数字时钟设计与制作

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1、实训报告一、实训目的1、了解数字时钟的组成及工作原理2、进一步熟悉protel99SEEDA软件的功能3、进一步熟悉数字时钟的功能及集成电路的引脚分配4、掌握各芯片的逻辑功能及使用方法二、实训内容利用protel99SEEDA软件设计数字时钟的原理图及PCB电路板三、设计要求1、数字时钟时的计时要求为24翻1，分和秒的计时要求为60进制2、准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间3、校准时间4、画出电路原理图及PCB电路板四、设计原理1、数字时钟的构成数字时钟是由脉冲发生器、计数器、译码器显示驱动电路和校时电路组成。振荡器产生稳定的

2、高频脉冲信号,作为数字钟的时间基准,然后经过分频器输出标准秒脉冲。秒计数器满60后向分计数器进位,分计数器满60后向小时计数器进位,小时计数器按照“24翻1”规律计数。计数器的输出分别经译码器送显示器显示。由于计时会出现误差时,则需加校时电路对时、分进行校准。其组成框图如下图：第13页共13页2、数字时钟的工作原理1）脉冲发生器电路采用了32768Hz的石英晶振经过CD4060十四级二分频后，在经过74LS74一级二分频，共十五级分频产生1Hz的标准脉冲信号。其电路图如下：2）时间计数器计时器是一种计算输入脉冲的时序逻辑网络，被计数

3、的输入信号就是时序网络的时钟脉冲，它不仅可以计数而且还可以用来完成其他的特定逻辑功能，如测量、定时控制、数字运算等。数字时钟的计数电路是用两个六十进制计数电路和24翻1计数电路实现的第13页共13页。数字时钟的计数电路的设计可以用反馈归零法。当计数器正常计数时，反馈门不起作用，只有当进位脉冲到来时，反馈信号将计数电路清零，实现相应模的循环计数。秒计数器是由双四位同步十进制加法计数器组成的六十进制计数器，其功能表如下根据功能表，当1脚cp脉冲为0，2脚EN下降时计数器做十进制加法计数，当个位计数到9，即1001时时钟清零，同时向引脚1

4、0即十位计数器的EN端送进一个下降脉冲，使十位计数器进一，当秒计数到60时，向分计时器送出一个脉冲信号，同时向秒计时器送清零信号，使秒计数清零。分计时器的工作原理与秒计时器相同，其时钟脉冲来自于秒进位，其频率为1/60Hz。时计时器的工作原理同秒计数器相似，但计时器单元应为24进制计数器，其时钟脉冲来自于分进位，其频率为1/3600Hz。电路图如下：3）译码显示驱动电路译码显示电路的功能是将时、分、秒计数器输出的4位代码翻译并显示相应的十进制数的状态，通常译码器和显示器是配套使用的。计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出

5、，用CD4511电路将计数器的输出数码转换为LED-7数码管所需要的输出逻辑和一定的电流。其译码显示过程为：把计时器的输出数码接到驱动译码电路的U14、U13上，把秒计数器产生的60进位的二进制信号译成断代码，并驱动数码管DS6、DS5显示秒的十位与个位。、同理，U12、U11驱动数码管DS4、DS3显示分的十位与个位，U10、U9驱动数码管DS2、DS1显示时的十位与个位。其电路图如下：第13页共13页4）、校时电路在刚接通电源或者时钟走时出现误差时，则需要进行时间的校准。调节开关S1,S2分别对时、分、秒单独计数，计数脉冲由单次

6、脉冲或联系脉冲输入。校时电路由与非门和二个开关组成，实现时、分的校准。在校时时，分采用等待校时，当正常读分时，S1接VCC，分脉冲送至计数器，使计数器读分，校分时，S1接地，与非门被封，暂停读分，待标准时到立即将S1接VCC即可。时的校时和分的校时相同，当正常读时时，S2接VCC，时脉冲送至计数器，使计数器读时。校时时，S2接地，与非门被封，暂停读时，当标准时到立即将S2接VCC即可校准。其电路图如下：第13页共13页五、电路中主要元件及功能1、芯片74LS29074LS290的逻辑符号图如下：74LS290的主要功能如下：置“0”

7、功能：当S9（1）.S9（2）=0，且R0（1）=R0（2）=1时，计时器置“0“，即Q3Q2Q1Q0=0000置“9”功能：当S9（1）=S9（2）=1且R0（1）.R0（2）=0时，计时器置“9”，即Q3Q2Q1Q0=1001计数功能：当S9（1）.S9（2）=0，且R0（1）.R0（2）=0时，输入计数脉冲CP，计数器开始计数。计数脉冲由CP0输入，从Q0输出时，则构成一位二进制计数器；计数脉冲由CP1输入，Q3Q2Q1输出时，则构成异步五进制计数器；若将Q0和CP1相连，计数脉冲由CP0输入，输出为Q3Q2Q1Q0时，则构成

8、8421BCD码异步十进制计数器；若将Q3和CP0相连，计数脉冲由CP1输入，从高位到低位输出为Q0Q1Q2Q3时，则构成5421BCD码异步十进制加法计数器。2、芯片CD4511CD4511的逻辑符号图如下：CD4511是一个用于驱