多功能数字时钟电路设计(王晶的毕业设计).doc

扬州工业职业技术学院毕业设计扬州工业职业技术学院20092010学年第二学期毕业设计 课题名称： 多功能数字时钟电路设计 设计时间： 2009.1020010.3 系 部： 电子信息工程系 班 级： 0501电子 姓 名： 王 晶 指导教师： 李建荣 助教 总目录第一部分 任务书 第二部分 开题报告 第三部分 毕业设计正文第 一 部 分任务书扬州工业职业技术学院毕业设计任务书系 部电子系指导老师李建荣职 称助教学生姓名王晶班 级0501电子信息学 号0505610112设计题目多功能数字时钟电路设计设计内容目标和要求一、毕业设计内容和目标：本次毕业设计是用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分秒的数字电子钟，要求如下：1.由晶振电路产生1HZ标准秒信号；2.秒、分为00-59六十进制计数器；3.时为00-23二十四进制计数器；4.可手动校正：能分别进行秒、分、时的校正。只要将开关置于手动位置。可分别对秒、分、时进行连续脉冲输入调整；5.整点报时。整点报时电路要求在每个整点前鸣叫五次低音（500HZ），整点时再鸣叫一次高音（1000HZ）。二、毕业设计论文要求：1、提出选题的初步设想和研究目的；2、收集、整理与毕业设计有关领域的信息资料；3、完成本毕业设计电路原理图设计；4、完成本毕业设计秒钟个位时序图和报时电路时序图程序设计；5、完成软件和硬件系统的调试，功能指标达到技术要求；6、根据本毕业设计的设计、编程、工作过程，形成符合学校规定的毕业设计书面文档。教研室审核系部审核第 二 部 分开题报告扬州工业职业技术学院 电子信息工程系10届毕业设计（论文）开题报告书学生姓名王 晶专业电子信息技术班级0501电子信息学号0505610112题 目多功能数字时钟电路设计指导教师李建荣职称助教学 位学士题目类别 工程设计 基础研究 应用研究 其它【课题的内容与要求】本次毕业设计是用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分秒的数字电子钟，要求如下：1.由晶振电路产生1HZ标准秒信号。2.秒、分为00-59六十进制计数器。3.时为00-23二十四进制计数器。4.可手动校正：能分别进行秒、分、时的校正。只要将开关置于手动位置。可分别对秒、分、时进行连续脉冲输入调整。5.整点报时。整点报时电路要求在每个整点前鸣叫五次低音（500HZ），整点时再鸣叫一次高音（1000HZ）。【前言】单片机是20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路器件。它在一块硅芯片内集成了各种计算机功能部件，构成一种单片式的微型计算机。20世纪80年代以来，随着国际上单片机迅速发展，其应用不断深入，新技术层出不穷。也因为其体积小，功能强，成本地，尤其是随着CMOS工艺的发展，耗电也大大低于其它相似的电子产品，被广泛应用于智能产品和工业控制之中。其中最著名的生产商就是INTEL公司，其开发的51系列单片机是目前市场上最典型和最有代表性的一种，也是国内市场用的最多的单片机。在其之后，世界上许多著名的半导体厂商相继生产和这个系列兼容的单片机，这就使得其产品型号不断地增加，品种不断丰富，功能不断增强。在国内外单片机应用中占有非常重要的地位。【方案的比较与评价】在本次设计中采用AT895单片机；显示电路的设计，显示电路采用六位七段数码管，这种数码管结构很简单使用很方便，已被普遍的使用。在这里采用数码管显示；校时和定时电路的设计；实时控制电路是时钟电路的一个重要组成部分，采用的是一个时钟芯片，单片机从中读取数据送到显示器上显示，从而实现数字钟的功能；还有一些其他控制电路如复位电路、时钟电路等。通过这些控制电路的连接构成了完整的电路。【预期的效果及指标】数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。【进度安排】【参考文献】：1数字电子技术基础.康华光.主编.高等教育出版社2电子线路设计实验测试第三版.谢自美 主编.华中科技大学出版社3电子线路综合设计实验教程.刘鸣 主编.天津大学出版4片机控制工程实践技术家才.学工业出版社5单片机课程设计 实例指导.京航空航天大学出版社6单片机原理及接口技术实验.华北方交通大学出版社7单片机的C语言应用程序设计忠梅.京航空航天大学出版社88031单片机时钟系统的统设计.民邮电出版社9融会贯通 Protel99电路设计弘道工作室.民交通出版设10ProtelDXP 入门与提高 王力，赵晶.邮电出版社11电子技术工艺基础曦 ，李洪儒.华大学出版社【指导教师意见】（有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等）同意提交开题论证 修改后提交 不同意提交（请说明理由）指导教师签章： 年 月 日 【系部意见】同意指导教师意见 不同意指导教师意见（请说明理由） 其它（请说明）系（部）主任签章： 年 月 日多功能数字时钟电路设计王晶0501电子摘 要数字时钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟数字时钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。目前，数字钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。数字钟适用于自动打铃、自动广播，也适用于节电、节水及自动控制多路电器设备。它是由数子钟电路、定时电路、放大执行电路、电源电路组成。为了简化电路结构，数字钟电路与定时电路之间的连接采用直接译码技术。具有电路结构简单、动作可靠、使用寿命长、更改设定时间容易、制造成本低等优点。从有利于学习的角度考虑，这里主要介绍以中小规模集成电路设计数字钟的方法。