多功能电子时钟显示电路

多功能电子时钟的设计

一、设计任务及技术指标

1. 时钟以24小时为一代数周期。 2. 具有“时”、“分”校时功能。

3. 设计一台具有显示“时” “分” “秒”十进制数的数字钟。 4. 整点报时功能。要求报时声音四低一高，最后一响为整点。 二、设计步骤和方法

1. 原理了解，清楚设计内容。 2. 方案设计：画出原理草图。 3. 教师检查通过原理设计。

4. 原理及连线图绘制，仿真结果正确。 5. 安装实际电路。 6. 调试，功能实现。 7. 教师检查及答辩。 8. 完成设计报告。 三、基本原理说明

数字电子钟要想最终设计成功必须要有精确而稳定的秒信号产生， 通常先用石英晶体振荡器产生32768Hz的脉冲，经过整形、分频产生1Hz 的秒脉冲。分频用CD4060分出2Hz的脉冲，再用74LS74分出1Hz的脉冲。然后1Hz脉冲送到秒计数器的个位，秒计数器是由两块CD4518组成的六十进制计数器。

校时电路的秒十位接分计数器的个位，分计数器也是由两块CD4518 组成的六十进制计数器。校时电路的分计数器的十位接入时计数器的个位，时计数器也是由两块CD4518 组成的二十四进制计数器。校时电路的 S1、S2 控制“校时”和“校分”。各个计数器分别接译码器，各个译码器分别接显示器。

电子时钟电路实际上是对1kz的标准频率进行计数的计数电路。多功能电子时钟是采用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计数装置，具体实现为：用石英晶体振荡器产生1秒的标准“秒”信号：设计60进制计数器，即60秒累计1分;60分累计1小时，并以24小时为一计时周期；各自引到显示器能显示“时”、“分”、“秒”；具有整点报时功能，要求报时声音四低一高，最后一响为整点；由于计数的起始时间不可能与标准时间一致，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。数字钟课程设计方框图如下：

1.振荡器及分频器

CC4060和74HC74组成的脉冲产生电路及分频电路

数字电子钟要想最终设计成功必须要有精确而稳定的秒信号产生，通常先用石英晶体振荡器产生32768Hz的脉冲，经过整形、分频产生1Hz的秒脉冲。CD4060分出2Hz的脉冲，再用74HC74分出1Hz的脉冲。电路图如下所示

2.计数器

时间计数单元有“是”计数，“分”计数和“秒”计数三个部分组成。

“分”计数和“秒”计数单元为60进制计数器，需要两位十进制计数器，可以先级联100进制，再找出归零信号实现60进制。 可以直接用归零信号作为“秒”向“分”或者“分”向“时”的

进位信息。

“时”计数单元应为24进制计数器，和“分”计数和“秒”计数一样，都是按各自然状态计数，所以组成“时”计数器的两个十进制计数器必须先级联为100进制，再找出归零信号实现24进制。 用两片CD4518级联构成二十四进制计数器电路，第一片的进位信号作为第二片的时钟脉冲，当计数器为二十四时反馈给清零使能端清零。运用EWB软件仿真来检测电路的功能

CD4518构成24进制EWB仿真图

用两片CD4518级联构成二十四进制计数器电路，第一片的进位信号作为第二片的时钟脉冲，当计数器为六十时反馈给清零使能端清零。运用EWB软件仿真来检测电路的功能

CD4518构成60进制EWB仿真图

3.译码显示电路

“时”“分”“秒”计数器的输出信号，需要经过译码显示电路。

用CC4511实现译码；用LG5011AH共阴数码管实现显示电路。CC4511管脚图及LG5011AH数码管管脚图如下

功能说明：

（1）灯测试功能：LT可检查七段显示器各字段是否能正常发光。当LT = 0时，不论

Q0－Q3状态如何，七段全部显示，以检查各字段的好坏。 （2）消隐功能： 当BI=0时，输出a－b都为低电平，各字段熄灭。 （3）数码显示： 当BI=1 LT=1 LE=0，译码器工作，当Ｑ3Ｑ2Ｑ1Ｑ0端输入8421BCD码

时，译码器对应的输出端输出高电平1，数码显示相应的数字。 （4）锁存：在LE从“0”转换到“1”时，输出显示由输入的BCD码决定。

译码和数码显示电路是将数字钟和计时状态直观清晰地反映出来，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的驱动下，显示出清晰、直观的数字符号。本设计所选用的是半导体数码管，是用发光二极管（简称LED）组成的字形来显示数字，七个条形发光二极管排列成七段组合字形，便构成了

