多功能数字钟的电路设计

多功能数字钟的电路设计数字钟是采用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的使用，使得数字钟的精度、稳定度远远超过了机械钟表。钟表的数字化在提高报时精度的同时，也大大扩展了它的功能，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、定时启闭路灯等。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。一、设计目的1掌握数字钟的设计、组装与调试方法。2熟悉集成电路的使用方法。二、设计任务与要求1时钟显示功能，能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。2具有快速校准时、分、秒的功能。3计时准确度，每天计时误差不超过1S。4整点自动报时，在离整点10S时，便自动发出鸣叫声，步长1S，每隔1S鸣叫一次，前四响是低音，最后一响为高音，最后一响结束为整点。选做1闹钟功能，可按设定的时间闹时。2日历显示功能。将时间的显示扩展为“年”、“月”、“日”。三、数字钟的基本原理及电路设计一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等七部分组成。石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器译码，并通过显示器显示时间。数字钟的整机逻辑框图如下图421数字钟整机逻辑图译码显示电路时计数器分计数器秒计数器校时电路报时电路多级分频器振荡器1石英晶体振荡器石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整，它是电子钟的核心，用它产生标准频率信号，再由分频器分成秒时间脉冲。用反相器与石英晶体构成的振荡电路如图422所示。利用两个非门G1和G2自我反馈，使它们工作在线形状态，然后利用石英晶体Z1来控制振荡频率。振荡器振荡频率的精度与稳定度基本上决定数字钟的准确度,晶振频率越高，计时准确度越高。目前常见的石英晶振频率是4MHZ时，则振荡器输出频率为4MHZ。G2G1R11KR21KC1001FZ14MHZC210PF图422石英晶体振荡电路2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。例如，振荡器输出4MHZ信号，可通过D触发器（如74LS74）进行4分频变成1MHZ，也可以将10分频计数器74LS160（或74LS90）行4分频变成1MHZ，然后送到10分频计数器74LS160（或74LS90），经过6次10分频而获得1HZ的方波信号。3计数器整个计数器电路由秒计数器、分计数器、时计数器串接而成。秒计数器和分计数器各自由一个十进制计数器和一个六进制计数器串接组成，形成两个六十进制计数器。时计数器可由两个十进制计数器串接并通过反馈接成二十四制计数器。4译码器译码器由六片74LS247（或74LS48）组成，74LS247驱动器是与8421BCD编码计数器配合用的7段译码驱动器。一片74LS247驱动一只数码，72LS247是集电极开路输出，为了限制数码管的导通电流，在72LS247的输出与数码管的输入端之间均应串有限流电阻。5显示器本系统用七段发光数码管来显示译码器输出的数字，发光数码管有两种共阳极或共阴极。74LS247驱动器是低电平输出，采用共阳极数码管。6校时电路刚接通电源或走时不准时，都需要进行时间校准。实现校时电路的方法有很多，采用基本RS触发器构成单脉冲发生器是其中的一种，电路如图423。G1G1SBRR5VQQ图423校时电路四、调试要点1画出整个系统的电路图，并列出所需器件清单。2采购器件，并按电路图接线，认真检查电路是否正确，注意器件管脚的连接，“悬空端”、“清零端”、“置1端”要正确处理。3调试振荡器电路，用示波器观察振荡频率输出。4将振荡输出频率送入各分频器，观察其输出频率是否符合设计要求。5检查各级计数器的工作情况。6观察校时电路的功能是否满