設(shè)計制作電子時鐘

1、設(shè)計制作簡易數(shù)字鐘一、設(shè)計要求1、設(shè)計一振蕩源，用于產(chǎn)生1Hz的脈沖信號；2、能完成從00時00分00秒到23時59分59秒走時，并實時顯示時、分、秒;3、具有手動校時、校分、校秒功能。發(fā)揮部分：具有正點報時功能。要求在 59分58秒開始報時，持續(xù)5秒鐘。二、總體設(shè)計方案1、方案選擇 數(shù)字鐘實際上是由一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路為主 要部分構(gòu)成的。由 于計數(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來構(gòu)成數(shù)字鐘的標(biāo)準(zhǔn)時間基準(zhǔn)信號。數(shù)字鐘的組成框圖如下圖所示。數(shù)字鐘計時周期是

2、24，因此必須設(shè)置 24 計數(shù)器，秒、分、時由七段數(shù)碼管顯示。為 使數(shù)字鐘走時與標(biāo)準(zhǔn)時間一致，校時電路是必不可少的。 設(shè)計中采用狀態(tài)機控制校時，通過切換開關(guān)用秒脈沖或手動按鍵產(chǎn)生脈沖先后對 “時”“分”“秒”計數(shù)器進(jìn)行校時操作。2、數(shù)字鐘的構(gòu)成(1) 數(shù)字鐘的構(gòu)成：振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、LED數(shù)碼管顯示器等幾部分。附加功能的實現(xiàn)還需采用 T觸發(fā)器及與門和或門及蜂鳴器組成報時電路。(2) 數(shù)字鐘的時、分、秒實際上就是由一個24 進(jìn)制計數(shù)器( 00-23) ，兩個 60 進(jìn)制計數(shù) 器( 00-59)級聯(lián)構(gòu)成。設(shè)計數(shù)字鐘實際上就是計數(shù)器的級聯(lián)。( 3)芯片選型：由于 24 進(jìn)制、 60 進(jìn)

3、制計數(shù)器均由集成計數(shù)器級聯(lián)構(gòu)成，且都包含有基本的十進(jìn)制計數(shù)器，從設(shè)計簡便考慮，芯片選擇十進(jìn)制計數(shù)器74LS390。3、元器件列表：型號74LS00、 74LS04、 74LS08、 74LS21 、 74LS32、 74LS47、 74LS74、 74LS86、 74LS390、CD4068、CD4060、CD4511。晶體管8050、510歐姆電阻、LED、輕觸開關(guān)、自鎖開關(guān)、蜂鳴器、10p電容、晶振32768、10M電阻。三、系統(tǒng)工作原理1 、主計數(shù)部分原理圖圖1主計數(shù)部分原理圖如圖所示，用兩個十進(jìn)制計數(shù)器 74LS390組成60進(jìn)制計數(shù)器和24進(jìn)制計數(shù)器，分別用于對分、秒和時的計數(shù)。60

4、進(jìn)制計數(shù)器和24進(jìn)制計數(shù)器均采用反饋清零法，當(dāng)計數(shù)值到60或24時，其清零端CR=1，對計數(shù)值清零。圖中U11、U13、U15、U仃A、U仃B、Ui組成校時選通電路，用于選擇校時位。當(dāng)校時控制信號 C1C2C3=111時，從分計數(shù)器來的溢出脈沖正常通過U13與門、U15異或門和U11非門，且相位與原進(jìn)位溢出信號相同。當(dāng)C1C2C3=011時，與門Ui輸出為零，U17A和U仃B通過校時信號送至U15，因C仁0,故U13輸出一直為零，將分溢出進(jìn)位屏 蔽，時計數(shù)信號為接入的校時信號。后兩級選通電路因C2C3=11,計數(shù)脈沖為正常時的脈沖信號（分計數(shù)脈沖來自秒溢出信號，秒計數(shù)脈沖為1Hz信號。同理可知

5、當(dāng)C1C2C3=101和C1C2C3=110時，可實現(xiàn)校分及校秒功能。通過切換自鎖開關(guān)還可選擇校時信號來源，可為 1Hz信號和手動按鍵產(chǎn)生的脈沖信號。校時控制信號和脈沖產(chǎn)生信號由下面的電路產(chǎn)生2、信號產(chǎn)生電路及控制信號產(chǎn)生電路圖2控制信號和校時信號產(chǎn)生電路本校時電路采用狀態(tài)機校時方案，目地是只需通過一個按鍵便實現(xiàn)校時位選擇功能。狀態(tài)機由RS觸發(fā)器74LS74、74LS04和74LS21組成，它的四個狀態(tài)分別為111、011、101、110,狀態(tài)機輸出接至上述主計數(shù)電路的C1C1C3輸入端。由上面的敘述知，這四個狀態(tài)即可對時鐘進(jìn)行不校時、校時、校分和校秒操作。狀態(tài)機的狀態(tài)改變由按鍵SS2實現(xiàn)，按

