项目19 数字电子钟的设计 19,1实训目的 (1)这是一个工学结合综合性的实训，在原基础性、技能性 的基础上，综合引用数字电路、仿真以及多种软件绘制原理图 及印制电路图，是一个能多种技能进行综合考核的实训项目。 (2)该实训项目的一部分是线路设计，以提高理论知识灵活 引用的能力，也可让学生懂得要达到同样的功能可以采用多种 线路，而一个看似很简单的功能，在具体实施时，也可能会产 生一些意想不到的问题，以提高学生解决实际问题的能力。 (3)在这个产品的制作过程中，逐步提高学生对电子产品的 兴趣
项目19 数字电子钟的设计 （1）这是一个工学结合综合性的实训，在原基础性、技能性 的基础上，综合引用数字电路、仿真以及多种软件绘制原理图 及印制电路图，是一个能多种技能进行综合考核的实训项目。 （2）该实训项目的一部分是线路设计，以提高理论知识灵活 引用的能力，也可让学生懂得要达到同样的功能可以采用多种 线路，而一个看似很简单的功能，在具体实施时，也可能会产 生一些意想不到的问题，以提高学生解决实际问题的能力。 （3）在这个产品的制作过程中，逐步提高学生对电子产品的 兴趣。 19.1 实训目的
19,2实训原理 下面给出实训中要求设计的数字时钟的参考原理图，并通 过对此图的分析，让同学们起到举一反三的作用。 时显示器 分显示器☐ 分显示器 时译码器】 分译码器 分译码器 器 -校时 子校分 SB2 SB1 石英晶体 脉冲发生器 分频器 图19.2.1数字电子钟的原理图
19.2 实训原理 下面给出实训中要求设计的数字时钟的参考原理图，并通 过对此图的分析，让同学们起到举一反三的作用。 SB2 5V R R SB1 校时 校分 分计数器 （60进制） 时计数器 （24进制） 时译码器 时显示器 分译码器 分显示器 分计数器 （60进制） 分译码器 分显示器 分频器 石英晶体 脉冲发生器 & & & & & 5V R R & & & & & 图 19.2.1数字电子钟的原理图
数字钟一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示 器等几部分组成。这些都是数字电路中应用最广的基本电路， 原理框图如图所示。石英晶体振荡器产生的时标信号送到分 频器，分频电路将时标信号分成每秒一次的方波信号。秒信 号送入计数器进行计数，并把累计的结果以“时”、“分” “秒”的数字显示出来。“秒”的显示由两级计数器和译码 器组成的六十进制计数电路实现；“分”的显示电路与“秒” 相同；“时”的显示由两级计数器和译码器组成的二十四进 制计数电路来实现。所有计时结果由六位数码管显示
数字钟一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示 器等几部分组成。这些都是数字电路中应用最广的基本电路， 原理框图如图所示。石英晶体振荡器产生的时标信号送到分 频器，分频电路将时标信号分成每秒一次的方波信号。秒信 号送入计数器进行计数，并把累计的结果以“时” 、 “分” 、 “秒”的数字显示出来。 “秒”的显示由两级计数器和译码 器组成的六十进制计数电路实现；“分”的显示电路与“秒” 相同；“时”的显示由两级计数器和译码器组成的二十四进 制计数电路来实现。所有计时结果由六位数码管显示
1、石英晶体振荡器振荡器是电子钟的核心，用它产生标 准频率信号，再由分频器分成秒时钟信号。振荡器震荡频率 的精度和稳定度基本上决定了时钟的准确度。 震荡电路是由石英晶体，微调电容与集成反相器等元件构成， 原理图如图19.2.2所示。 图中门1、门2是反相器，门1用于振荡，门2用于缓冲整形， R为反馈电阻，反馈电阻的作用是为反相器提供偏置，使其 工作在放大状态。反馈电阻R的取值太大，会使放大器偏置 不稳甚至不能正常工作，R值太小又会使反馈网络负担加重。 图中C1是频率微调电容，一般取5/35pF。C2是温度校正用电 容，一般取20一40pF。电容C1、C2与晶体共同构成π型网络， 以控制振荡频率，并使输入输出相移180°
