数字电子钟设计

电子信息工程系082班丘伟波08号1VCC5VU22A74LS74N1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U234060BD_5VO122O133RTC10O37MR12RS11O45O54O66O714O813O915O111CTC9R4315m¦¸X1R145-32.768kHzR46330k¦¸C110pFC210pF514320VCC24时制数字电子钟设计采用石英晶体振荡器产生固定频率的脉冲，经分频器分频后充当数字电子钟的秒脉冲，分频器用14级二进制串行分频器CD4060及双D触发器74LS74构成。选用集成十进制异步计数器74LS90分别构成六进制、十进制和二十四进制计数器，来构成秒、分、时计数器。选用BCD-7段译码器CD4511作为译码输出并将时、分、秒显示在LED显示器上。校时电路与报时电路主要由门电路构成，选用74LS系列集成电路。图1-1-2为数字电子钟的系统框图。图1-1-2数字电子钟系统框图1.2系统设计1.2.1秒脉冲发生器1Hz时显示分显示秒显示译码器译码器译码器时计数器分计数器秒采用石英晶体振荡器产生固定频率的脉冲，经分频器分频后充当数字电子钟的秒脉冲，分频器用14级二进制串行分频器CD4060及双D触发器74LS74构成。选用集成十进制异步计数器74LS90分别构成六校时电路晶体振荡器分频器电子信息工程系082班丘伟波08号2图1-2-1-1秒脉冲发生器电路秒脉冲发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字电子钟的质量。选用高精度和高稳定度的石英晶体振荡器发出脉冲，经过分频获得1Hz的秒脉冲。该设计选用标称频率为32768Hz的石英晶振，通过15次二分频后获得1Hz的脉冲输出。电路图如图1-2-1-1所示，74LS74的5脚输出1Hz秒脉冲。集成芯片CD4060是14级二进制串行分频器，其引脚图和内部结构图分别如图1-2-1-2和图1-2-1-3所示。双D触发器74LS74的引脚图如图1-2-1-4所示。图1-2-1-2CD4060引脚图图1-2-1-474LS74引脚图图1-2-1-3CD4060内部结构图电子信息工程系082班丘伟波08号3U1574LS90NQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023U1874LS90NQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R0231234501.2.2秒、分、时计数器利用6片集成十进制异步计数器74LS90分别构成2个六十进制和1个二十四进制计数器，充当秒、分、时计数器。由于74LS90本身带有置0和置9功能，因而不需外加门电路即可实现清0功能。74LS90的引脚图和功能表如图1-2-2-1和表1-2-2所示。当Q0和CLK1相连时，其功能为8421BCD码十进制计数器。当MR1和MR2全为高电平时，计数器置0；当MS1和MS2全为高电平时，计数器置9。因此秒个位和分个位计数器直接将74LS90的12脚与1脚相连构成，而秒十位和分十位由74LS90构成六进制计数器，即将其9、8脚分别接2、3脚。时计数器为二十四进制计数器，可将时个位芯片的8脚接时个位和时十位芯片的2脚，将时十位芯片的9脚接时个位和时十位芯片的3脚构成。进位时，由于74LS90的时钟脉冲是下降沿触发的，可将低位计数器的输出最高位与高位计数器的时钟脉冲相连，当低位计数器的输出最高位由高电平变为低电平时触发高位计数器计数，实现进位。秒、分、时计数器分别如图1-2-2-2、图1-2-2-3、图1-2-2-4所示。图1-2-2-174LS90引脚图表1-2-274LS90功能表接译码器接译码器电子信息工程系082班丘伟波08号4U974LS90NQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023U1274LS90NQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023123450U374LS90NQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023U674LS90NQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023123450接秒脉冲图1-2-2-2秒计数器接译码器接译码器接秒十位芯片8脚图1-2-2-3分计数器接译码器接译码器接分十位芯片8脚图1-2-2-4时计数器1.2.3译码显示电路gfGNDab电子信息工程系082班丘伟波08号5.edGNDch图1-2-3-1CD4511引脚图图1-2-3-2LG5011引脚图译码是把给定的代码进行翻译,将时、分、秒计数器输出的四位二进制代码翻译为相应的十进制数,并通过LED显示器显示。在此，我们采用BCD-7段译码器CD4511，数字显示用共阴极半导体数码管LG5011，其引脚图分别如图1-2-3-1、图1-2-3-2所示，译码器CD4511的功能表如表1-2-3所示。限流电阻采用470Ω电阻，图1-2-3-3为CD4511与数码管组成的秒译码显示电路，分译码显示电路、时译码显示电路与其相同。图1-2-3-3秒译码显示电路表1-2-3CD4511功能表U3ABCDEFGCKR43470ΩU64511BP_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3R44470ΩR45470ΩR46470ΩR47470ΩR48470ΩR49470ΩU9ABCDEFGCKR50470ΩU124511BP_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3R51470ΩR52470ΩR53470ΩR54470ΩR55470ΩR56470Ω112111110109108107106105104103102101100999897969594939291908988878685VCC5V0VCC电子信息工程系082班丘伟波08号61.2.4校时电路校时电路分秒校时、分校时和时校时电路，如图1-2-4-1所示。