杭电短学期数字电子钟整点报时系统实验报告

杭电数字电子钟整点报时系统实验报告

链接: http://pan.杭电baidu.杭电com杭电/s杭电/1nuxwOdz 密杭电码: k4yy 1.自主设计：

1.1选题目的

数字电子钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械钟相比具有更高的准确性和直观性，且具有无机械传动装置等特点，因此得到了广泛的使用。数字电子钟从原理上看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。设计与制做数字电子钟可以使我们了解数字电子钟的原理，并且学会制作数字电子钟。而且通过数字电子钟的制作进一步地了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及使用方法.且由于数字电子钟包括组合逻辑电路和时序电路.通过此次课程设计可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。(为方便测试，实际电路只做分秒单元，电路改为分钟报时)

1.2项目构思

1.2.1设计任务和基本要求

用中、小规模集成电路设计一台能显示分、秒的数字电子钟，基本要求如下：

·各用2位数码管显示累计时间“分”、“秒”；

·具有校时功能，可以分别对分及秒进行单独校时，使其校正到标准时间；·具有整点报时功能。要求整点前鸣叫五次低音（500Hz左右），整点时再鸣叫一次高音（1000Hz左右），共鸣叫6响，两次鸣叫间隔0.5S。

1.2.2设计方案（系统简介）

整个设计主要分为六个模块：分模块、秒模块、分频模块、校时模块、整点报时模块、译码显示模块。分、秒模块分别用两块CD4029实现，并且分别将它们都设置为60进制。秒信号的产生，用石英晶体振荡器产生32768Hz的脉冲，经过整形、分频产生1Hz的秒脉冲。分频用CD4060分出2Hz的脉冲，再用CD4013分出1Hz 的脉冲。将秒信号送入秒模块，每累计60秒发出一个分脉冲信号，分模块实现60分钟的累计，通过用74LS47实现的译码显示电路将时间在四个七段LED显示器中显示出来。整点报时电路根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后加上一

个高频或低频信号送到蜂鸣器实现报时。校时电路是直接加一个脉冲信号到分计数器或者秒计数器来对“分”、“秒”显示数字进行校对调整。 1.2.3原理框图

数字电子钟系统框图（实际报告不画小时单元）

1.2.4各模块电路设计 1．分频模块（秒信号发生器）

这部分电路现有石英晶体振荡器产生32768Hz 的脉冲，经过CD4060十四次分频后产生2Hz 的脉冲。再经过CD4013产生1Hz 的脉冲。原理比较简单。

CD4060是十四位二进制计数器。它内部有十四级二分频器，有两个反相器G1、G2。R 为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。在CP 1下降沿，计数器以二进制计数。CP 1(11脚)、CP 0(10脚)分别为时钟输入、输出端。电源电压范围为3V ～15V ，输入电压范围为0V ～VDD 。它有十六个引脚，Q4～Q10、Q12～Q14为计数器输出端。VDD 接正电源，Vss 接地。其引脚图如下所示：

在CD4060的10、11脚之间接上一个32768Hz 的晶体，就可以构成一个振荡器，其输出脉冲经过施密特整形电路整形后送入内部进行计数、分频，经

214=16384分频，在输出端可得到2Hz （Hz 22

Hz

3276814

）的标准信号。再经一级CD4013组成的一级分频电路分频，即可得到秒脉冲信号。CD4013为双D 触发器，在CP 上升沿有效。其特性表如下：

内部功能框图

2. 分模块、秒模块（60进制计数器）

分模块、秒模块为60进制计数器。60进制计数器可由两个计数器CD4029经过一定的方式连接组成的。一片CD4029用低位，另一片设计成六进制计数器做为高位。

CD4029是由具有预进位功能的4位二进制或BCD 码十进制加减计数器构成。PE 为高电平时，J1～J4预置计数器为任何状态,为低电平时,对计数器清零。当CI 和PE 均为低电平时,在时钟上升沿计数器计数。CO 一般为高电平,只有在加至最大或减至最小时,为低电平。计数器闲置时,CI 端需与VSS 相连,当B/D 为高电平时,以二进制计数;反之,为十进制。U/D 为高电平时,为加计数器;反之,为减计数器。

故将“B／D”接低电平,将“U／D”接高电平。将第一片CD4029计数器的进位输出CO连到第二片CD4029计数器的进位输入CI,可实现100进制的计数器。利用“反馈置零”的方法,当计数器输出“2Q3Q2Q1Q0、1Q3Q2Q1Qo=0110、0000”时，通过门电路形成一置数脉冲，使计数器归零,这样就实现了60进制计数器。

60进制计数器

3.译码显示模块

译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出的高、低电平信号。常用于驱动LED七段数码管的译码器有74LS47。

74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器,74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码,可以直接把数字转换为数码管的显示数字。74LS47为低电平作用,专用于驱动LED七段共阳极显示数码管。下表列出了74LS47的真值表,表示出了它与数码管之间的关系。

本实验选用七段共阳极显示数码管，把数码管abcdefg的7个发光二极管的正

极连接在一起并接到5V电源上，其余的7个负极接到74LS47相应的abcdefg输出端上。无论共阴共阳7段显示电路，都需要加限流电阻，否则通电后就把7段译码管烧坏！限流电阻的选取是：5V电源电压减去发光二极管的工作电压除上10ma到15ma得数即为限流电阻的值。发光二极管的工作电压一般在1.8V--2.2V，为计算方便，通常选2V即可！本实验选取100Ω限流电阻。

B CD码译码显示器

4. 校时模块

校时电路是数字中不可缺少的部分，当数字显示与实际时间不符时，就要根据标准时间进行校时。其简单电路如下所示：

秒、分的“校时”电路

K 1、K

2

分别控制校“秒”和校“分”。具体是这样的，当K

1

断开时，G1与非门打

开，正常进行计秒。当需要校秒时，闭合K

1

，此时G1与非门被断开，此时暂停

秒计时,时间正确时打开K

1正常计秒。需要校分时闭合K

2

，G3与非门输出高电

平，秒信号直接通过G2、G4门电路被送到分计数器中，使分计数器以秒的节奏快速计数。当分计数器的显示与标准时间数值相符时，松开K2。当松开K2时，门电路G2封锁秒脉冲，输出高电平，门电路G4接受来自秒计数器的输出进位信号，使分计数器正常工作。这就是校时电路的基本原理。

5. 整点报时模块