為非門提供偏置，使電路工作於放大區域，即非門的功能近似於一個高增益的反相放大器。電容ｃ１、ｃ２與晶體構成一個諧振型網路，完成對振盪頻率的控制功能，同時提供了一個１８０度相移，從而和非門構成一個正反饋網路，實現了振盪器的功能。
由於晶體具有較高的頻率穩定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩定和準確。
晶體xtal的頻率選為32768hz。該元件專為數字鐘電路而設計，其頻率較低，有利於減少分頻器級數。
從有關手冊中，可查得c1、c2均為30pf。當要求頻率準確度和穩定度更高時，還可接入校正電容並採取溫度補償措施。
由於cmos電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻r1可選為10mω。較高的反饋電阻有利於提高振盪頻率的穩定性。
非閘電路可選74hc00。
圖3-2 coms晶體振盪器
２）分頻器電路
通常，數字鐘的晶體振盪器輸出頻率較高，為了得到１ｈz的秒訊號輸入，需要對振盪器的輸出訊號進行分頻。
通常實現分頻器的電路是計數器電路，一般採用多級２進位制計數器來實現。例如，將３２７６８ｈz的振盪訊號分頻為１ｈz的分頻倍數為３２７６８（２１５），即實現該分頻功能的計數器相當於１５極２進位制計數器。常用的２進位制計數器有７４ｈｃ３９３等。
本實驗中採用cd4060來構成分頻電路。cd4060在數字積體電路中可實現的分頻次數最高，而且cd4060還包含振盪電路所需的非門，使用更為方便。
ｃｄ４０６０計數為１４級２進位制計數器，可以將３２７６８ｈz的訊號分頻為２ｈz，其內部框圖如圖3-3所示，從圖中可以看出，ｃｄ４０６０的時鐘輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實現振盪和分頻的功能。
圖3-3 cd4046內部框圖
３）時間計數單元
時間計數單元有時計數、分計數和秒計數等幾個部分。
時計數單元一般為１２進位制計數器計數器，其輸出為兩位８４２１ｂｃｄ碼形式；分計數和秒計數單元為６０進位制計數器，其輸出也為８４２１ｂｃｄ碼。
一般採用10進位制計數器74hc390來實現時間計數單元的計數功能。為減少器件使用數量，可選７４ｈｃ３９０，其內部邏輯框圖如圖 ２.３所示。
該器件為雙２—５－１０非同步計數器，並且每一計數器均提供一個非同步清零端（高電平有效）。
圖3-4 74hc390(1/2)內部邏輯框圖
秒個位計數單元為１０進位制計數器，無需進位制轉換，只需將ｑａ與ｃｐｂ（下降沿有效）相連即可。ｃｐａ（下降沒效）與１ｈz秒輸入訊號相連，ｑ３可作為向上的進位訊號與十位計數單元的ｃｐａ相連。
秒十位計數單元為６進位制計數器，需要進位制轉換。將１０進位制計數器轉換為６進位制計數器的電路連線方法如圖3-5所示，其中ｑ２可作為向上的進位訊號與分個位的計數單元的ｃｐａ相連。
圖3-5 10進位制——6進位制計數器轉換電路
分個位和分十位計數單元電路結構分別與秒個位和秒十位計數單元完全相同，只不過分個位計數單元的ｑ３作為向上的進位訊號應與分十位計數單元的ｃｐａ相連，分十位計數單元的ｑ２作為向上的進位訊號應與時個位計數單元的ｃｐａ相連。
時個位計數單元電路結構仍與秒或個位計數單元相同，但是要求，整個時計數單元應為１２進位制計數器，不是１０的整數倍，因此需將個位和十位計數單元合併為一個整體才能進行１２進位制轉換。利用１片７４ｈｃ３９０實現１２進位制計數功能的電路如圖3-6所示。
另外，圖3-6所示電路中，尚餘－２進位制計數單元，正好可作為分頻器２ｈz輸出訊號轉化為１ｈz訊號之用。
圖3-6 12進位制計數器電路
4）譯碼驅動及顯示單元
計數器實現了對時間的累計以8421bcd碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計數器的輸出數碼轉換為數碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用cd4511作為顯示譯碼電路，選用led數碼管作為顯示單元電路。
5）校時電源電路
當重新接通電源或走時出現誤差時都需要對時間進行校正。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數通路，然後再進行人工出觸發計數或將頻率較高的方波訊號加到需要校正的計數單元的輸入端，校正好後，再轉入正常計時狀態即可。
根據要求，數字鐘應具有分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數通路，並採用正常計時訊號與校正訊號可以隨時切換的電路接入其中。圖3-7所示即為帶有基本rs觸發器的校時電路，
圖3-7 帶有消抖動電路的校正電路
6）整點報時電路
一般時鐘都應具備整點報時電路功能，即在時間出現整點前數秒內，數字鐘會自動報時，以示提醒。其作用方式是發出連續的或有節奏的音訊聲波，較複雜的也可以是實時語音提示。