关键词 555 定时器；多谐振荡器；分频器；计数器；数字钟The design of a multi-functiond digital clock systemWang jin0501 Electronic InformationAbstract：A digital clock is a kind of digital circuit technology, minutes and seconds when the timing device, and the mechanical clock is higher than the accuracy and intuitive, and no machinery, has more longer service life, so it has been widely used.From the principle of digital clock is a kind of typical digital circuits, including the assembly logic circuit and the sequential circuits. At present, a digital clock function is more and more strong, and a variety of special options. Applicable for automatic digital clock rung, automatic broadcasting, also suitable for electricity, water and automatic control and electrical equipment. It is by several children clock circuit, timing circuit, amplifier circuit, the power circuit implementation. In order to simplify the circuit structure, a digital clock circuit and timing circuits using direct connection between decoding technology. With simple structure, reliable operation, long service life, change the setting time for easy and manufacturing cost etc.To learn from the point of view, there are mainly introduced in small scale integrated circuit design method of digital clock。Key words：555 Timer:multivibrator；Frequency Divider；counter；digital clock目 录第一章 绪论101.1 单片机概述101.2 单片机的组成及特点101.3 MCS-51单片机的结构111.4 单片机硬件电路的设计131.5 单片机软件电路设计16第二章 系统原理结构202.1 时间脉冲产生电路212.2 分频器电路232.3 时间计数器电路242.4 译码驱动及显示单元电路252.5 校时电路252.6 报时电路27第三章 单元电路的设计293.1 时间脉冲产生电路的设计293.2 计数电路的设计293.2.1 60进制计数器的设计293.2.2 24进制计数器的设计303.3 译码及驱动显示电路303.4 校时电路的设计313.5 报时电路323.6 电路总图33第四章 仿真结果及分析344.1 时钟结果仿真344.2 秒钟个位时序图344.3 报时电路时序图354.4 测试结果分析35结束语36致 谢37参考文献38第一章 绪论1.1 单片机概述20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。 因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.2 单片机的组成及特点 单片机是微型机的一个主要分支，在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。单片机的组成单片机是通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体，其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址，CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口；/数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。单片机的特点由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。单片机主要发如下特点：a、有优异的性能价格比。b、集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。c、控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。d、外部总线增加了I C（Inter-Integrated Circuit）及SPI（Serial Peripheral Interface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。f、单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。