数字钟

1．任务要求(1)设计一个具有“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示(小时从00～23)的计时器；(2)具有手动校时、校分的功能；(3)用74系列中小规模集成器件去实现。数字钟电路综合设计基本工作原理组成：由振荡器、分频器、译码器、显示器振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，由不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“时”显示由二十四进制计数器、译码器和显示器构成；“分”和“秒”显示分别由六十进制计数器、译码器和显示器构成。显示时十位时个位分个位秒十位秒个位译码二进制计数器显示译码十进制计数器显示分十位译码六进制计数器显示译码十进制计数器校时显示译码六进制计数器显示译码十进制计数器晶振分频器图8-32数字钟原理框图1)振荡器振荡器是计时器的核心，振荡器的稳定度和频率的精准度决定了计时器的准确度，因此通常选用石英晶体来构成振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高，计时的精度就越高，但耗电量将增大。故设计者在设计电路时，一定要根据需要设计出最佳电路。图8-33所示电路的振荡频率是100kHz，把石英晶体串接于由非门U1A和U2A组成的振荡反馈电路中，非门U3C是振荡器整形缓冲级。凭借与石英晶体串联的微调电容C1，可以对振荡器频率作微量的调节。111X1C150%CRYSTAL_VIRTUAL100kHzU1A30pFKey=a127404NU1B347404NU1C567404NC2240pFR1100kohm图8-33晶体振荡器如果精度要求不高，可采用集成电路555定时器与RC组成的多谐振荡器，如图8-34所示。振荡频率f=1000Hz，R3为可调电位器，微调R3可调1000Hz输出。VCCRSTDISTHRTRICONGNDOUT47625C20.01uFC10.01uF50%R3100kohmKey=AR25.1kohm10kohmR1VCC5V8U131LM555CH图8-34用555构成的振荡器2)分频器分频器的功能主要有两个：一是产生标准秒脉冲信号，二是可提供功能扩展电路所需要的信号。选用中规模计数器74LS90D就可以完成上述功能。用74LS90D构成的分频电路如图8-35所示。将三片74LS90D进行级连，因为每片为1/10分频器，三片级连正好获得1Hz标准秒脉冲信号。如果振荡频率为100kHz，就得需要5片74LS90D进行级连。此图画法和上图8-35一样。23671411000HzU1R01R02R91R92INAINBQAQBQCQD12981174LS90D2367141U2R01R02R91R92INAINBQAQBQCQD74LS90D2367141U3R01R02R91R92INAINBQAQBQCQD74LS90D1298111298111Hz图8-35用74LS90构成的分频电路3)计数器显示“时”、“分”、“秒”需要6片中规模计数器。其中，“分”、“秒”位计时各为六十进制计数器，“时”位计时为二十四进制计数器。六十进制计数器和二十四进制计数器都选用74LS90D集成块来实现。实现的方法采用反馈清零法。2367141秒信号(分信号)U1R01R02R91R92INAINBQAQBQCQD12981174LS90D2367141U3R01R02R91R92INAINBQAQBQCQD74LS90D129811&12U2A374LS08D向分进位(向时进位)图8-36六十进制计数器2367141时信号U1R01R02R91R92INAINBQAQBQCQD12981174LS90D2367141U2R01R02R91R92INAINBQAQBQCQD74LS90D129811&12U3A374LS08D二十四进制计数器4)校时电路当刚接通电源或计时出现误差时，都需要对时间进行校正。校正电路如图8-38所示。J1、J2分别是时校正、分校正开关。不校正时，J1、J2是闭合的。当校正时位时，需把J1打开，然后用手拨动J3，来回拨动一次，就能使时位增加1，根据需要去拨动开关，校正完毕后把J1开关合上。校分位和校时位方法一样。U1NAND2U2NAND2VCC5VR110kohmJ1Key=A时校正J2Key=B分校正R310kohmR210kohmR410kohmJ3Key=SpeceU3NAND2U4NAND2&312&312&312&312图8-38校正电路5)画出原理总图原理总图如图8-39所示。图中所用元(器)件如下：74LS90D：11片；74LS04：3片；74LS08：2片；7400：4片。R01R02R91R92U16DCD_HEXU184321&23R01R02R91R92U15DCD_HEXU17432123R01R02R91R92U167141129811INAQAQBQCQDINB74LS90D6714QAQBQCQD12981174LS90D=1U23EOR2&7400N312U21AKey=AJ110kohmR2VCC5VR01R02R91R92U12DCD_HEXU144321&23R01R02R91R92U11DCD_HEXU1343212367141129811INAQAQBQCQDINB74LS90D6714QAQBQCQD12981174LS90D=1U23EOR2&7400N645U20AJ1910AND2U1974LS08DU10C1R01R02R91R92U7DCD_HEXU94321&23R01R02R91R92U6DCD_HEXU643212367141129811INAQAQBQCQDINB74LS90D6714QAQBQCQD12981174LS90D1274LS08DU10A83Key=BR310kohmVCC5VR410kohmR510kohm&118910&121311U21C7400NU21D7400NJ3Key=Space112U20A74LS04D100kohmR1156U20C74LS04DCRYSTAL_VIRTUALX1C130pFKey=a45%240pFC2134U20B74LS04D14INA1INB7632QAQBQCQD12981174LS90DR01R02R91R92U214INA1INB7632QAQBQCQD12981174LS90DR01R02R91R92U414INA1INB7632QAQBQCQD12981174LS90DR01R02R91R92U314INA1INB7632QAQBQCQD12981174LS90DR01R02R91R92U514INA1INB7632QAQBQCQD12981174LS90DINAINBINAINB数字钟原理图