功能数字钟的电路设计

功能数字钟的电路设计

一、设计任务与要求

1）时钟显示功能，能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。

2）具有校准时、分的功能。

3）整点自动报时，在整点时，便自动发出鸣叫声，时长1s。

选做：

1）闹钟功能，可按设定的时间闹时。

2）日历显示功能。将时间的显示增加“年”、“月”、“日”。

二、数字钟的基本原理

一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校

时电路、报时电路等七部分组成。石英晶体振荡器产生的

信号经过分频器得到秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计

数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器译码，并通过显示

器显示时间。数字钟的整机逻辑框图如下：

图 1数字钟整机逻辑图

1）振荡器

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振荡电

路如图2所示。利用两个非门G1和G2自我反馈，使它们工作在线形状态，然后利用石英晶体Z1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确度,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4M H z时，则振荡器输出频率为4M H Z。

图2 石英晶体振荡电路

振荡器还可以采用555时基电路代替。

2）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4MH Z信号，可通过D触发器（如74LS74）进行4分频变成1MH Z，也可以将10分频计数器74LS160（或74LS90）行4分频变成1MH Z，然后送到10分频计数器74LS160（或74LS90），经过6次10分频而获得1H Z的方波信号。

⑶时间计数器电路：时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为24进制计数器。

⑸整点报时电路：一般时钟都应具备整点报时电路功能,即在时间出现整点前数秒内,数字钟会自动报时,以示提醒.

三、原理电路方案比较以及各单元电路；

（1）时间脉冲产生电路

方案一：由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。图 1 555与RC组成的多谐振荡器图

方案二:由逻辑门电路和RC组成RC振荡电路。

方案三：由逻辑门电路和石英晶体做成的石英晶体振荡器。

由于555定时器产生的方波信号误差较不适合和做时钟脉冲信号。方案一否定。而RC组成的振荡器易受温度影响。不适合用作时钟基础信号。