1.3 MCS-51单片机的结构MCS-51单片机内部结构如图1-1所示。图1-1 MCS-51单片机内部结构 MCS-51系列单片机的最典型的产品有内部无ROM的8031、内部具有4KB字节掩膜ROM的8051及内部具有4KB字节EPROM的8751，这三种型号的单片机除内部程序存贮器ROM不同外其它内部资源相同。8051的内部资源如下：a、8位CPU；b、4KB字节掩膜ROM程序存贮器；c、128字节内部RAM数据存贮器；d、2个16位的定时器/计数器；f、1个全双工的异步串行口；e、5个中断源、2级中断优先级的中断控制器；MCS-51引脚及功能如下：（1）电源及时钟引脚包括电源引脚Vcc、Vss及时钟引脚XTAL1、XTAL2。电源引脚接人单片机的工作电源。Vcc(40脚)：接+5V电源；Vss(20脚)：接地。时钟引脚(18、19脚)外接晶体时与片内的反相放大器构成一个振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可外接晶体振荡器。XTAL1(19脚)：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端。当采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。XTAL2(18脚)：接外部晶体的另一端，在单片机内部接至反相放大器的输出端。若采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端，如图1-2所示： 图1-2 电源、时钟引脚、控制引角以及输入/输出引脚图（2）控制引脚，如图1-2所示（3）输入输出引脚，如图1-2所示 输入输出(IO)口引脚包括P0口、P1口、P2口和P3口。 P0口(P0.0P0.7) 为双向8位三态IO口，当作为I/O口使用时，可直接连接外部I/O设备。它是地址总线低8位及数据总线分时复用口，可驱动8个TTL负载。一般作为扩展时地址/数据总线口使用。 P1口(P1.0P1.7) 为8位准双向IO口，它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线(作为输入时，口锁存器必须置1)，可驱动4个TTL负载。 P2口(P2.0P2.7) 为8位准双向IO口，当作为I/O口使用时，可直接连接外部I/O设备。它是与地址总线高8位复用，可驱动4个TTL负载。一般作为扩展时地址总线的高8位使用。 P3口(P3.0P3.7) 为8位准双向IO口，是双功能复用口，可驱动4个TTL负载。1.4 单片机硬件电路的设计单片机工作的时间基准是由时钟电路提供的。在单片机的XTAL1和XTAL2两个引脚间，接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路，如图1-3所示。图1-3 时钟电路图电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路的参数。电路中，电容器C1和C2对振荡器频率有微调作用，通常的取值范围3010pF；石英晶体选择6MHZ或12MHZ都可以。其结果只是机器周期时间不同，影响计数器的计数初值。图1-4 复位电路图如图1-4 所示，单片机的RET引脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。复位信号是高电平有效，高电平有效的持续时间应为2个机器周期以上。复位以后，单片机内各部件恢复到初始状态，单片机从ROM的0000H开始执行程序。单片机的复位方式有上电自动复位和手工复位两种。图2-4是51系列单片机常用的上电复位和手动复位的组合电路，只要VCC上升时间不超过1ms，它们都能很好地工作。如图2-5所示，是单片机在线编程数据总线电路接线图，它是计算机和单片机信息交换的接口，通过单片机编程软件将编好的单片机程序通过此接口电路将程序写入单片机芯片中。方便快捷而且操作简单，大大提高了单片机的使用效率和应用范围。图1-5 单片机编程数据总线电路接线图如图1-6所示，当红外检测开关检测到人体红外线时，红外线开关的黑线端就会产生一个低电平，这时接通光耦使光耦与单片机P0.0连接的电路接通，P0.0便由高电平变为低电平，单片机循环检测该端口，当P0.0为低电平时，程序便会使P1.1产生一个低电平，从而使三极管导通，继电器RL1动作，其控制语音部分电路的常开触点闭合，进而语音芯片作出相应的响应。如图1-7所示，当红外线开关动作，P0.0变为地点平时，程序会在P1.0处产生一个低电平，三极管导通5V继电器吸合，进而驱动12V继电器，使其动作，该继电器的一对常开触点来控制干手器的电源部分，通过继电器的常开触点的开闭来使来决定干手器是否工作。图1-6 单片机控制语音芯片部分电路图图1-7 单片机控制干手器电路图1.5 单片机软件电路设计数字钟的主程序： 开始主程序初始化设置定时器T0，T1读PCF8563中的值显示时间的子程序：T0中断保护现场定时初值核定S_R=0显示时间显示日期恢复现场，中断返回YN按键扫描的子程序： T1中断保护现场定时初值校正键盘扫描程序键按下？设置对应的值写入PCF8563中恢复现场，中断返回NY数字时钟主程序：ORG 0000HLJMP STARTORG 0030HSTART:MOV P0,#0FFH；P0端口初始化 MOV P1,#0FFH；P1端口初始化LOOP:JB P0.0 $ ；判别等待 ACALL DELAYHH；判别延时JB P0.0 LOOP ；判别转移CLR P1.1 ；取反P1.1ACALL DELAYH ；语音芯片工作延时SETB P1.1；语音芯片停止工作CLR P1.0 ；吹风机控制继电器工作ACALL DELAY；吹风机工作延时SETB P1.0 ；吹风机停止工作JMP LOOP ；程序跳转再次执行DELAYHH:MOV R1,#25 ；将25送到R1JMP DEL1 ；跳转到DEL1执行DELAYH:MOV R1,#85 ；将85送到R1JMP DEL1 ；跳转到DEL1DELAY:MOV R1,#200 ；延时子程序DEL1:MOV R2,#200DEL2:MOV R3,#120DEL3:DJNZ R3,DEL3DJNZ R2,#DEL2DJNZ R1,#DEL1RET ；返回到主程序END ；程序结束第二章 系统原理结构数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。