数字电子钟设计方案

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数字电子钟设计方案

数字计时器的设计思想

要想构成数字钟，首先应选择一个脉冲源——能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。而脉冲源产生的脉冲信号地频率较高，因此，需要进行分频，使得高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号，即“秒脉冲信号”（频率为1Hz）。经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数。由于计时的规律是：60秒=1分，60分=1小时，24小时=1天，就需要分别设计60进制，24进制计数器，并发出驱动信号。各计数器输出信号经译码器、驱动器到数字显示器，是“时”、“分”、“秒”得以数字显示出来。

值得注意的是：任何记时装置都有误差，因此应考虑校准时间电路。校时电路一般采用自动快速调整和手动调整“自动快速调整”可利用分频器输出的不同频率的脉冲使显示时间自动迅速调整时间。“手动调整”可利用手动的节拍调准显示时间。

数字电子钟组成框图

数字钟的组成框图如图1.1所示分别由显示电路，译码电路，计数器，校时电路，和脉冲产生的分频器及振荡器。

图1.1数字钟的一般构成框图

单元电路设计及元器件参数选择

秒信号电路

它是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定于数字中的质量.通常晶体振荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。

多谐振荡器电路与分频电路如图1.2所示。多谐振荡器与分频电路为计数器提供计数脉冲和为计数器提供校时脉冲。

图1.2多谐振荡器电路与分频电路

f=1/0.7(Rw+2R)C

多谐振荡器的频率设计为2Hz，R为50kΩC为4.7μF。

f=1/0.7(Rw+2R)C=1/0.7(50+2*51)*103*4.7*10-6≈2Hz

调节电位器Rw，使多谐振荡器产生频率为2Hz的方波信号。多谐振荡器产生的2Hz脉冲信

号经过CD4013组成的分频器，进行2分频，输出1Hz的秒脉冲为计数器的计数脉冲。

555定时器的引脚图如图1.3所示。

图1.3555定时器引脚图

D触发器CD4013的引脚图如图1.4所示

图1.4 CD4013引脚图

时、分、秒计数器

秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后。分别得到显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。“秒”和“分”计数器应为六十进制，而“时”计数器应为二十四进制。要实现这

一要求，可选用的中规模集成计数器较多，这里推荐74LS160或74LS161。

a.六十进制计数器，它由两块中规模集成十进制计数器74LS161，一块组成十进制，另一块

组成六进制。组合起来就构成六十进制计数器，如图1.5所示六十进制计数器。

图 1.5两块74LS160构成的六十进制计数器

b.二十四进制计数器。它由两块中规模集成十进制计数器74LS160构成。当高位出现0010状态，低位为0100状态，即计到第24个来自“分”计数器的进位信号时，产生反馈清零信号，

如图1.6所示为二十四进制计数器。

图 1.6两块74LS160构成的二十四进制计数器

译码显示电路

选用器件时应当注意译码器和显示器件相互配合。一是驱动功率要足够大，二是逻辑电平要

匹配

秒计数器、分计数器、和时计数器的计数分别输送给各自的显示译码器CD4511，在数送给

各自的数码管，显示出时、分、秒的计时。电路如图1.7所示为计数、译码显示电路。

1.7计数、译码显示电路

1.3.4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。置开关在手动位置，分别

对时、分、秒进行单独计数，计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输入。校时电路如图1.12所示

为校时电路。由与非门和二个开关组成，实现对“时”、“分”的校准。

1.12校时电路

当校时开关K1、K2扳到A端时，校时的2Hz脉冲输送到时计数器和分计数器个位的CP端，进行时计数器和分计数器“时”、“分”的校准。当校时开关K1、K2扳到B端时，时计数器和

分计数器的进位脉冲输送到时计数器和分计数器个位的CP端，时钟正常计时。

1.3.5总体电路

数字钟以成为人们常生活中数字电子钟一般由振荡器，分频器，译码器，显示器等部分组成。数字钟的应用非常广泛，应用于人家庭以及车站。码头。剧场，办公室等公共场所，给人们

的生活，学习，工作，娱乐带来极大的方便，由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的

石英技术，使数字钟具有走时准确，性能稳定，携带方便等特点，它还用于计时，自动报时

及自动控制等各个领域。尽管目前市场上以有现成数字钟集成电路芯片，价格便宜这些都是

数字电路中最基本的，应用最广的电路。数字电子钟的基本逻辑功能框图如下：它是一个将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。他的计时装置的周期为24小时，显示满

刻度为23时59分59秒，另外应有校时功能。因此，一个基本数字钟主要由五部分组成。1555定时器原理：

晶体震荡器的作用是产生时间标准信号。数字钟的精度，主要取决于时间标准信号的频率及

其稳定度。因此，一般用石英震荡器经过分得到。双极型555定时器由电阻分压器、比较器、基本RS触发器、双极型三极管T和输出缓冲器组成。

2计数器原理：

有了时间标准：“秒”信号后，就可以根据60秒为1分，60分为1小时，24小时为一天的计

数周期，分别组成两个60进制，一个24进制的计数器。将这些计数器适当连接，就可以够

成秒，分时的计数器，实现计时功能。CD4518是一个同步加法计数器，在一个封装中含有

两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～{15}.该CD4518计数器是单路

系列脉冲输入4路BCD码信号输出。分别由CD4518组成60进制和24进制实现秒，分，时

的正常计数。

3译码和数码显示电路原理：

译码和数码显示电路是将数字钟的计时状态直观清晰地反映出来，被人们的视觉器官所接受。显示器件选用LED七段数码管。在译码及数码显示电路输出信号的驱动下，显示出清晰直观的数字符号。CD4511是一个用于驱动共阴极 LED（数码管）显示器的 BCD码—七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较

大的拉电流。可直接驱动LED显示器。

4校时电路原理：

实际的数字钟电路由于秒信号的精确性和不可能做到完全准确无误，加之电路中其他原因，

数字钟总会产生其他原因，数字钟总会产生走时误差的现象，因此，电路中就应该有校准时

间的功能的电路。CD4011为两输入与非门集成电路，校时电路由与非门组成当校时开关K1、K2扳到A端时，校时的2Hz脉冲输送到时计数器和分计数器个位的CP端，进行时计数器和分计数器“时”、“分”的校准。当校时开关K1、K2扳到B端时，时计数器和分计数器的进位

脉冲输送到时计数器和分计数器个位的CP端，时钟正常计时。

如图1.13所示为电子钟整体电路。