数字电子钟实验报告

本科实验报告

学 号： 指导教师：

2016年7月19日

课程名称： 姓 名： 院 系： 专 业：

电子电路安装与调试 陈肖苇、李晓杰、张晨靖 信息与电子工程学院 电子科学与技术 3140104544 王子立

实验报告

课程名称： 电子电路安装与调试 指导老师：王子立 成绩：______________

实验名称： 多功能数字钟的设计与制作 实验类型： 设计型 同组成员： 一、实验目的和要求

实验目的：

1.学习并掌握中规模集成电路设计制作数字电路系统的方法，装调技术和数字钟的功能扩展电路的设计。

2.熟悉集成电路的使用方法。 实验要求：

1.选用74系列或COMS系列中规模集成电路，LED数码显示器为主要器件设计并制作一多功能数字电子钟，要求具有如下功能：

①基本功能：以数字形式显示时、分、秒的时间，小时的显示为“12”翻“1”，手动快校时。

②扩展功能：仿广播电台整点报时，报整点时数，定时控制（时间自定）。自行设计电路，至少实现其中两个扩展功能，电路形式尽可能不与前述电路相同。

2.设计与制作要求

①拟定数字电子钟电路的组成框图，要求电路的基本功能与扩展功能同时实现，使用的器件要尽量少、成本低。

②设计、仿真、制作各单元电路，要求器件布局合理、美观，便于级联与调试。 ③测试数字电子钟系统的逻辑功能，同时满足基本功能与扩展功能的要求。

④画出数字钟系统的整机逻辑电路图，设计印制电路板，要求器件布局合理，布线整齐、美观。

⑤安装并调试整个数字电子钟。 二、实验内容和原理

实验内容：

1.设计主体电路，完成基本功能：以数字形式显示时、分、秒的时间，小时的显示为“12”翻“1”，手动快校时。

2.设计扩展电路，完成扩展功能：仿广播电台整点报时，报整点时数，定时控制（时间

自定）。

3.仿真各单元电路。 4.制作PCB板并印刷电路。 5.焊接电路板并调试。 实验原理：

1.数字电子钟电路原理

数字电子钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的电路，主要由基准频率源、分频器、计数器、译码显示驱动器、数字显示器和校准电路等组成。基准频率源是数字电子钟的核心，它产生一个矩形波时间基准信号，其频率精度和稳定性决定了计时的精度。分频器采用计数器实现，以得到1秒（即频率1Hz）的标准秒信号脉冲。在计数器电路中，对秒、分计数采用60进制的计数器，对时计数器采用12翻1 的计数器。译码器采用BCD码七段译码显示驱动器。显示器采用LED七段数码管。

整个数字电路系统的原理如图2.1所示，分为主体电路和扩展电路两大部分。其中主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路实现数字钟的扩展功能。

图2.1 多功能数字钟系统组成框图

该系统的工作原理是：由振荡器产生稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，经分频器输出标准脉冲信号。秒计数器满60后想分计数器进位，分计数器满60或向小时计数器进位，小时计数器按照“12翻1”规律计数。计数器的输出经译码器送显示器。计时出现误差时可以用校时电路进行校时、校分。扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行功能扩展。

2.主体电路原理 ①振荡器

振荡器是数字钟的核心。振荡器频率的精确度及稳定度决定了数字钟计时的准确程度，

通常选用石英晶体构成振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高。

由于石英晶体振荡器的输出频率较高，为了得到1Hz的秒信号，需要对振荡器的输出信号进行分频。通常用计数器实现分频，一般用多级二进制计数器实现。

图2.2为时钟专用集成电路（CD4060）的晶体振荡电路及分频电路，取晶振的频率为32768Hz，该电路内部含有一个振荡电路和一个14级2分频电路，使用非常方便。在他的输出端可以得到2Hz的标准脉冲和其他高频信号。2Hz再经过一个D触发器二分频后得到1Hz的秒信号。

图2.2 用CD4060构成的电子钟振荡与分频电路

如果精度要求不高，也可以采用由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器，或由集成定时器555与RC组成的多谐振荡器。选用555构成的多谐振荡器，设振荡频率f0=103Hz，电路参数如图2.3所示：

图2.3 555构成的振荡器

②分频器

分频器的功能主要有两个：一是产生标准秒脉冲信号，二是提供功能扩展电路所需要的信号，如仿电台报时用的1kHz的高音频信号和500Hz的低音频信号等。选用3片中规模集

成电路计数器74LS90可以完成上述功能，因为每片是1/10分频，3片级联则可以获得所需要的频率信号，即第一片的Q0端输出频率为500Hz，第二片的Q3端输出为10Hz，第三片的Q3端输出为1Hz。

③时分秒计数器

时间计数单元有时计数、分计数和秒计数三个部分。分和秒都是模M=60的计数器，输出为两位的BCD嘛，其计数规律为00→01→…→58→59→00→…。选用74LS92作为十位计数器，74LS90作为个位计数器，再将他们级联组成模数M=60的计数器。

也可以选用10进制计数器，无需进制转换，只需要将Q0和CP1’相连即可。CP0’与脉冲输入信号相连，Q3可作为向上的进位信号与秒的十位计数电路CP0’相连，电路连接如图2.4所示：

图2.4 十进制计数器电路

秒十位计数电路为6进制计数器，需要进制转换。10进制计数器转换为6进制计数器的电路如图2.5所示，Q2、Q1通过与门与1清零端R相连，实现6进制转换，与门的输出同时还作为向上的进位信号与分个位计数电路CP0’相连。

图2.5 十进制-六进制计数器转换电路

分计数器与秒计数器设计相同。

时计数器是一个12翻1的特殊进制计数器，即当数字中运行到12时59分59秒时，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲后，数字钟应自动显示为01时00分00秒，实现日常生活中习惯用的计时规律。选用74LS191和74LS74，其电路原理见图2.6：