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综合设计题目综合设计题目 数字钟电路系统数字钟电路系统一、数字钟的功能要求：二、数字钟电路系统的组成框图三、主体电路的设计与装调 四调试方法：五设计心得:六参考文献：n n参考资料参考资料n n 1.1.郝国法等主编郝国法等主编 电子技术实验电子技术实验 北京：冶北京：冶金工业出版社，金工业出版社，20062006n n2.2.华中科技大学电子技术课程组编华中科技大学电子技术课程组编 康光华主康光华主编编 电子技术基础电子技术基础 数字部分（第五版）数字部分（第五版）北京北京：高等教育出版社，：高等教育出版社，200520053.3.彭容修主编彭容修主编.数字电子技术基础数字电子技术基础.武汉：华武汉：华中理工大学出版社，中理工大学出版社，200020004.4.李哲英主编李哲英主编.电子技术及其应用基础（数电子技术及其应用基础（数字部分）字部分）.北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，200320035.5.浙江大学电工电子基础教学中心电子学浙江大学电工电子基础教学中心电子学组编，郑家龙、王小海、章安元主编组编，郑家龙、王小海、章安元主编.集成电集成电子技术基础教程子技术基础教程.北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，20022002n n学习要求：掌握数字电路系统的设计方法、学习要求：掌握数字电路系统的设计方法、装调技术及数字钟的功能扩展电路的设计装调技术及数字钟的功能扩展电路的设计n n一、数字钟的功能要求：1基本功能：准确计时，以数字形式显示星期、时、分、秒的时间小时的计时要求为“12翻1”，分和秒的计时要求为60进位校正时间2扩展功能：仿广播电台正点报时报整点时数n n设计原理：设计原理：数字钟是计时周期为数字钟是计时周期为2424小时，显示满刻度为小时，显示满刻度为2323时时5959分分5959秒，另外有报时功能。一个基本的数秒，另外有报时功能。一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、字钟电路主要由译码显示器、“时时”，“分分”，“秒秒”计数器、报时电路和振荡器组成。干计数器、报时电路和振荡器组成。干电路系统由秒信号发生器、电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒时、分、秒”计计数器、译码器及显示器、整点报时电路组成。数器、译码器及显示器、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数秒计数器器”，“秒计数器秒计数器”采用采用6060进制计数器，每累进制计数器，每累计计6060秒发现胡一个秒发现胡一个“分脉冲分脉冲”信号，该信号将信号，该信号将作为作为“分计数器分计数器”的时钟脉冲。的时钟脉冲。“分计数器分计数器”也采用也采用6060进制计数器，每累计进制计数器，每累计6060分钟，发出一分钟，发出一个个“时脉冲时脉冲”信号，该信号将被送到信号，该信号将被送到“时计数时计数器器”。“时计数器时计数器”采用采用2424进制计时器，可实进制计时器，可实现对一天现对一天2424小时的累计。译码显示电路将小时的累计。译码显示电路将“时时”、“分分”、“秒秒”计数器的输出状态菁七段计数器的输出状态菁七段显示译码器译码，通过六位显示译码器译码，通过六位LEDLED七段显示器显七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。器实现报时。n n二、数字钟电路系统的组成框图三、主体电路的设计与装调主体电路是由功能部件或单元电路组成的。在设计这些电路或选择部件时，尽量选用同类型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成电路或都采用CMOS集成电路。整个系统所用的器件种类应尽可能少。下面介绍各功能部件与单元电路的设计。n n1.1.振荡器的设计振荡器的设计振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及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，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通常选用石英晶体构成振荡器电路.n n 石英晶体振荡器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成秒时间脉冲。用反相器与石英晶体构成的振荡电路如图振荡电路如图1 1所示。利用两个非门所示。利用两个非门G1G1和和G2G2自我反馈，使它们工作在线形状态，然后利自我反馈，使它们工作在线形状态，然后利用石英晶体用石英晶体Z1Z1来控制振荡频率。振荡器振荡来控制振荡频率。振荡器振荡频率的精度与稳定度基本上决定数字钟的准频率的精度与稳定度基本上决定数字钟的准确度确度,晶振频率越高，计时准确度越高。目前晶振频率越高，计时准确度越高。目前常见的石英晶振频率是常见的石英晶振频率是4MHz4MHz时，则振荡器时，则振荡器输出频率为输出频率为4MHZ4MHZ。图图1 1 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 n n2.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。图图2 4060构成脉冲发生及分频电路构成脉冲发生及分频电路n n3.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。n n4.译码器译码器可由六片cd4511、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。n n5.5.显示器显示器本系统用七段发光数码管来显示译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：码器输出的数字，发光数码管有两种：共阳极或共阴极。共阳极或共阴极。74LS24774LS247驱动器是驱动器是低电平输出，采用共阳极数码管。低电平输出，采用共阳极数码管。6.6.校时电路校时电路刚接通电源或走时不准时，都需要进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行时间校准。实现校时电路的方法有很多，采用基本很多，采用基本R-SR-S触发器构成单脉触发器构成单脉冲发生器是其中的一种，电路如图冲发生器是其中的一种，电路如图3 3。图图3 校时电路（分校时时，不会进位到小时）校时电路（分校时时，不会进位到小时）n n7仿广播电台正点报时n n四、调试要点四、调试要点1.1.画出整个系统的电路图，并列出所需器件画出整个系统的电路图，并列出所需器件清单。清单。2.2.采购器件，并按电路图接线，认真检查电采购器件，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，路是否正确，注意器件管脚的连接，“悬空悬空端端”、“清零端清零端”、“置置1 1端端”要正确处理。要正确处理。3.3.调试振荡器电路，用示波器观察振荡频率调试振荡器电路，用示波器观察振荡频率输出。输出。4.4.将振荡输出频率送入各分频器，观察其输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。出频率是否符合设计要求。5.5.检查各级计数器的工作情况。检查各级计数器的工作情况。6.6.观察校时电路的功能是否满足校时要求。观察校时电路的功能是否满足校时要求。7.7.当分频器和计数器调试正常后，观察电子当分频器和计数器调试正常后，观察电子钟是否正常准确地工作。钟是否正常准确地工作。n n五、总结报告1.总结数字电子钟设计、安装与调试过程。2.分析安装与调试中发现的问题及故障排除的方法。