数字电子时钟设计实验报告.doc

实验6 数字电子钟的设计一、实验目的1、学会综合运用常用电路单元设计数字系统2、学会组装调试技术3、完成数字钟的基本功能及扩展电路的设计任务二、实验原理数字钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为12小时，显示满刻度为12时59分59秒，外加PM/AM功能。因此，数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器、时段转换电路。干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、时段转换电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现、本实验用实验装置产生基信号。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发现一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用12进制计时器，可实现对12小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态菁七段显示译码器译码，通过六位LED七段显示器显示出来。1、振荡器振荡器的作用是产生时间标准信号。数字钟的精度就是主要取决于时间标准信的频率和稳定度，试验中使用模板信号发生器。2、计数器根据计数周期分别组成两个60进制（秒、分）和一个12进制（时）的计数器。把它们适当连接可以构成秒、分、时的计数，实现计时功能。3、译码和数码显示电路译码和数码显示电路是将数字钟的计时状态直观清晰地反映出来。可被人们的视觉器官所接受。显示器件选用LED七段数码管。在译码显示电路输出信号的驱动下，显示出清晰直观的数字符号。4、原理框图数字钟的工作原理 1)晶体振荡器电路 晶体振荡器是构成数字式时钟的核心,它保证了时钟的走时准确及稳定.图3-2所示电路通过CMOS非门构成的输出为方波的数字式晶体振荡电路,这个电路中,CMOS非门U1与晶体,电容和电阻构成晶体振荡器电路,U2实现整形功能,将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波.输出反馈电 阻R1为非门提供偏置,使电路工作于放大区域,即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器.电容C1,C2与晶体构成一个谐振型网络,完成对振荡频率的控制功能,同时提供了一个180度相移,从而和非门构成一个正反馈网络,实现了振荡器的功能.由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性,从而保证了输出频率的稳定和准确.晶体XTAL的频率选为32768HZ.该元件专为数字钟电路而设计,其频率较低,有利于减少分频器级数.从有关手册中,可查得C1,C2均为30pF.当要求频率准确度和稳定度更高时,还可接入校正电容并采取温度补偿措施.由于CMOS电路的输入阻抗极高,因此反馈电阻R1可选为10M.较高的反馈电阻有利于提高振荡频率的稳定性.2)分频器电路通常,数字钟的晶体振荡器输出频率较高,为了得到1Hz的秒信号输入,需要对振荡器的输出信号进行分频.通常实现分频器的电路是计数器电路,一般采用多级2进制计数器来实现.例如,将32768Hz的振荡信号分频为1HZ的分频倍数为32768(215),即实现该分频功能的计数器相当于15极2进制计数器.常用的2进制计数器有74HC393等.3)时间计数单元时间计数单元有时计数,分计数和秒计数等几个部分.时计数单元一般为12进制计数器计数器,其输出为两位8421BCD码形式;分计数和秒计数单元为60进制计数器,其输出也为8421BCD码.5、实现方案自行选择芯片，例如74LS90、74LS192、74LS160、74LS161等常用数字电路集成电路，来完成电路的设计与调试，并最终完成设计。三、实验设备与器件数字电路实验装置， cc40192、74LS00、74LS20、74LS74等常用数字电路集成电路，常用仪器等。四、实验内容1、自选常用数字集成电路设计数字电子钟。要求实现基本功能： 准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间 小时的计时要求为“12 翻 1”，分和秒的计时要求为 60 进位 2、在实现基本功能进行功能扩展 ： AM/PM切换五、实验报告1、设计数字电子钟基本走时电路本实验用到实验4计数器及其应用中的“特殊12进制”、“60进制”电路接法，按照实验4中接法得到2个60进制和1个特殊12进制电路模板，然后分别构造秒、分进位信号，即将“秒模块”的、，、通过与非门，得到秒的进位信号端,接到“分模块”的；同样，将“分模块”的、，、通过与非门，得到秒的进位信号端,接到“时模块”的。通过构造进位端连接得到的电路即为一个能够正常走时的电路模块。2、构造AM/PM切换电路模块用74LS74构造一个触发器,为上升沿有效触发器，将“时模块”高片和低片通过一个与非门，接至触发器的CP端，将Q和端接到显示逻辑电平显示，即得到了AM/PM显示结果。六、实验心得 设计过程中遇到的问题及其解决方法.在检测CD4511驱动电路的过程中发现数码管不能正常显示的状况,经检验发现主要是由于接触不良的问题,其中包括线的接触不良和芯片的接触不良,在实验过程中,数码管有几段二极管时隐时现,有时会消失.用5V电源对数码管进行检测,一端接地,另一端接触每一段二极管,发现二极管能正常显示的,在检测过程中发现有几根线有时能接通,有时不能接通,把接触不好的线重新接过后发现能正常显示了.其次是由于芯片接触不良的问题,而检测的导线状况良好,其解决方法为把CD4511的芯片拔出,根据面包板孔的的状况重新调整其引脚,使其正对于孔,再用力均匀地将芯片插入面包板中,此后发现能正常显示,本次实验中还发现一块坏的LED数码管和两块坏的CD4511,经更换后均能正常显示.在连接六进制的过程中,发现电路只能4,5的跳