图2-1所示为数字钟的一般构成结构。图2-1 系统原理结构（1）晶体振荡器电路：晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768z的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。（2）分频器电路：分频器电路将32768HZ的高频方波信号经32768（）次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。（3）时间计数器电路：时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为24进制计数器。（4）译码驱动电路：译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。（5）整点报时电路：一般时钟都应具备整点报时电路功能,即在时间出现整点前数秒内,数字钟会自动报时,以示提醒.其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波,较复杂的也可以是实时语音提示。2.1 时间脉冲产生电路方案一：由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。如图2-2所示：图2-2 定时器555与RC组成的多谐振荡器图方案二：振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确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。石英晶体振荡器的作用是产生时间标准信号。因此，一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一时间脉冲信号。如下图2-3所示：图2-3 晶体振荡器图方案三：由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器。如下图2-4所示：图 2-4 数字电路的多协振荡器图用555组成的脉冲产生电路：R1=15*103，R2=68*103，C=10F，则555所产生的脉冲的为：f=1.43/(R1+2*R2)*103*10*106=0.947Hz,而设计要求为1Hz,因此其误差为5.3%,在精度要求不是很高的时候可以使用。石英晶体振荡电路：采用的32768晶体振荡电路,其频率为32768Hz,然后再经过15分频电路可得到标准的1Hz的脉冲输出.R的阻值,对于TTL门电路通常在0.72K之间；对于CMOS门则常在10100M之间。由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期不仅与时间常数RC有关，而且还取决于门电路的阈值电压VTH，由于VTH容易受到温度、电源电压及干扰的影响，因此频率稳定性较差，只能用于对频率稳定性要求不高的场合。综上分析，选择方案二，石英晶体振荡电路能够作为最稳定的信号源。第35页2.2 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（），即实现该分频功能的计数器相当于15级2进制计数器。从尽量减少元器件数量的角度来考虑，这里可选多极进制计数电路CD4060和CD4040来构成分频电路。CD4060和CD4040在数字集成电路中可实现的分频次数最高，而且CD4060还包含振荡电路所需的非门，使用更为方便。CD4060计数为级进制计数器，可以将32768z的信号分频为z，其内部框图如图 2-5所示，从图中可以看出，CD4046的时钟输入端两个串接的非门，因此可以直接实现振荡和分频的功能。图2-5 D4046内部框图 图2-6 CD4040内部框图CD4040计数器的计数模数为4096（），其逻辑框图如图2-6所示，如将32768Hz信号分频为1Hz，则需外加一个8分频计数器，故一般较少使用CD4040来实现分频。综上所述，可选择CD4060同时构成振荡电路和分频电路。照图5.1，在和之间接入振荡器外接元件可实现振荡，并利用时计数电路中多一个2分频器（后述）可实现15级2分频，即可得1Hz信号。2.3 时间计数器电路一般采用10进制计数器来实现时间计数单元的计数功能。为减少器件使用数量，可选74HC390，其内部逻辑框图如图2-7所示。该器件为双2-5-10异步计数器，并且每一计数器均提供一个异步清零端（高电平有效）。图2-7 74HC390(1/2)内部逻辑框图秒个位计数单元为10进制计数器，无需进制转换，只需将与（下降沿有效）相连即可。（下降没效）与1Hz秒输入信号相连，可作为向上的进位信号与十位计数单元的相连。秒十位计数单元为6进制计数器，需要进制转换。将10进制计数器转换为进制计数器的电路连接方法如图 2-8所示，其中可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的相连。图 2-8 10进制-6进制计数器转换电路图分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，只不过分个位计数单元的Q作为向上的进位信号应与分十位计数单元的CP相连，分十位计数单元的Q作为向上的进位信号应与时个位计数单元的CP相连。