数字时钟知识讲解

数字时钟

目录

一、引言

1.1研究背景与意义

1.2设计原理

二、理论基础与分析

2.1 石英晶体振荡器

2.2 分频器

2.3 时、分、秒计数器的设计

2.4 译码显示电路的设计

2.5 时间校正电路

2.6 工作原理

三、结论

四、参考文献

五、附录

一、引言

1.1研究背景与意义

随着科学技术的不断发展, 人们对时间计量的精度要求越来越高。高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器, 由于电子钟、石晶表、石英钟都采用了石英技术, 因此走时精确度高, 稳定性好, 使用方便, 不需要经常调校. 数字式电子钟用集成电路计时时, 译码代替机械式传动, 用LED显示器代替指针显示进而显示时间, 减小了计时误差.这种表具有时、分、秒、显示时间的功能, 还可以进行时、分、秒的校对。片选的灵活性好。

1.2设计原理

图1 数字电子钟逻辑框图

二、理论基础与分析

主体电路由功能部件和单元电路组成。各功能部件的设计介绍分别为：

2.1 石英晶体振荡器

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。如下图图2所示为电子手表集成电路中的晶体振荡器电路。

图2 石英晶体振荡电路

该电路由F0=32768Hz的石英晶体和一个反向器构成稳定性好、精确度高的时间标准信号源。利用石英晶体来控制振荡频率, 电阻为反馈元件, 电容C 防止寄生振荡，调节可变电容C1可以对振荡器的频率进行微调，再通过反向器输出频率为32768Hz的方波脉冲信

号。

2.2 分频器：

石英晶体振荡器产生较高的32768Hz 的频率, 而电子钟需要秒脉冲, 故可采用分频电路实现,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，它可由74LS393（其引脚及功能表见附录）所组成，其电路图为图3

所示：

图3 分频电路

对于单个二进制计数器而言，周期信号从CP端输入，则可以从Q0、Q1、Q2和Q3端分别得到2分频、4分频、8分频和16分频的信号。本电路中石英晶体振荡器产生的32768Hz的方波脉冲信号经74LS393的三次16分频和一次8分频成为1Hz的信号即秒信号。前三个16分频计数器从Q3脚输出。因而不需要清零复位。第四个8分频计数器从Q2脚输出，需要在输出的同时让计数器复位清零即构成三位二进制计数器。因此将第二个74LS393的2Q2

与2CR引脚相连。第2Q2脚的输出就是秒信号，又是计数器的复位脉冲信号。

2.3 时、分、秒计数器的设计

图4 60 进制计数电路

分和秒计数器都是模M=60的计数器，其记数规律为00—01--、、、、、、--58—59—00、、、、、、可选用74LS160作为计数器级联组成，其电路图如上图图4所示：

由图可知CR接高电平，秒信号脉冲从CP端输入进行十进制记数，满十通过CO输出进位信号，此信号用于控制秒十位计数器的记数。秒十位计数器为六进制计数器。Q1、Q2的输出端通过与非门输出构成清零复位信号给CR端，从而构成六进制计数器。同时这个信号还要作为秒计数器的进位脉冲送到分计数器。秒十位计数器的CP脉冲的输入要通过一个与门受到秒个位计数器的进位信号

CO的控制。只有当CO=1时，秒计数脉冲才可能通过与门进入秒十位计数器的CP中。

分计数器的组成电路与秒计数器的组成电路完全相同。不过进入CP 的脉冲信号为由秒十位进位信号与非后输入的信号。

时计数器也是由两个74LS160串联组合而成。其电路图如图图5所示：

图5 24 进制计数电路

本电路采用时24进制显示方式。时个位计数器开始作为十位计数器产生0—9的计时个位，当下一时间10点到时向上输出进位信号CO=1，同时时十位计数器加1，等计时到23点后再来时计数脉冲（即分记述满60）时计数器要清零复位。所以十位计数器的Q0和时个位计数器的Q1通过与非门产生清零复位信号，使时计数器具备00——23循环计数的功能。然后将六个计数器的计数结果通

过计数器的Q0----Q3输出端送到七端显示译码驱动电路中。其中74LS160引脚排列及功能表见附录

2.4 译码显示电路的设计

译码是把给定的代码进行翻译, 将时、分、秒计数器输出的四位二进制代码翻译为相应的十进制数, 并通过LED 显示器显示, 通常LED 显示器与译码器是配套使用的。我们选用的七段译码驱动器(74LS247) 和数码管(LED) 是共阳接法。LED 显示器的3、8 管脚接一起, 限流电阻为200Ω和+ 5V联接。其中74LS147的引脚及功能表见附录。译码显示电路如图6 所示。

图6 译码显示电路

其中4 BI/RBI、5 RBI、3 LI引脚具有消隐、输入/串引消隐输出、串行消引输入、灯测试的功能，且为使74LS247正常工作，须将控制信号端BI/RBO、RBI、LT的引脚全部高电平。它们分别对

时、分、秒计数器的输出进行译码，通过7个限流电阻与LED数码器连接。调节限流电阻的值可以改变LED亮度。LED数码器采用共阳接法，阳极采用+5V电源作为发光二极管的驱动电源。

2.5时间校正电路：

当电子钟接通电源或者计时发现误差时, 均需要校正时间。校时电路分别实现对时、分和秒的校准。

（1）时、分时间校正电路

其电路图如图所示：

图7 时、分校时电路

当开关S1接地时，相当于输入0，与非门被关闭，秒脉冲信号无法输入，数字电子钟正常工作。当开关S1接+5V时相当于输入1，与非门被打开,秒脉冲信号直接输入到时/分计数器中。时/分计数器按秒进行计数；当时/分计数器调整到正确的时间时，马上将开关S1切换到接地，数字电子钟进入正常工作状态。从而时计数器的调整。