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1、课 程 设 计课程名称 _数字电路基础 _ _ 题目名称多功能数字时钟设计学生学院材料与能源专业班级 08 电子材料 1 班学号3108007435 学生姓名指导教师2010 年 6 月 20 日多功能数字钟的电路设计一、设计任务与要求对时钟功能指标1）时钟显示功能，能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。2)具有校准时、分的功能。3)整点自动报时，在整点时，便自动发出鸣叫声，时长1s。选做：1)闹钟功能，可按设定的时间闹时。2)日历显示功能。将时间的显示增加“年”、“月”、“日”。对报告中的电路图要求1)原理图中元件电气图形符号符合国家标准；2)整体布局合理，注标规范、明确、美观，不产生歧义
2、。3）列出完整的元件清单(标号、型号及大小、封装形式、数量)4）图纸幅面为 A4。5）流程图的符号采用国际标准。二、原理电路和程序设计1、方案一（所选）一个具有计时、校时、报时、显示、闹钟等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路、闹钟等八部分组成。石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器译码，并通过显示器显示时间，闹钟计数器设定闹钟时间，当时钟时间跟闹钟时间一致时，闹钟响。数字钟的整机逻辑框图如下：闹钟电路整点报时文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W
3、2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1
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8、9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC
9、1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4图 1 数字钟整体逻辑图方案二一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等七部分组成。较于第一中方案，没有译码器，故难以实现闹钟时同用一组数码管，且不用译码器对应的数码管是四个管脚的数码管，可以省略好几块芯片，也不用加限流电阻，成本方面比较低。振荡器可以选择石英晶体
10、，也可用 555 定时器接成多谐振荡器，但石英振荡比较非常稳定，符合时钟的要求。2、整体电路，见附录3、单元电路的设计1）振荡器石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整，它是电子钟的核心，用它产生标准频率信号，再由分频器分成秒时间脉冲。用反相器与石英晶体构成的振荡电路如图2 所示。利用两个非门G1 和 G2 自我反馈，使它们工作在线形状态，然后利用石英晶体Z1来控制振荡频率。振荡器振荡频率的精度与稳定度基本上决定数字钟的准确度,晶振频率越高，计时准确度越高。目前常见的石英晶振频率是3MHz时，则振荡器输出频率为3MHZ。G2G1R11KR21KC1 0.01 FZ1 4MH
11、ZC2 10pF图 2 石英晶体振荡电路文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V
12、9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:C
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18、过 6 次 10 分频而获得 1HZ的方波信号。3）计数器整个计数器电路由秒计数器、分计数器、时计数器串接而成。秒计数器和分计数器各自由一个十进制计数器和一个六进制计数器串接组成，形成两个六十进制计数器。下面为六十进制计数器：（注：我用的是串行时钟，故60=6*10 就能分别为 6 进制和 10 进制计数。清 0 有两种方法，一为复位清0；二为置数清 0。我是采用置数来清 0，故当运行至 0101时就有进位输出 1，并将其信号输给 LOAD文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2
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25、V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4端，等下个信号到来时，就置0，故消除了复位复 0 的方案中会出现的短暂0110的出现，并能将进位信号延续所需的一个计数时钟时间。达到了很好的效果。故能实现 0101 时就有进位输出 1，等十位的下个计数时钟到来时，进位变为 0，故实现了同时造就了一个下降沿，作为计数时钟信号，实现了进位计数。图 3 60 进制时计数器可由两个十进制计数器并接并通过反馈（0100 1100）接成二十四制计数器。此处，我用的是并行输入时钟
26、信号，第一片的进位来控制十位的使能端，当运行到 0010/0011时就有置位信号，下个计数时钟到来时就变为 0000/0000，故实现了 24进制。文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K
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32、:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4图 4 24 进制4）译码器译码器由六片 74LS47D 组成，74LS47D 驱动器是与 8421BCD 编码计数
33、器配合用的 7 段译码驱动器。一片74LS47D 驱动一只数码，72LS47D 为了限制数码管的导通电流，在72LS247 的输出与数码管的输入端之间均应串有限流电阻。5）显示器本系统用七段发光数码管来显示译码器输出的数字，发光数码管有两种：共阳极或共阴极。74LS47D 驱动器是低电平输出，接共阳极数码管，中间要加限流电阻 100 欧200欧，数码管的工作电压为1.8V2.2V，工作电流为 1015m A。（电路图见图 3）6）校时电路刚接通电源或走时不准时，都需要进行时间的时分校准。实现校时电路的方法有很多，采用简单方便的方法。长按开关则连接计数脉冲，以达要求。另外，其脉冲的频率不是1Hz
34、，而是大于 1Hz（这里取 3Hz），从而快速校时。文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S
35、5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4
36、文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G
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39、L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I
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41、触发器，等到下一个脉冲来的时候，刚好是输出报时信号，并持续1s 钟。图 6 正点报时电路8）闹钟部分电路闹钟电路中的计数器为另外一个计数器，专为闹钟计数而用，不过数码管可以用同一个。如何实现呢？我是用双向开关来控制译码器74LS47D：当开关接通哪部分，则那部分（闹钟部分或是时钟部分）的计数器的计数情况。这样，既不影响时钟的正常计数，又能实现闹钟的时间设定，闹钟的脉冲与计数与校时电路的相似。另外，用数据比较器来实现时钟的时间与闹钟的时间相同时输出闹钟信号，持续 1 分钟。用四片 74LS45D 连接成 16位的数据比较器，进而比较时分的十位个位的每个管脚的状态是否相同，若相同，则有信号输出，否
42、则就没有。用小灯泡显示闹钟响的时间。文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W2F1L4文档编码:CH1M1I5G7X5 HN9K6Y4L10S5 ZC1V9W
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