1、石英晶体振荡器 振荡器是电子钟的核心，用它产生标 准频率信号，再由分频器分成秒时钟信号。振荡器震荡频率 的精度和稳定度基本上决定了时钟的准确度。 震荡电路是由石英晶体，微调电容与集成反相器等元件构成， 原理图如图19.2.2所示。 图中门1、门2是反相器，门1用于振荡，门2用于缓冲整形， Rf为反馈电阻，反馈电阻的作用是为反相器提供偏置，使其 工作在放大状态。反馈电阻Rf的取值太大，会使放大器偏置 不稳甚至不能正常工作，Rf值太小又会使反馈网络负担加重。 图中C1 是频率微调电容，一般取5/35pF。C2是温度校正用电 容，一般取20—40pF。电容C1、C2与晶体共同构成π型网络， 以控制振荡频率，并使输入输出相移180°
石英晶体振荡器的振荡频率稳定，输出波形近似于正弦波， 可用反相器整形而得到矩形脉冲输出。 RF 至分频器 QR C2/ 图19.2.2石英晶振电路
石英晶体振荡器的振荡频率稳定，输出波形近似于正弦波， 可用反相器整形而得到矩形脉冲输出。 1 1 RF QR C1 C2 至分频器 图19.2.2石英晶振电路
分频器时间标准信号的频率很高，要得到秒脉冲，需要 分频电路。目前多数石英电子表的振荡频率为32768Hz,它 是2的15次方，用15位二进制计数器进行分频后可得到1Hz的 秒脉冲，也可采用单片CMOS集成电路实现。本题的晶体振 荡器可不用设计，秒脉冲信号可由连续可调的脉冲源直接提 供。 2、计数器 (1)六十进制计数器“秒”计数器的电路形式很多，但都 是由一级十进制计数器和 一级六进制计数器组成。图所示是用两块中规模集成电路74 LS160按反馈置零法串接而成“秒”计数器的十位和个位， 输出脉冲除用作自身清零外，同时还作为“分”计数器的输 入信号。本图则是由74LS163和74LS90门构成“秒”计数器 电路
分频器 时间标准信号的频率很高，要得到秒脉冲，需要 分频电路。目前多数石英电子表的振荡频率为32768Hz，它 是2的15次方，用15位二进制计数器进行分频后可得到1Hz的 秒脉冲，也可采用单片CMOS集成电路实现。本题的晶体振 荡器可不用设计，秒脉冲信号可由连续可调的脉冲源直接提 供。 2、计数器 （1）六十进制计数器 “秒”计数器的电路形式很多，但都 是由一级十进制计数器和 一级六进制计数器组成。图所示是用两块中规模集成电路74 LS160按反馈置零法串接而成“秒”计数器的十位和个位， 输出脉冲除用作自身清零外，同时还作为“分”计数器的输 入信号。本图则是由74LS163和74LS90门构成“秒”计数器 电路
“分”计数器电路与“秒”计数器相同。 Qp Qc QB QA Qp Qc QB QA 74LS160 74LS160 2 2 至分计数器CP端 CP 图19.2.3六十进制计数器
“分”计数器电路与“秒”计数器相同。 74LS160 74LS160 & QD QA QB QC QA QB QC QD 至分计数器 CP CP端 1 2 1 2 图19.2.3 六十进制计数器
(2)二十四进制计数器图所示二十四进制小时计数器，是 用74LS112和74LS160组成的。也可用两块中规模集成电路 74LS160和与非门构成 99e9g0 Q 74LS160 74LS160 分计数器进位信号 SB 二十四进制计数器 单脉冲发生器 图19.2.4二十四进制计数器 图19.2.5单脉冲发生器
（2）二十四进制计数器 图所示二十四进制小时计数器，是 用74LS112和74LS160组成的。也可用两块中规模集成电路 74LS160和与非门构成。 74LS160 74LS160 & QD QA QB QC QA QB QC QD CP 分计数器进位信号 1 2 1 2 二十四进制计数器 5V R R & G1 Q Q SB & G2 单脉冲发生器 图19.2.4 二十四进制计数器 图 19.2.5 单脉冲发生器
