1、功能數字鐘的電路設計一、設計任務與要求1）時鐘顯示功能，能夠以十進制顯示“時”、“分”、“秒”。2）具有校準時、分的功能。3）整點自動報時，在整點時，便自動發出鳴叫聲，時長1s。選做：1）鬧鐘功能，可按設定的時間鬧時。2）日歷顯示功能。將時間的顯示增加“年”、“月”、“日”。二、數字鐘的基本原理一個具有計時、校時、報時、顯示等基本功能的數字鐘主要由振蕩器、分頻器、計數器、譯碼器、顯示器、校時電路、報時電路等七部分組成。石英晶體振蕩器產生的信號經過分頻器得到秒脈沖，秒脈沖送入計數器計數，計數結果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器譯碼，并通過顯示器顯示時間。數字鐘的整機邏輯框圖如下： 圖 1數字鐘整

2、機邏輯圖1）振蕩器石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準確、電路結構簡單、頻率易調整，它是電子鐘的核心，用它產生標準頻率信號，再由分頻器分成秒時間脈沖。用反相器與石英晶體構成的振蕩電路如圖2所示。利用兩個非門G1和G2自我反饋，使它們工作在線形狀態，然后利用石英晶體Z1來控制振蕩頻率。振蕩器振蕩頻率的精度與穩定度基本上決定數字鐘的準確度,晶振頻率越高，計時準確度越高。目前常見的石英晶振頻率是4MHz時，則振蕩器輸出頻率為4MHZ。圖2 石英晶體振蕩電路振蕩器還可以采用555時基電路代替。2）分頻器時間標準信號的頻率很高，要得到秒脈沖，需要分頻電路。例如，振蕩器輸出4MHZ信號，可通過D觸發器（如74

3、LS74）進行4分頻變成1MHZ，也可以將10分頻計數器74LS160（或74LS90）行4分頻變成1MHZ，然后送到10分頻計數器74LS160（或74LS90），經過6次10分頻而獲得1HZ的方波信號。時間計數器電路：時間計數電路由秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器及時個位和時十位計數器電路構成，其中秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器為60進制計數器，而根據設計要求，時個位和時十位計數器為24進制計數器。整點報時電路：一般時鐘都應具備整點報時電路功能,即在時間出現整點前數秒內,數字鐘會自動報時,以示提醒. 三、原理電路方案比較以及各單元電路；（1）時間脈沖產生電路方案一：由

4、集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器作為時間標準信號源。圖 1 555與RC組成的多諧振蕩器圖方案二:由邏輯門電路和RC組成RC振蕩電路。方案三：由邏輯門電路和石英晶體做成的石英晶體振蕩器。由于555定時器產生的方波信號誤差較不適合和做時鐘脈沖信號。方案一否定。而RC組成的振蕩器易受溫度影響。不適合用作時鐘基礎信號。而由石英晶體組成的振蕩器輸出信號穩定且抗干擾能力強加上電路簡單，被選作此時鐘的信號源。綜上分析，選擇方案二，石英晶體振蕩電路能夠作為最穩定的信號源。電路圖如下所示圖中有幾點需要注意：a、 電阻最小10M，電容10p-47p，b、 如用的是TI的4060 則要在10M電阻和晶振

5、之間在10端那條線上介個100K電阻不然不能正常起振!請注意元件選擇：此處用的晶振為32768HZ晶振。CD4060包含振蕩電路所需的非門。(2)分頻電路一般要對振蕩器的輸出信號進行分頻。通常實現分頻器的電路是計數器電路，從盡量減少元器件數量的角度來考慮，這里可選多極進制計數電路CD4060和CD4040來構成分頻電路。CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。CD4060計數為級進制計數器，可以將32768z的信號分頻為z，其內部框圖如圖2.1所示，從圖中可以看出，CD4060的時鐘輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實現振蕩和分頻的功能。綜上所述，可選擇CD4060同時構成振蕩電路

6、和分頻電路。如圖可實現15級2分頻，即可得1Hz信號。9端輸出1HZ信號。(3)計數電路A、因為秒位和分位是六十進制故選擇十進制加法器。當秒的各位走到10，便從進位端CO輸出高電平到十位的計數端。當十位數字到六時便輸出清零信號，從而達到六十進制的效果。B、小時位顯示的時候，因為只有二十四小時，所以采用24進制。當計數達到24的時候便輸出清零信號進行置零。芯片選擇方面：如果要用到加法器類似160那種元件則還要加上譯碼電路，這樣會使得帶你擼練習復雜。而采用CD40110這種帶譯碼輸出功能的十進制計數器來實現時鐘功能就會使電路簡化許多。至少省了六個譯碼芯片。以下是CD40110的基本信息CD4011

7、0引腳圖C、六十進制計數器的連接（包括秒位、分位）：共陰七段BCD碼從圖中看出6的筆段碼特殊在b位是0，其他未都是1.利用這這特征就行六十進制的清零。具體實現方法是在輸出6的那個CD4011芯片的a，c,d,e,f,g連一個8/1的與門電路如CD4068（1腳與門輸出，13腳與非門輸出）.電路圖如下：D、二十四進制。二十四進制清零的機制就是當計數到24時輸出一個清零信號讓兩個計數芯片清零。從而達到效果。一上圖的BCD碼看出:2的筆段碼中的B2位即C端特殊從上往下看只有這位是零所以用或非門（如CD4078）比較合適；在看4的筆段碼其中零的部分和1的筆段碼的零重合所以完全接或非門或導致21進制清零

8、。所以在B5即F口處接個非門然后在連接到或非門當然B4位即E口（或者D口）也要鏈接到或非門。這樣二十四進制的清零接法如圖所示：（4）報時電路：設計要求整點報時，即時當分位60清零的時候給一個刺激信號讓報時電路工作。而60進制的清零信號（也就是小時位的進位信號）平時都處在低電平，清零時輸出高電平。這樣加上一個反相器就滿足單穩態電路的觸發信號的要求。要有源蜂鳴器響，就要給其一段高電平。正好數電里有一個電路叫單穩態電路所以只要計算RC就可以讓蜂鳴器響一秒。經計算的R=1M,C為105(NE555中包含與非門以及非門)(5)調時電路：需要調試時本方案采用斷開秒位的輸入信號，把其信號接到分位的信號輸入端

9、以及小時位的信號輸入端。當然要做好防抖保護。四、整體電路：由于器件繁多，加上接線復雜。這里就不全部連線。單元電路連線上面已有。這里就不多余練線。實物電路圖：五、元件清單：型號大小封裝數量CD4060DIP1CD4040DIP1晶振32768HZDIP1CD40110DIP6CD4068DIP2CD4078DIP174HC04DIP1共陰數碼管6NE555DIP1電阻%5精度1K50電阻%510M1電阻%5100k1電阻1m1電阻20K1陶瓷電容20P2陶瓷電容1032陶瓷電容1051有源蜂鳴器1六、總結：此電路優點在于省去了單獨的譯碼電路，使電路芯片大大減少。同時也方便連線。缺點是由于當初排版安排不是很合理導致兩塊板的使用率只有%50。浪費了器材。由于