多功能电子时钟课程项目设计方案

多功能电子时钟课程项目

设计方案

第一章：系统电路设计

1.1 系统总设计思路

数字电子计时器原理框图如图（1.1）所示，电路一般包括以下几个部分：振荡器、分频器、校时电路、时分秒计数器、译码显示电路。

图1.1 数字电子计时器原理框图

对于各部分

（1）振荡器用来产生相应频率的脉冲信号。

（2）分频器用来对振荡器产生的信号进行分频，从而得到电子计数器需要的1Hz秒脉冲。

（3）为使数字钟走时与标准时间一致，校时电路是必不可少的。设计中采用开关控制校时直接用秒脉冲先后对“时”“分”计数器进行校时操作。（4）计数电路，通过计数输出产生相应的二进制码元，再输入到译码器。

（5）译码电路和显示器为一个整体。通过译码器译码输入到数码管，最终显示出来。

1.2 设计方案选择

1.2.1 振荡部分

方案一晶体震振荡器电路

采用石英晶体振荡器。使用振荡频率为32768Hz的石英晶体和反向器构成一个稳定性好、精度高的时间信号源。改变电容C可以对振荡器的频率进行微调，再通过一个反相器，输出32768Hz的方波，将此方波的频率进行15次二分频后，在输出端刚好可得到频率为1Hz的脉冲信号。

方案二 555振荡器电路

振荡器是计时器的核心，其作用是产生一个标准频率的脉冲信号。振荡频率的精度和稳定度决定了数字钟的质量。采用集成电路555定时器与RC组成的多谐振荡器。

（比较）秒信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳度决定了数字钟的质量，但我们做实验考虑到用石音晶体振荡电路时分频电路用的元件较多且价格较贵，用555构成的电路元件容易得，电路简单且易于实现，故选方案二。

1.2.2 分频部分

方案一 CD4060构成的分频电路

通常实现分频器的电路是计数器电路，一般采用多级2进制计数器来实现。CD4060在数字集成电路中可实现的分频次数最高，为14级2进制计数器而且CD4060还包含振荡电路所需的非门。

方案二 74LS90构成的分频电路

74LS90是异步二—五—十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，

又可以作五进制和十进制加法计数器。将CP

2和Q

相连，计数脉冲由CP

1

输入，

Q 3、Q

2

、Q

1

、Q

作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。从而完成十

分频。

（比较）由于CD4060为2进制计数，要求精度比较高，在实际学习中对74LS90的了解比CD4060的了解要深，所以采用74LS90来做分频电路，所以选方案二。

1.2.3 校时部分

方案一慢校时

将低压电源通过一个开关连接到校时电路，通过开关的接通与断开产生高低电平,再通过部分逻辑门电路，从而得到所需要的脉冲信号完成校时。

方案二快校时

将校时1Hz脉冲信号与开关控制的信号取反再输到一个与非门，然后与另一个进位脉冲信号同时输入到一个与非门，最后输如到进位脉冲，只要开关接通，1Hz脉冲信号将连续输入到校时电路，完成快校时。

（比较）快校时电路由于脉冲源产生的1Hz脉冲信号比较稳定，实现方案相对简单，并且灵活易操作，选方案二。

1.2.4译码驱动显示部分

方案一译码器74LS48与共阴数码管电路

共阴数码管的译码器应选用74LS48，译码后输出为高电平，数码管的公共端接地，从而在数码管上将显示出相应的数字。

方案二共阳数码管电路

共阳数码管的译码器应选用74LS47，译码后输出为低电平，数码管公共端

接正电源，将在数码管上显示出相应数字。

（比较）由于译码器74LS47在市面比较容易买到及多方面的原因，所以选用74LS47，数码管用共阳数码管。

综合上述方案的选择与比较，都选择方案二。主要是由于电器元件的熟悉程度以及市场的供求关系。在方案二中，大部分的电器元件我们较熟悉并且更容易获得。

第二章 单元电路设计

2.1振荡器电路

2.1.1 用555作振荡器

采用集成电路555定时器与RC 组成的多谐振荡器。输出的脉冲频率为

=2)2+(1=121In C R R f 1KHz ，周期T =1=f S 1ms 。取电阻为千欧级，电

容0.01uF 到0.1uF 。若参数选择：R 1=R 2=10k 欧姆，C 1=47uF 时，可以得到秒脉冲信号。虽然直接得到了秒脉冲，但从计时精度的角度考虑，振荡器的振荡频率越高，钟表计时的精度就越高，所以一般不直接输出秒脉冲信号。 2.1.2 芯片管脚图及功能表介绍 （1）芯片管脚如图（2.1）

图2.1 555定时器管脚图

（2）芯片功能表 输 出 输 出 阀值输入（v 11）

触发输入（v 12）

复位（R D ） 输出（V O ） 发电管T ×

×

0 0 导通

<2/3V

C C <1/3V

C C

1 1 截止

>2/3V

C C >1/3V

C C

1 0 导通

<2/3V

C C >1/3V

C C

1 不变不变

表2.1 555定时器功能表

2.1.3振荡器单元电路图

图2.2 555定时器构成的振荡器电路工作原理

接通电源V

CC 后，V

cc

经电阻R

1

和R

2

对电容C冲电，其电压u

c

按由0按指数

规律上升。随着冲电达到饱和，电容C开始放电u

c

随之下降。由于电容C上的

电压u

c

将在2/3Vcc和1/3Vcc之间来回冲电和放电，从而使电路产生了振荡，输出矩形脉冲。

2.2分频器电路

2.2.1 用74LS90作分频器

通常实现分频器的电路是计数器电路，一般采用多级10进制计数器来实现。分频器的功能有两个：一是产生标准秒脉冲信号；二是提供功能扩展电路所需的信号。选用中规模集成电路74LS90可以完成以上功能。将3片74LS90