数字钟实验报告

1、淮阴师范学院物理与电子电气工程学院实训报告 学生姓名学 号班 级08级06班专 业电子信息工程题 目数字钟的设计与制作指导教师（姓名） （职称）2010年11月一、设计指标1. 显示时、分、秒。2. 以24小时制为一周期。3. 具有校时功能，可以对小时和分单独校时，对分校时的时候，停止分向小时进位。校时时钟源可以手动输入或借用电路中的时钟。4. 为了保证计时准确、稳定，由晶体振荡器提供标准时间的基准信号二、设计方框图数字钟的构成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

2、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。输入输出A B Y0 010 1110 1110三、元器件介绍 1. 74LS00 与非(图2) 图22. 74LS00 与门（图3）输入输出A B Y0 000 10100111 图3 74LS00管脚图3.74LS390（图4），十进制加数器 图4 74LS390管脚图 图5 74LS51管脚图 4.74LS51（图5）5.CD4060（图6）6.74LS74 (图7)7.74LS47 (图8)，译码器 图6 CD4060管脚图 图7 74LS74管脚图 图8 74LS47管脚图三、设计原理1、各功能模块电路的设计（用Multisim仿

3、真）（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。如图（b）所示，由非门与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，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、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

4、确。 图（b）CMOS 晶体振荡器 4060构成脉冲发生及分频电路仿真图(2)时间记数电路一般采用10进制计数器如74HC290、74HC390等来实现时间计数单元的计数功能。本次设计中选择74HC390。由其内部逻辑框图可知，其为双2-5-10异步计数器，并每一计数器均有一个异步清零端（高电平有效）。秒个位计数单元为进制计数器，无需进制转换，只需将与（下降沿有效）相连即可。（下降沿有效）与Z秒输入信号相连，D可作为向上的进位信号与十位计数单元的相连。秒十位计数单元为进制计数器，需要进制转换。将进制计数器转换为进制计数器的电路连接方法如图.所示，其中C可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的相

5、连。 十进制-六进制转换电路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D作为向上的进位信号应与分十位计数单元的相连，分十位计数单元的C作为向上的进位信号应与时个位计数单元的相连。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。利用片实现24进制计数功能的电路如图（d）所示。 （d）二十四进制电路另外，图（d）所示电路中，尚余进制计数单元，正好可作为分频器Z输出信号转化为Z信号之用。74LS390构成60进制计数器仿真图74LS3

6、90构成24进制计数器仿真图（3）校时电路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。即为用COMS与或非门实现的时或分校时电路，In1端与低位的进位信号相连；In2端与校正信号相连，校正信号可直接取自分频器产生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信号；输出端则与分或时个位计时输入端相连。当开关打向上时，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；当开关打向下时，情况正好与上述相反，这时校时电路处于校时状态。实际使用时，因为电路开关存在抖动

7、问题，所以一般会接一个RS触发器构成开关消抖动电路，所以整个较时电路就如图（f）。 （f）带有消抖电路的校正电路 校时电路仿真图2、整体电路图（用Multisim仿真）由1个二十四进制电路、2个六十进制电路组成，只要把一个双六十电路与二十四进制电路相连即可。详细电路见下图。整个数字钟由时间计数电路、晶体振荡电路、校正电路电路组成。其中以校正电路代替时间计数电路中的时、分、秒之间的进位，当校时电路处于正常输入信号时，时间计数电路正常计时，但当分校正时，其不会产生向时进位，而分与时的校位是分开的，而校正电路也是一个独立的电路。电路的信号输入由晶振电路产生，并输入各电路。四、电路安装与调试过程1.安

8、装1）.按图连线，集成块引脚方向预先弯好对准面包板的金属孔，再小心插入。导线的剥线长度与面包板的厚度相适应。2）.导线的裸线部分不要露在板的上面，以防短路。 导线要插入金属孔中央。3）.按照原理图接线时首先确保可靠的电源和接地。4）.注意芯片的控制引脚必须正确接好。2.调试1）. 检查故障时除测试输入、输出信号外，要注意电源、接地和控制引脚。2）. 要注意芯片引脚上的信号与面包板上插座上信号是否一致（集成块引脚与面包板常接触不良）。3） 显示管不亮，检查各处接电源接地的地方是否有接。显示管显示不全，检查显示管和74LS47是否有坏，检查有无短接。4） 有显示，不跳，检查秒脉冲发生器，检查74LS47，和4060是否有错，可直接加2KZ秒脉冲发生器加秒脉冲。5）检查是否进位五、电路测试与使用说明1） 为了便于测试，可将2Hz信号直接输入到各级计数器。2）. 接校时电路时可接模拟信号输入（如1Hz和2Hz）测试输出信号的切换正确后，将秒进位和分进位信号接到校时电路，再接校时电路输出到分计数器和时计数器。从较时电路接入信号时，必须将原进位信号拔掉。六、训练总结 这次实训总体来说，还比较顺利。虽然途中也遇到过一些困难，但是在几次的排查后问题都一一地得到解决。这也就告