6、鍵之后，狀態(tài)機的輸出便在四個狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。按鍵S2用于對狀態(tài)機的復(fù)位，按鍵S2后狀態(tài)機的輸出為111。它的實用意義在于，當(dāng)校時或校分而不需校其他位 時，可直接按鍵S2，否則將通過按鍵SS2來使?fàn)顟B(tài)機回到111狀態(tài)，這勢必會對其他位 的數(shù)值產(chǎn)生影響。而設(shè)置復(fù)位按鍵后則不存在上述影響狀態(tài)機狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如下:CPRESET當(dāng)前狀態(tài)（C1C2C3）下一狀態(tài)（C1C2C3）1111011T1011101T11011101110111x0XXX111按鍵SS1的作用是產(chǎn)生手動校時信號，用于手動校時。coutcanRSI輕止負(fù)辜力124亞 Q曄出荊軍丸V10 4血 i-9DQ-£LK Q<j&

7、#167;產(chǎn)lHrIQ；圖3秒脈沖及1024Hz信號產(chǎn)生電路電路采用32768Hz晶振，經(jīng)CD4060分頻后輸出2Hz信號，再由74LS74組成的D觸發(fā)器對2Hz信號分頻產(chǎn)生所需的1Hz秒脈沖信號。從CD4060的5腳輸出的1024Hz信號 用于驅(qū)動整點報時電路中的蜂鳴器。3、顯示部分顯示部分由圖1中的BCD譯碼電路和下圖中的數(shù)碼管組成。由于所買器件的限制,譯碼器的時和分譯碼采用 CD4511，秒譯碼采用74LS47。對應(yīng)的，數(shù)碼管使用四個共陰數(shù) 碼管和兩個共陽數(shù)碼管。譯碼器的輸出接510歐姆限流電阻至數(shù)碼管。對于小時的顯示，當(dāng)數(shù)值不足10時，由于兩個與門的輸出為零，可將高位不需顯示的0滅掉。

8、圖4顯示部分.*22II0nnilSQD氣:Zr4、整點報時電路整點報時電路原理：采用 T觸發(fā)器。在此之前U13C輸出低電平，當(dāng)計數(shù)至59分58 秒時，U13C輸出一高電平，對應(yīng)的，US9的CLK輸入端有一上升沿，從而觸發(fā)器輸出反 轉(zhuǎn)為高電平，打開UiB與門，蜂鳴器在1Hz和1024Hz信號的驅(qū)動下，有規(guī)律地鳴響。當(dāng) 計數(shù)為00分03秒時，U13C輸出一高電平，CLK再次出現(xiàn)一上升沿，輸出反轉(zhuǎn)為低電平， 蜂鳴器關(guān)閉，從而實現(xiàn)整點5秒報時功能。其中自鎖開關(guān) SQ可控制蜂鳴器的開關(guān)，在不 希望整點報時時關(guān)閉報時功能。由于 74芯片輸出為高點平時的拉電流很小，不能直接驅(qū) 動蜂鳴器，故還需加入一晶體管

9、 8050對輸出擴流。4"C4ifVSTL J>-Li1>.-T-L24P*Ur*U 3C訊53J LSYDIF-Jvcc圖5整點報時電路四、制板及元件的安裝調(diào)試由于元件多，而且大多是芯片，加之?dāng)?shù)碼管的布線困難，在第一次PCB布板失敗后,我將原理圖分為了三個部分一一主計數(shù)部分、校時控制和信號產(chǎn)生部分及顯示部分。由于 連線復(fù)雜，制作前兩個部分時 PCB采用了雙面板。制板后，焊接元件，由于元件多，而且過孔也多，焊接之后初次調(diào)試不成功，連基本 的計數(shù)功能都不能實現(xiàn)。我又用了幾乎一天的時間來差錯，共查出在頂層的三處漏焊。用 導(dǎo)線連接后，可以正常計數(shù)顯示和報時。原理圖設(shè)計失誤：繪制原理圖時誤將 74LS390的清零認(rèn)為是低電平有效，從而導(dǎo)致對 結(jié)果的手動清零功能未能實現(xiàn)，當(dāng)按下主計數(shù)部分左側(cè)的按鍵時，計數(shù)器的計數(shù)功能成為 100進(jìn)制計數(shù)器。從理論上的改進(jìn)如下圖，平時鍵S1未按下，與非門UOA輸出為正常的清零信號，當(dāng)按下S1時，不論U10C輸出為什么，U0A輸出均為高電平，從而實現(xiàn)手清零五、心得體會此時鐘電路的原理圖設(shè)計完全由自己完成，在設(shè)計的過程中遇到的問題都順利解決 了。比如校時信號的選通電路和狀態(tài)機的輸出接入主計數(shù)