數字時鐘

摘要：本文利用數字電路知識設計數字鐘，該數字鐘可實現24小時計時、整點報時、校時功能。系統分為4個模塊，即計數模塊、較時模塊、報時模塊以及顯示模塊。利用555芯片構成振蕩電路產生脈沖信號經分頻器分頻獲得時基脈沖和報時脈沖。再經計數器和譯碼器構成系統的主體電路，在主體電路的基礎上增加相應邏輯結構構成報時電路和校時電路。

關鍵詞：脈沖；計數器；分頻器；報時；校時

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 (2012) 06-0095-01

一、電路設計原理與實驗電路

數字電子鐘由555組成的多諧振蕩器、分頻器、計數器、譯碼器顯示器和校時電路組成。

（一）設計任務及要求

1.設計一個有“時”、“分”、“秒”（23小時59分59秒）顯示且有校時功能的電子鐘。2.功能擴展：（1）整點報時。（2）在計時出現誤差時能通過校時電路進行校正。

（二）計時器的特點及其應用

本數字鐘能清晰地顯示時、分、秒之間的相互變化，并具有整點報時和手動校時的功能，電路結構相對簡單，模塊化明顯。

（三）設計方案

數字鐘電路系統由主體電路和擴展電路兩大部分組成。其中，主體電路完成數字鐘的基本功能，擴展電路完成數字鐘的擴展功能。該系統的工作原理是：振蕩器產生的穩定高頻脈沖信號，作為數字鐘的時間基準，再經分頻器輸出標準秒脈沖。秒計數器計滿60后向分計數器進位，分計數計滿60后向小時計數器進位，小時計數器按照“24翻1”規律計數。計數器輸出經譯碼器送顯示器。計時出現誤差時可以用校時電路進行較時、校分、校秒。擴展電路必須在主體電路正常運行的情況下才能進行功能擴展。

數字鐘的邏輯框圖它由５５５振蕩器、分頻器計數器、譯碼器顯示器和校時電路組成。

（三）單元模塊的設計

主體電路由功能部件或單元電路組成，設計中采用了模塊化的思想。

1.振蕩器的設計。振蕩器是數字鐘的核心。振蕩器的穩定度及頻率的精確度決定了數字鐘計時的準確程度。本設計采用了集成定時器５５５與Ｒ、Ｃ組成多諧振蕩器。

2.分頻器的設計。分頻器的功能主要有兩個：一是產生標準秒脈沖信號；二是提供功能擴展電路所需要的信號，正點報時用的是1KHZ的高音頻信號和500HZ的低音頻信號。選用3片中規模集成電路計數器74LS90來完成上述功能。每片為1/10分頻，3片級聯則可以獲得所需要的頻率信號，即第一片的Q0端輸出頻率為100HZ，第二片的Q3端輸出10HZ，第三片的Q3端輸出為1HZ。

3.時分秒計數器的設計。分和秒計數器都是模數M=60的計數器，選74LS92作十位計數器，74LS90作個位計數器，再將它們級聯組成模數M=60的計數器.時計數器是一個“24翻1”的特殊進制計數器，即當數字鐘運行到24時59分59秒，秒的個位計數器再輸入一個秒脈沖時，數字鐘應自動顯示為01時00分00秒。

4.譯碼電路的設計。譯碼電路由74LS48和八段數碼顯示器組。74LS90產生的時間脈沖信號經由74LS48譯碼后翻譯二進制代碼，輸入給八段數碼顯示器顯示相應的時間，本系統中采用共陰極八段數碼顯示器作為時間的顯示。

5.較時電路的設計。當數字鐘接通電源或者計時出現誤差時，需要校正時間。通過開關控制，使計數器對1HZ的校時脈沖計數。同時為了緩解開關產生的抖動，需在開關處各并接一電容。當數字鐘接通電源或者計時出現誤差時，需要校正時間。對校時電路的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數；在分校正時不影響秒和小時的正常計數。通過開關控制，使計數器對1HZ的校時脈沖計數。

6.報時電路的設計。每當數字鐘計時快要到正點時發出聲響，前4低音聲響頻率為500HZ，后1高音聲響頻率為1000HZ。并以最后一聲高音結束的時刻為正點時刻。本設計中，報時電路采用TTL與非門。4聲低音分別發生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音發生在59分59秒，聲響均持續1秒。

二、電路板的制作及電路焊接與調試

（一）電路板的制作

利用protel軟件將已仿真成功后的數字鐘邏輯框圖繪制成原理圖和PCB圖。

（二）電路安裝

電路的安裝分三步進行：元件測試，元件焊接，系統檢查。

1.元件測試。全部元件在安裝前都要進行檢查

2.元件的焊接。在焊接元器件前應先將過孔導線連接好。焊接過程按不同的元件分類進行焊接，先將小元件或易于焊接的元器件焊接到銅板上，再進行芯片的或難焊接的元件的焊接。焊料尚未凝固以前，不能改變被焊件的位置，因為焊料未凝固前，如果被焊件的相對位置發生改變，可能出現虛焊.

（三）電路的調試

接通電源查看數碼管顯示狀況，看是否出現錯誤。若出現錯誤，則需對系統進行調試。調試步驟如下：

1.接通電源逐級調試。先檢查各芯片的電源線是否接上，并保證有正常的工作電壓。

2.用萬用表在U23（74LS90）的第11腳處測量輸出電壓，如果指針左右擺動，且周期為1秒，則正常。

3.檢查各級計數器的工作情況。

4.觀察校時電路的功能是否滿足校時要求，如果不正常，則需檢查74LS92及74LS00芯片。

5.將時間調整到59min50s，觀察報時電路能否準確報時。如果不正常，則需檢查相應的74LS90芯片。

6.整機聯調，使數字電子時鐘正常工作。

三、心得與體會

在完成課程設計，我收獲了很多。熟悉了WORD的一些不常用的基本操作，掌握了數字鐘的設計方法，掌握了數字鐘的主要性能參數及其測量方法，進一步對數字鐘的設計有了更深一層的了解。通過仿真實驗，進一步學習了EWB軟件，加深了由電路原理圖生成PCB，然后再生成實物的一般過程。

參考文獻：

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