3、译码和显示电路译码就是把给定的代码进行翻译，变成 相应的状态，用于驱动LED七段数码管，只要在它的输入端 输入8421码，七段数码管就能显示十进制数字。 4、校准电路校准电路实质上是一个由基本R-S触发器组 成的单脉冲发生器，如图所示。从图中可知，未按按钮SB时， 与非门的一个输入端接地，基本触发器处于1状态，即。再 看图，这时数字钟正常工作，分脉冲能进入分计数器，时脉 冲能进入时计数器。按下按钮SB时，与非门的一个输入端接 地，于是基本触发器的状态翻转为0状态。再看图，若所按 的是校分的按钮SB1时，则秒脉冲可以直接进入分计数器而 分脉冲被阻止进入，因而便能较快的校准分计数器的值。若 所按的是校时的按钮SB2时，则秒脉冲可以直接进入计数器 而时脉冲被封锁，于是就能较快的对时计数器的数值进行校 准。校准后，将校正按钮释放，使其恢复原位，数字钟继续 进行正常的计时工作
3、译码和显示电路 译码就是把给定的代码进行翻译，变成 相应的状态，用于驱动LED七段数码管，只要在它的输入端 输入8421码，七段数码管就能显示十进制数字。 4、校准电路 校准电路实质上是一个由基本R-S触发器组 成的单脉冲发生器，如图所示。从图中可知，未按按钮SB时， 与非门的一个输入端接地，基本触发器处于1状态，即。再 看图，这时数字钟正常工作，分脉冲能进入分计数器，时脉 冲能进入时计数器。按下按钮SB时，与非门的一个输入端接 地，于是基本触发器的状态翻转为0状态。再看图，若所按 的是校分的按钮SB1时，则秒脉冲可以直接进入分计数器而 分脉冲被阻止进入，因而便能较快的校准分计数器的值。若 所按的是校时的按钮SB2时，则秒脉冲可以直接进入计数器 而时脉冲被封锁，于是就能较快的对时计数器的数值进行校 准。校准后，将校正按钮释放，使其恢复原位，数字钟继续 进行正常的计时工作
5、整点报时电路整点报时电路如图19.2.6所示。图中 QD1QA1代表秒计数器个位BCD码，QD2QA代表秒计数器 BCD码，QD3QA3代表分计数器个位BCD码，QD4~Q4代表分 计数器十位BCD码。每当分计数器累计计数到59min,与非 门M2的输出为“1即QA3QD3QA4Qc4=“1”,持续时间是一分钟， 到了59min50s时，与非门M4输出为“1”，持续时间为10s。 我们若令M4的输出为A,由分频器引入的500Hz、1000Hz的 方波信号为B、C。从图中可见M6的输出为；；M7的输出为。 于是M8在59min51s、53s、55s、57s时输出500Hz音频信号。 在59min50s时输出1000的信号，音响持续1s钟，在1000Hz音 响结束时刻为整点，即该计数器每运行到整点差10s时便自动 发出鸣叫声
5、整点报时电路 整点报时电路如图19.2.6所示。图中 QD1 ~QA1代表秒计数器个位BCD码，QD2 ~QA2代表秒计数器 BCD码，QD3 ~QA3代表分计数器个位BCD码，QD4 ~QA4代表分 计数器十位BCD码。每当分计数器累计计数到59min，与非 门M2的输出为“1”即QA3QD3QA4QC4 =“1” ，持续时间是一分钟， 到了59min50s时，与非门M4输出为“1” ，持续时间为10s。 我们若令M4的输出为A，由分频器引入的500Hz、1000Hz的 方波信号为B、C。从图中可见M6的输出为；；M7 的输出为。 于是M8在59min51s、53s、55s、57s时输出500Hz音频信号。 在59min50s时输出1000的信号，音响持续1s钟，在1000Hz音 响结束时刻为整点，即该计数器每运行到整点差10s时便自动 发出呜叫声