功能數(shù)字鐘電路設計方案

1、功能數(shù)字鐘的電路設計一、設計任務與要求1）時鐘顯示功能，能夠以十進制顯示“時” 、“分”、“秒”。2）具有校準時、分的功能。3）整點自動報時，在整點時，便自動發(fā)出鳴叫聲，時長1s選做：1）鬧鐘功能，可按設定的時間鬧時。2）日歷顯示功能。將時間的顯示增加“年” 、“月”、“日”18 / 15二、數(shù)字鐘的基本原理一個具有計時、校時、報時、顯示等基本功能的數(shù)字鐘主要由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、校 時電路、報時電路等七部分組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的 信號經(jīng)過分頻器得到秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器計數(shù)，計 數(shù)結(jié)果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器譯碼，并通過顯示 器顯示時間。數(shù)字鐘的整機邏輯框圖

2、如下：圖1數(shù)字鐘整機邏輯圖1）振蕩器石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準確、電路結(jié)構(gòu)簡單、 頻率易調(diào)整，它是電子鐘的核心，用它產(chǎn)生標準頻率信號，再 由分頻器分成秒時間脈沖。用反相器與石英晶體構(gòu)成的振蕩電 路如圖2所示。利用兩個非門G1和G2自我反饋，使它們工作 在線形狀態(tài)，然后利用石英晶體 Zi來控制振蕩頻率。振蕩器振 蕩頻率的精度與穩(wěn)定度基本上決定數(shù)字鐘的準確度，晶振頻率越高，計時準確度越高。目前常見的石英晶振頻率是4MZ時，則振蕩器輸出頻率為4M4。振蕩器還可以采用555時基電路代替。2）分頻器時間標準信號的頻率很高，要得到秒脈沖，需要分頻電路。例如，振蕩器輸出4MHz信號，可通過D觸發(fā)器（如

3、74LS74進行4分頻變成1MHz，也可以 將10分頻計數(shù)器74LS160（或74LS90行4分頻變成1MHz，然后送到10分頻 計數(shù)器74LS160（或74LS90，經(jīng)過6次10分頻而獲得1Hz的方波信號。時間計數(shù)器電路：時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器，而根據(jù)設計要求，時個位和時十位計數(shù)器為24進制計數(shù)器整點報時電路:一般時鐘都應具備整點報時電路功能，即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會自動報時，以示提醒.三、原理電路方案比較以及各單元電路;（1）時間脈沖產(chǎn)生電路RC OAt

4、iliatcrRESiE方案三：由邏輯門電路和石英晶體做成的石英晶體振蕩器Crystal OscilatorD COLOUR was!：»llJUkHs >3J0k101;TUF5»3 £由于555定時器產(chǎn)生的方波信號誤差較不適合和做時鐘脈沖信號。方案一否定。 而RC組成的振蕩器易受溫度影響。不適合用作時鐘基礎信號。而由石英晶體組成的振蕩器輸出信號穩(wěn)定且抗干擾能力強加上電路簡單，被選作此時鐘的信號源。綜上分析，選擇方案二，石英晶體振蕩電路能夠作為最穩(wěn)定的信號源。電路圖如下所示圖中有幾點需要注意：a、電阻最小10M 電容10p-47p,b、如用的是TI的406

5、0則要在10M電阻和晶振之間在10端那條線上介個100K 電阻不然不能正常起振！請注意元件選擇：此處用的晶振為32768HZ晶振。CD4060包含振蕩電路所需的非門。分頻電路一般要對振蕩器的輸出信號進行分頻。 通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路， 從 盡量減少元器件數(shù)量的角度來考慮，這里可選多極2進制計數(shù)電路CD4060和CD4040來構(gòu)成分頻電路。CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。CD4060計數(shù)為14級2進制計數(shù)器，可以將 32768Hz的信號分頻為2H z，其 內(nèi)部框圖如圖2.1所示，從圖中可以看出，CD4060的時鐘輸入端兩個串接的非 門，因此可以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功