半导体数码管。半导体数码管有共阳极和共阴极两种类型。共阳极数码管的七个发光二极管的阳极接在一起，而七个阴极则是独立的。共阴极数码管与共阳极数码管相反，七个发光二极管的阴极接在一起，而阳极是独立的。

当共阳极数码管的某一阴极接低电平时，相应的二极管发光，可根据字形使某几段二极管发光，所以共阳极数码管需要输出低电平有效的译码器去驱动。共阴极数码管则需输出高电平有效的译码器去驱动。

四、校时电路

数字电子钟开机时并不能立即显示当前时间，所以需要一个校时电路来调整到所需要的时间。采用自动实现对时和分的校时，其主要原理是：先截断正常的计数通路，然后再将频率为2Hz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，数字钟应具有自动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。其电路图如下。

校时和校分电路

五、整点报时电路

电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即是当时间在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QＣ和QＡ 、个位的QＤ和QＡ及秒计数器十位的QＣ和QＡ相与，从而产生报时控制信号。数字钟要求在差10s为整点时开始产生每隔1s鸣叫一次的响声，共鸣五次，每次持续时间为1s。报时电路电子时钟显示整点时能及时报时，每当“分”和“秒”计数器计数到59分51秒时，驱动音箱电路，在十秒钟内自动发出5次鸣叫声，要求每一秒鸣叫一次，每次叫声持续一秒，而且前四声低最后一声高，以最后一次高音结束的时刻为整点时刻。

设4声低音（500Hz）分别发生在59分51秒、53秒、55秒及57秒。最后一声高音（约1KHz）发生在59分59秒，他们的持续时间为1秒。

CP(秒) 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 Q3s1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 Q2s1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 Q1s1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 Q0s1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 功能 鸣低音 停 鸣低音 停 鸣低音 停 鸣低音 停 鸣高音 停

四、安装与调试

1．系统安装

在装配电路的时候，一定要认真仔细，保证连线正确和接触良好，防止虚接，短接，以免人为故障。

1 要根据芯片引脚原理图，分功能安装，并根据接线顺序分步骤验证。 2 防止接触不良故障

3 接线时确保可靠的电源和接地。 4 注意芯片的控制引脚必须接正确。 5.插线要细心，避免接触不良现象。 2.系统调试

1、在按系统原理图连线完成后，对系统连线进行了检查，并排除了由于连线产生的错误。

2、用万能表进一步检测电源正负极、高低电平以及每个芯片的电源和地、每个使能端的连接是否正确。

3、通电调试，通过调试各部分电路连接，并排出错误，使系统具有正常的数字时钟的功能。

4、增加一部分发挥部分的电路设计。 3.系统设计结果

通过接线和调试，基本实现了要求的功能：

1、能够准确计时，并以十进制形式显示“时”、“分”、“秒”； 2、小时为24进制，分和秒均为60进制；

3、能整点报时。报时为四低一高，最后一下为整点报时。

五、设计总结

在课程设计过程中，不仅锻炼了我的动手能力和对于电子技术下知识的掌握及运用能力，而且提高了我的协作能力和独立分析问题和解决问题的能力以及创新能力和创新思维。通过这次数字电子钟的课程设计，我们才把学到的东西与实践相结合。从中对我们学的知识有了更进一步的理解，而且更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。设计本身并不是有很重要的意义，而是同学们对待问题时的态度和处理事情的能力。各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点。同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。

六、主要参考文献

[1] 康华光 电子技术基础 数字部分(第五版) 北京高等教育出版

社，2006；

[2] 数字电子技术实验指导书，中原工学院电子技术课程组 自编，

2012

附录：

附录一 工具清单

工具 数量 镊子 1 斜口钳 1 万用表 1 5V直流稳压电源 1 导线 若干 面包板

1 附录2 元器件清单

序号 功能 振荡器部分 器件类型、型号及参数 CC4060 晶振(32768Hz) 电阻：22M? 数量 1 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 分频电路 计数电路 译码电路 显示电路 电容：20pF 可变电容：3~20pF 74HC74 74HC4518 74HC4511 数码管(共阴极)(包括限流电1 1 1 3 6 6 阻) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

整点报时电路 校时和校分电路 74HC00 74HC04 电阻：3.3k? 电容：0.01?F 74HC20 74HC00(或CC4011) 电阻：3.3k? 电阻：1k? 电阻：22? 三极管：3DG130 蜂鸣器(8?) 3 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1

附录3 主要元器件的引脚图和功能表

振荡电路部分 CC4060引脚图和功能表

74HC74引脚图和功能表

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