数字电路课程设计——数字闹钟2012-7

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数字电路课程设计长春理工大学 电信学院 电工电子实验教学中心1

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设计题目 数字闹钟电路设计

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目录 课程设计要求 数字钟的功能要求 数字钟电路系统的组成方框图 单元电路设计 整机电路

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课程设计要求 课程设计过程

理论设计阶段 硬件电路实验阶段 实验报告及答辩阶段 应达到的基本要求

独立完成实验的理论设计； 学会查阅技术手册和文献资料； 进一步熟悉常用集成电路的设计方法； 初步掌握电路的调试技能和故障排除方法； 撰写实验报告；

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设计报告的主要内容及要求 设计任务与要求 设计方案比较

单元电路工作原理和实现电路(芯片功能等) 电路中用到的元件要求查出具体型号，并且按照

引脚画图 完整的整机电路 正本报告只能用一种颜色的笔(不能用铅笔)完

成，包括电路图5

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一、数字钟的功能要求(一) 能进行正常的时、分、秒计时功能

准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间； 小时的计时要求为24进制

23:59:59》》0:00:00

可扩展为：小时的计时要求为“12翻1”

12:59:59》》1:00:00

分和秒的计时要求为60进位；6

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一、数字钟的功能要求(二) 能进行手动校时

利用两个单刀双掷开关分别对时位和分位进行校正。

校时位时，要求时位以每秒计1的速度循环计数；

校分位时，要求分位以每秒计1的速度循环计数，此时秒位计数应置0,并且分位向时位的进位必须 断开。 可扩展为：快调和慢调两种7

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一、数字钟的功能要求(三) 能进行整点报时

要求发出仿中央人民广播电台的整点报时信号 即在59分50秒起隔2秒钟发出一次低音的“嘟” 信号(信号鸣叫持续时间1s,间隙1s),连续发 出4次； 到达整点时(即00分00秒)再鸣叫一次高音的 “哒”信号(信号持续时间仍为1s)。

可扩展：报整点时数(几点响几声); 触摸报时；8

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一、数字钟的功能要求(四) 具有定时闹功能

计时过程中的任意“时”、“分”均能按时起闹。 可扩展：闹钟响声时间可调

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二、数字钟电路系统的组成框图该系统的工作原理是： 振荡器产生高稳定的高频脉冲信号，作为数字

钟的时间基准，再经分频器输出标准秒脉冲信 号。 秒计数器计满60后向分计数器进位，分计数器

计满60后向小时计数器进位，小时计数器按照 24或者“12翻1”规律计数。 计时出现误差时可以用校时电路进行校时和校

分。10

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二、数字钟电路系统的组成框图时显示器 分显示器 秒显示器 定时控制

主 体 电 路

触摸整点报时 秒计

数器计满60后 向分计数器进位 小时计数器按照24 分计数器计满60后 或“12翻1”规律计 振荡器 分频器 计时出现误差时可以用校时电 向小时计数器进位 数 路进行校时和校分 数字钟电路系统由主体电路和扩展电路两大部分所组成 计数器的输出经译码器送显示器 1s11

时译码器 分译码器 振荡器产生的稳定的高 频脉冲信号，作为数字 时计数器 分计数器 钟的时间基准，再经分 频器输出标准秒脉冲 校时电路

秒译码器

仿电台报时

秒计数器

报整点时数

扩 展 电 路

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三、单元电路的设计

振荡器的设计 分频器的设计

时、分、秒计数器的设计译码显示电路设计

校时电路的设计定时控制电路的设计

正点报时电路的设计报整点时数电路的设计

触摸报时电路的设计

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1.振荡器的设计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。一般来说，振荡器 的频率越高，计时精度越高。

采用555定时器构成多谐振荡器：

缺点：频率不准确。

采用石英晶体振荡器：

优点：振荡频率准确，电路结构简单。13

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晶体振荡器电路如图所示为电子手 表集成电路(如 5C702)中的晶体 振荡器电路；常取晶振的频率为 32768Hz,因其内 部有15级2分频集 成电路，所以输出 端正好可得到1Hz 的标准脉冲1 RF 22M JT 32768Hz C1 3/22pF C2 20pF R 150k 1 vo

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555定时器实现电路R1 2k RP 10k 7 R2 5.1k 6 2 8 + 5V

4

555 555

3

vo

C1 0.1 F

1

5 C2 0.01 F

如果精度要求 不高也可以采用由 集成逻辑门与RC组 成的时钟源振荡器 或由集成电路定时 1m s 器555与RC组成的 多谐振荡器。 这里设振荡频率

fo =103Hz15

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三、单元电路的设计

振荡器的设计 分频器的设计

时、分、秒计数器的设计译码显示电路设计

校时电路的设计定时控制电路的设计

正点报时电路的设计报整点时数电路的设计

触摸报时电路的设计

17

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2.分频器的设计分频器的功能主要有两个： 一是产生标准秒脉冲信号；

二是提供功能扩展电路所需要的信号，如仿电台报时用的1kHz的高音频信号和500Hz的低音频信号

等。可选用芯片很多，例如： 3片中规模集成电路计数器74LS90,74LS161等； 14位二进制计数器，如CD4020、CD4060、MC14020、 MC14060、74HC4020、74HC4060。18

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秒脉冲产生电路的设计(电路形式一)R1 C1 1 A 1 R2

uo

分频电路

秒脉冲

输出方波uO的频率 =C2

石英晶体 4MHz

石英晶体的固有谐振频率实际应用中，为了改善

R1=R2=0.7-2k C1=0.01 F 耦合电容

输出波形和增强带

负载能力， 通常还在Uo输出端再加一级19

C2=10pF

防止寄生振荡产生。 反相器。

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秒脉冲产生电路的设计(电路形式二)晶体振荡器 32768Hz

2分频电路(共15个)

2

2

2

共32768分频 CP

1秒20

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晶体振荡器32768Hz

1

1

uo

32768分频电路

秒脉冲

R1 10M 石英晶体

32768Hz

C1 5-50P

振荡器中的非门和分频电路通常 由一块集成电路CD4060(14位二进 制串行计数器)实现。21

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振荡器中的非门和分频电路通常由一块集成电路 CD4060(14位二进制串行计数器)实现。

CD40601 11 10 1 14级计数器

12脚应接地3脚Q14: 输出2Hz

石英晶体C2

VDD C1 16 1

Q10 15 2

Q8 14 3

Q9 13 4

CLR CP1 CP0 12 5 11 6 10 7

CP0 9 822

32768Hz

CD4060

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rvi1.html