6、能。綜上所述，可選擇 CD4060同時構(gòu)成振蕩電路和分頻電路。如圖可實現(xiàn)15級2分頻，即可得1Hz信號。3d-5670*y123O 口 OOOOOQ1Q1Q1U2110123 d- 5678901 QaQQQQQQaQ4040TEXIT;9端輸出1HZ信號 計數(shù)電路A、 因為秒位和分位是六十進制故選擇十進制加法器。當秒的各位走到10,便從 進位端CC輸出高電平到十位的計數(shù)端。當十位數(shù)字到六時便輸出清零信號，從 而達到六十進制的效果。B、 小時位顯示的時候，因為只有二十四小時，所以采用24進制。當計數(shù)達到 24的時候便輸出清零信號進行置零。芯片選擇方面：如果要用到加法器類似160那種元件則還要加

7、上譯碼電路，這樣會使得帶你擼練 習復雜。而采用CD4011C這種帶譯碼輸出功能的十進制計數(shù)器來實現(xiàn)時鐘功能就 會使電路簡化許多。至少省了六個譯碼芯片。以下是CD40110的基本信息WWW JL814131211(?D'SSJ :1Vdd “YbYcYdYeBO co CP!；CD40110引腳圖功耗:輸A1 計數(shù)器顯示CPtCPdLECTiCR功能XLLL加1隨計數(shù)器顯示X,tLLL減1隨計數(shù)器顯示i44iXXL保持保持XXXXH清除隨計數(shù)器顯示XXXHL禁止不變tX|HLL加1不變XtHLLM 1不變C、六十進制計數(shù)器的連接（包括秒位、分位）： 共陰七段BCD碼輸幾幾斤出 廠FrFf

8、 Ft字形1111110廠 *Li0100001110110* 1C11111001_i二 1110110011U11011011C -I1011111廠 O1110000t11111111nO1! 1 i111011O-11從圖中看出6的筆段碼特殊在b位是0,其他未都是1.利用這這特征就行六十進 制的清零。具體實現(xiàn)方法是在輸出6的那個CD4011芯片的a, c,d,e,f,g 連一個 8/1的與門電路如CD4068（ 1腳與門輸出，13腳與非門輸出）電路圖如下：D二十四進制。二十四進制清零的機制就是當計數(shù)到 24時輸出一個清零信號讓兩個計數(shù)芯片清 零。從而達到效果。一上圖的 BCD碼看出：2

9、的筆段碼中的B2位即C端特殊從上往下看只有這位是零所以用或非門（如CD4078比較合適；在看4的筆段碼其中零的部分和1的筆段碼的零重合所以完全接或非門或?qū)?致21進制清零。所以在B5即F 口處接個非門然后在連接到或非門當然 B4位即 E 口（或者D 口）也要鏈接到或非門。這樣二十四進制的清零接法如圖所示：U44D11D唱巴5+0丄 山l山LjJ.u.LrJl:ltJUQQZOM1U亠 <cr_M©o H山Q 134 山IX0(4)報時電路: 設計要求整點報時，即時當分位60清零的時候給一個刺激信號讓報時電路工作 而60進制的清零信號(也就是小時位的進位信號)平時都處在低電平，清

10、零時 輸出高電平。這樣加上一個反相器就滿足單穩(wěn)態(tài)電路的觸發(fā)信號的要求。要有源蜂鳴器響，就要給其一段高電平。正好數(shù)電里有一個電路叫單穩(wěn)態(tài)電路所以只要計算RC就可以讓蜂鳴器響一秒。經(jīng)計算的R=1M,C為105（NE555中包含 與非門以及非門）調(diào)時電路：需要調(diào)試時本方案采用斷開秒位的輸入信號，把其信號接到分位的信號輸入端以 及小時位的信號輸入端。當然要做好防抖保護。四、整體電路:LJ4-5-*LKUf R .L 疋 LHflli BR.E3ET DE F JL iE QCAAKf oAiudw4£11E <TE-丄由于器件繁多，加上接線復雜。這里就不全部連線。單元電路連線上面已有 這里就不多余練線。實物電路圖：五、元件清單:型號大小封裝數(shù)量CD4060DIP1CD4040DIP1晶振32768HZDIP1CD40110DIP6CD4068DIP2CD4078DIP174HC04DIP1共陰數(shù)碼管6NE555DIP1電阻5精度1K50電阻%510M1電阻%5100k1電阻1m1電阻20K1陶瓷電容20P2陶瓷電容1032陶瓷電容1051有源蜂鳴器1六、總結(jié)：此電路優(yōu)點在于省去了單獨的譯碼電路，使電路芯片大大減少。同時也方便連 線。缺點是由于當初排版安排