數(shù)字鐘設(shè)計(jì)(帶仿真圖)

1、數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)一設(shè)計(jì)要求：1）采用24小時制，要有時/分/秒顯示，顯示采用六只LED數(shù)碼管分別顯示時分秒；2）時、分、秒之間用二極管顯示“：”，并每秒種閃爍一次；3）時間的小時、分可手動調(diào)整；4）采用+5V電源供電。二題目分析： 數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時、分、秒計(jì)時的裝置，與機(jī)械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。因此，我們此次設(shè)計(jì)與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會制作數(shù)字鐘.而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用

2、及實(shí)用方法.且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時序電路.通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法.三總體方案：數(shù)字鐘實(shí)際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。計(jì)數(shù)部分分為一個二十四進(jìn)制和兩個六十進(jìn)制計(jì)數(shù)，采用74HC390芯片。顯示部分，采用CD4511譯碼器，而CD4511輸出的是高電平有效，所以數(shù)碼管采用的共陰數(shù)碼管。校時部分為了防抖動采用了串聯(lián)RS觸發(fā)器。 圖1 數(shù)字時鐘線路原理框圖四原理圖設(shè)

3、計(jì)我們這次做的數(shù)字鐘總體分為四個部分，晶體振蕩部分、計(jì)數(shù)部分、譯碼顯示部分和校時部分。 圖2 數(shù)字時鐘整體原理圖五各部分定性說明以及定量計(jì)算：（一）晶體振蕩部分由于要產(chǎn)生穩(wěn)定的1Hz的脈沖信號，所以選用石英晶體振蕩器。選用的石英晶體振蕩器的頻率是32768Hz的，故需對其分頻。用CD4060分得2Hz的頻率后再用CD4013雙D觸發(fā)器得到1Hz的頻率。原理圖如下。 圖3 晶體振蕩部分原理圖振蕩部分使用的元器件主要有：1片CD4060，1片CD4013，1個3276Hz的晶體振蕩器，1個22兆歐的電阻，1個20Pf和1個30Pf的電容。 圖4 CD4013引腳圖（二）計(jì)數(shù)部分時計(jì)數(shù)采用二十進(jìn)制，

4、分與秒計(jì)數(shù)采用六十進(jìn)制。用74HC390芯片計(jì)數(shù)。 圖5 二十四進(jìn)制原理圖 圖6 74HC390引腳圖輸入輸出R01R02S91S92CPACPBQDQCQBQA1100000110000001110010111001R01 R02=0S91 S92=0CP0二進(jìn)制計(jì)數(shù)0CP五進(jìn)制計(jì)數(shù)CPQA8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)QDCP5421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù) 表1 74HC390功能表CPA接計(jì)數(shù)脈沖信號，將QA與CPB相連，這樣就選擇了74HC390的8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)。 圖7 六十進(jìn)制原理圖秒個位計(jì)數(shù)單元為進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將A與B相連即可。A與Z秒輸入信號相連，C可作為向上的進(jìn)位信號與十位計(jì)

5、數(shù)單元的A相連。秒十位計(jì)數(shù)單元為進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將10進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路連接方法如圖7所示，其中C可作為向上的進(jìn)位信號與分個位的計(jì)數(shù)單元的A相連。分個位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同，只不過分個位計(jì)數(shù)單元的C作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與分十位計(jì)數(shù)單元的A相連，分十位計(jì)數(shù)單元的C作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與時個位計(jì)數(shù)單元的A相連。時個位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個位計(jì)數(shù)單元相同，但是要求，整個時計(jì)數(shù)單元應(yīng)為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，不是的整數(shù)倍，因此需將個位和十位計(jì)數(shù)單元合并為一個整體才能進(jìn)行24進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用片實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制計(jì)數(shù)功能的電路如圖5所示。（三）譯碼顯示部

6、分選擇作為顯示譯碼電路；選擇數(shù)碼管作為顯示單元電路。由CD4511把輸進(jìn)來的二進(jìn)制信號翻譯成十進(jìn)制數(shù)字，再由數(shù)碼管顯示出來。這里的LED數(shù)碼管是采用共陰的方法連接的。 圖 8 譯碼顯示部分原理圖 圖 9 共陰數(shù)碼管引腳圖 圖10 CD4511引腳圖 （四）校時部分?jǐn)?shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€位和時個位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。當(dāng)開關(guān)J2打向下時，就選擇了對分的校對；J2打向上，開關(guān)J3打向下就選擇了對時的校對。實(shí)際使用時，因?yàn)殡娐烽_關(guān)存在抖動問題，所以一般會接一個RS觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)消抖動電路，所以整個較時電路就如圖10所示。 圖

7、 10 校時部分原理圖六在設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及排除措施：1、 在做仿真的時候用1Hz的輸入信號是不能讓計(jì)數(shù)部分和譯碼顯示部分正常工作，必須的采用兩百多赫茲或更高的信號才能正常工作。至于其原因，現(xiàn)在也沒弄明白。2、 計(jì)數(shù)部分在實(shí)驗(yàn)臺上接好線后，輸入電源進(jìn)行工作時，發(fā)現(xiàn)秒計(jì)數(shù)正常，為六十進(jìn)制，而分與時的計(jì)數(shù)卻發(fā)生錯誤，不能計(jì)數(shù)。對造電路圖檢查接線，發(fā)現(xiàn)接線并未錯誤。就懷疑是實(shí)驗(yàn)臺和導(dǎo)線有問題，換了實(shí)驗(yàn)臺測了每根導(dǎo)線后還是存在先前的問題?？煲?dú)怵H的時候突然想到是不是電路圖有問題，于是檢查電路圖，終于發(fā)現(xiàn)問題的所在。在秒向分傳遞信號和分向時傳遞信號的地方出了錯，本該接在Qc端卻都錯接在了Qd端。改正

8、后在實(shí)驗(yàn)臺上實(shí)現(xiàn)了預(yù)想的效果。3、 晶振部分根據(jù)一個現(xiàn)有的原理圖在實(shí)驗(yàn)臺測試后能正常工作，于是焊接到了電路板上，但最后在電路板上晶振卻不能起振。也是經(jīng)過很多分析和探索后，最后發(fā)現(xiàn)把并聯(lián)在石英晶振上的1兆歐電阻改為22兆歐電阻晶振就能正常起振了。七設(shè)計(jì)心得體會：通過這次設(shè)計(jì)并制作實(shí)踐中，讓我明白了先有充分的理論準(zhǔn)備再有細(xì)致的實(shí)踐操作，才會在整個過程遇到更少的困難和更好的結(jié)果。我們組也是因?yàn)閷@兩點(diǎn)把握的比較好，所以自我感覺比其他組做的更順利，取得的結(jié)果較好?！澳サ恫徽`砍柴工”，這應(yīng)該成為我們工科學(xué)生牢記的并遵行的一句話。參考文獻(xiàn)：1 康華光，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，北京：高等教育出版社，2008年1月。2 蔡忠法，電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)