根據要求，電路應在整點前10秒鐘內開始整點報時，即當時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制訊號。報時電路選74hc30，選蜂鳴器為電聲器件。
四、元器件
1．實驗中所需的器材：5v電源。麵包板1塊。示波器。萬用表。鑷子1把。剪刀1把。網路線2米/人。
共陰八段數碼管6個。cd4511整合塊6塊。cd4060整合塊1塊。74hc390整合塊3塊。
74hc51整合塊1塊。74hc00整合塊5塊。74hc30整合塊1塊。10mω電阻5個。
500ω電阻14個。30p電容2個。32.768k時鐘晶體1個。蜂鳴器。
2．晶片內部結構圖及引腳圖
圖4-1 7400 四2輸入與非門 圖4-2 cd4511bcd七段譯碼/驅動器
圖4-3 cd4060bd 圖4-4 74hc390d
圖4-5 74hc51d 圖4-6 74hc30
3．麵包板內部結構圖
麵包板右邊一列上五組豎的相通，下五組豎的相通，麵包板的左邊上下分四組，每組中x、y列（0-15相通，16-40相通，41-55相通，abcde相通，fghij相通，e和f之間不相通。
五、個功能塊電路圖
1． 一個cd4511和一個led數碼管連線成一個cd4511驅動電路，數碼管可從0---9顯示，以次來檢查數碼管的好壞，見附圖5-1。圖5-1 4511驅動電路2． 利用一個led數碼管，一塊cd4511，一塊74hc390，一塊74hc00連線成一個十進位制計數器，電路在晶振的作用下數碼管從0—9顯示，見附圖5-2。
圖5-2 74390十進位制計數器3． 利用一個led數碼管，一塊cd4511，一塊74hc390，一塊74hc00和一個晶振連線成一個六進位制計數器，數碼管從0—6顯示，見附圖5-3。圖5-3 74390六進位制計數器4． 利用一個六進位制電路和一個十進位制連線成一個六十進位制電路，電路可從0—59顯示，見附圖5-4。
圖5-4 六十進位制電路5． 利用兩個六十進位制的電路合成一個雙六十進位制電路，兩個六十進位制之間有進位，見附圖5-5。
圖5-5 雙六十進位制電路6． 利用cd4060、電阻及晶振連線成一個分頻——晶振電路，見附圖5-6。
圖5-6 分頻—晶振電路7． 利用74hc51d和74hc00及電阻連線成一個校時電路，見附圖5-7。
圖5-7 校時電路
8． 利用74hc30和蜂鳴器連線成整點報時電路。見附圖5-8。
圖5-8 整點報時電路
9． 利用兩個六十進位制和一個十二進位制連線成一個時、分、秒都會進位的電路總圖，見附圖5-9。
用ttl積體電路構成的「二十四小時數字鐘」，具有校時和整點報時功能，555定時器接成多諧振盪器產生秒脈衝訊號，調節rw即可校準秒信告，計數器7416 i、ii組成60進位制「秒」計數電路，iii、iv組成「分」計數電路，v、vi組成24進位制「時」計數電路，校時電路由與非門7400構成的雙穩態觸發路構成，可消除開關抖動的影響，整點報時 電路 由與非門7430和d觸發器7474構成 ，1秒鐘響一聲、直至整點為止。
有關用晶振電路產生秒脈衝電路的「12小時數字鐘，請看下回貼 數位電子鐘參考電路（24小時數字鐘）
上面的電路圖是用ttl積體電路構成的「二十四小時數字鐘」，具有校時和整點報時功能，555定時器接成多諧振盪器產生秒脈衝訊號，調節rw即可校準秒信告，計數器7416 i、ii組成60進位制「秒」計數電路，iii、iv組成「分」計數電路，v、vi組成24進位制「時」計數電路，校時電路由與非門7400構成的雙穩態觸發路構成，可消除開關抖動的影響，整點報時 電路 由與非門7430和d觸發器7474構成 ，1秒鐘響一聲、直至整點為止。
有關用晶振電路產生秒脈衝電路的「12小時數字鐘，請看下回貼圖。
為什么石英錶帶電子，為什麼石英錶帶電子
一 能量 不同 石英錶是能電子晶片計時，發出計時脈衝，驅動永磁步進電機帶動機械指標顯示時間，也是由電池提供能量。電子錶是用電子計時晶片製作，以7段液晶數碼顯示時間的手錶。功能較多。用鈕釦電池供電，提供能量。二 走時誤差不同 石英錶是在80年代開始出現。主要特點一是採用高基準頻率的石英 器，精度比電子...
數位電子技術，數位電子技術
這個很簡單啊，別被圖迷惑了，看電路圖，當rd非和sd非都等於0時，因為0不管和0還是1的與非都等於1，所以q和q非都等於1啊，所以當然畫圖看起來就不對稱，看來你學的還不夠紮實，記得多看電路圖。數位電子技術 50 電子技術數字化，就是把類比電子技術通過採點取樣變成不同組合的數字。具有不失真，抗干擾，精...
類比電子和數位電子有什麼區別，模擬和數字有什麼區別
數位電路是處理邏輯電平訊號的電路，它是用數字訊號完成對數字量進行算術運算和邏輯運算的電路。從整體上看，數位電路分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。數位電路是類比電路的基礎上發展起來的，數位電路是以類比電路為基礎的它們的基礎就是電流和電壓，但它們有著本質的區別。在一個週期內類比電路的電流和電壓是持續...