开关J3、J4、J5分别为秒校时、分校时和时校时开关，J1为校时按键。当秒、分、时校时开关拨到校时档时，每按一下校时开关，相应数字增加1。为了增加开关的稳定性，用异或门组成了防抖开关，使用了集成芯片74LS00，引脚图如图1-2-4-2所示。图1-2-4-274LS00引脚图图1-2-4-1校时电路J1Key=SpaceU174LS00D1A1B1Y2A2B2YGND3Y3B3A4Y4B4AVCCVCC5V02R110k¦¸R210k¦¸14VCCJ4Key=AJ2Key=BJ3Key=C3校时按键接秒脉冲接秒个位芯片14脚接分个位芯片14脚接时个位芯片14脚接秒十位芯片8脚接分十位芯片8脚电子信息工程系082班丘伟波08号7U2ABCDEFGCKR3470¦¸U34511BP_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3R4470¦¸R5470¦¸R6470¦¸R7470¦¸R8470¦¸R9470¦¸U474LS90NQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023U5ABCDEFGCKR10470¦¸U64511BP_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3R11470¦¸R12470¦¸R13470¦¸R14470¦¸R15470¦¸R16470¦¸U774LS90NQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023U8ABCDEFGCKR17470¦¸U94511BP_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3R18470¦¸R19470¦¸R20470¦¸R21470¦¸R22470¦¸R23470¦¸U1074LS90NQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023U11ABCDEFGCKR24470¦¸U124511BP_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3R25470¦¸R26470¦¸R27470¦¸R28470¦¸R29470¦¸R30470¦¸U1374LS90NQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023U14ABCDEFGCKR31470¦¸U154511BP_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3R32470¦¸R33470¦¸R34470¦¸R35470¦¸R36470¦¸R37470¦¸U1674LS90NQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023U17ABCDEFGCKR38470¦¸U184511BP_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3R39470¦¸R40470¦¸R41470¦¸R42470¦¸R45470¦¸R44470¦¸U1974LS90NQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023VCC5VVCC5VVCC5VU22A74LS74N1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U234060BD_5VO122O133RTC10O37MR12RS11O45O54O66O714O813O915O111CTC9R4315m¦¸X1R145-32.768kHzR46330k¦¸C110pFC210pFJ5Key=SpaceU2074LS00D1A1B1Y2A2B2YGND3Y3B3A4Y4B4AVCCR4710k¦¸R4810k¦¸J6Key=AJ7Key=BJ8Key=C104125102124123122121VCC12011911800117109116115114105103113112111110VCC01081071060VCC101010099989796959493929190898887868584083828180797877767574737271706968067666564636261605958575655545352510504948474645444342414039383736350343332313029282726252423222120019181716151413121110987651.2.5系统电路将秒脉冲发生电路、秒计数器、分计数器、时计数器、译码显示电路和校时电路分别进行仿真，并组成数字电子钟系统电路图，如图1-2-5所示。电子信息工程系082班丘伟波08号8图1-2-5数字电子钟系统电路图2制作与调试2.1主要仪器和仪表制作过程中主要用到的仪器为示波器和函数发生器，仪表为万用表。示波器用于显示秒脉冲发生电路的输出和计数器的输出，但是由于该示波器只有CH1和CH2两个通道，在观察计数器输出时需分多次观察。函数发生器提供1Hz的脉冲波用于检测秒、分、时计数器电路的性能。万用表用于测试数码管的引脚分布，测电阻值、电容值，测试部分引脚电压等。2.2制作与调试过程中的故障及排除开始我们使用的是面包板，且直接连接了系统电路后进行调试，结果失败了。检查确定连线无误后，我们对各单元电路进行检查，还是失败了。后来，我们发现面包板的许多管脚没有连通，且导线有断开现象，于是改焊电路板。焊电路板时，我们对单元电路进行逐个焊接并调试。调试秒计数器电路时，发现在连线无误且秒脉冲发生电路正常工作的情况下计数器仍然无法正常工作，经检查发现芯片损坏。由于焊了芯片插座，更换芯片方便快捷。重新更换芯片后，电路正常工作。其他单元电路的制作与调试过程较顺利，整个数字电子钟系统也正常工作。2.3电路性能测试