时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计数单元应为24进制计数器，不是10的整数倍，因此需将个位和十位计数单元合并为一个整体才能进行24进制转换。利用1片75HC390实现24进制计数功能的电路如图 3-8所示：另外，图 2-9所示电路中，尚余2进制计数单元，正好可作为分频器2Hz输出信号转化为1Hz信号之用。图2-9 24进制计数器电路图2.4 译码驱动及显示单元电路译码电路的功能是将“秒”、“分”、“时”计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段译码器/驱动器，其输出是OC门输出且低电平有效，专用于驱动LED七段共阳极显示数码管。如图9所示。若将“秒”、“分”、“时”计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字的显示。2.5 校时电路方案一：通常，校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。图2-10所示为所设计的校时电路。图2-10 方案一校正电路图方案二：方案二与方案一原理差不多，但多了0.01uf的电容防抖动。如图图2-11所示：图2-11 方案二校正电路图方案三：校准电路由基本RS触发器和“与”门组成，基本RS触发器的功能是产生单脉冲，主要作用是起防抖动作用。未拨动开关K时，“与非”门G2的一个输入端接地，基本RS触发器处于“1”状态，这是数字钟正常工作，“分”进位脉冲能进入“分”计数器。拨动开关K时，“与非”门G1的一个输入端接地，于是基本RS触发器转为“0”状态。秒状态可以直接进入“分”计数器，而“分”进位脉冲被阻止进入，因而能较快地校准分计数器的计数值。校准后，将校正开关恢复原位，数字钟继续进行正常计时工作。如下图 2-12所示：图 2-12 方案三校正电路图通过比较可知，方案二和方案三比方案一多了防抖动的措施，稳定性更好，方案二和方案三相比，防抖动措施更好，更完备，但电路也更为复杂，成本也更高，通过比较选择方案二，既能实现防抖动功能，做出事物也更经济一些。2.6 报时电路方案一：采用仿广播台整点报时的功能：每当数字钟计时快要到正点时候发出响声，通常按照四低音，一高音的顺序发出间断声，以最后一声高音结束的时刻为正点时刻。4低音（约500Hz）分别发生在59分51秒、发生在59分53秒、发生在59分55秒、发生在59分57秒、，最后一声高音（约1KHz）发生在59分59秒，他们的持续时间均为一秒。如下图2-12所示：图 2-13 方案一报时电路图方案二：方案二与方案一实现功能一样，电路不一样。如下图2-14所示：图2-14 方案二报时电路图第三章 单元电路的设计3.1 时间脉冲产生电路的设计图 3-1 产生1Hz时间脉冲的电路图CD4060同时构成振荡电路和分频电路。如图 3-1，在MR和RS之间接入振荡器外接元件可实现振荡，并利用时计数电路中多一个2分频器可实现15级2分频，即可得1Hz信号。3.2 计数电路的设计秒、分计数器为60进制计数器。小时计数器为24进制计数器。实现这两种模数的计数器采用中规模集成计数器CC40161。3.2.1 60进制计数器的设计“秒”计数器电路与“分”计数器电路都是60进制，它由一级10进制计数器和一级6进制计数器连接构成。如图 3-2所示由CC40161构成的60进制计数器。首先将两片CC40161设置成十进制加法计数器，将两片计数器并行进位则最大可实现100进制的计数器。现要设计一个60进制的计数器，可利用“反馈清零”的方法实现。当计数器输出“2Q32Q22Q12Q0、1Q3Q2Q1Q0=0110、0000”时，通过门电路形成一置数脉冲，使计数器归零。图 3-2 60进制计数器电路图3.2.2 24进制计数器的设计同理当个位计数状态为“Q3Q2Q1Q0=0100”，十位计数器状态为“Q3Q2Q1Q0=0010”时，要求计数器归零，如下图3-3所示：图 3-3 24进制计数器图3.3 译码及驱动显示电路译码电路的功能是将“秒”、“分”、“时”计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段译码器/驱动器，其输出是OC门输出且低电平有效，专用于驱动LED七段共阳极显示数码管。由74LS48和LED七段共阳数码管组成的一位数码显示电路如图 3-4 所示。若将“秒”、“分”、“时”计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字的显示。图 3-4 译码及驱动显示电路图3.4 校时电路的设计数字种启动后,每当数字钟显示与实际时间不符进,需要根据标准时间进行校时。校“秒”时，采用等待校时。校“分”、“时”的原理比较简单，采用加速校时。对校时电路的要求是：1在小时校正时不影响分和秒的正常计数。2在分校正时不影响秒和小时的正常计数。如图3-5所示，当开关打向下时，因为校正信号和0相与的输出为0，而开关的另一端接高电平，正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态；当开关打向上时，情况正好与上述相反，这时校时电路处于校时状态。与非门可选74LS00，非门则可用与非门2个输入端并接来代替节省芯片。因此实际使用时，须对开关的状态进行消除抖动处理，图3-5为加2个0.01uF的电容。图3-5 校时电路图3.5 报时电路根据要求，电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5、9和5，因此可将分计数器十位的Q和Q 、个位的Q和Q及秒计数器十位的Q和Q相与，从而产生报时控制信号。选蜂鸣器为电声器件，蜂鸣器是一种压电电声器件，当其两端加上一个直流电压时酒会发出鸣叫声，两个输入端是极性的，其较长引脚应与高电位相连