数字钟
数字钟
数字钟实际上是由一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路为主要部分构成的。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路来构成数字钟的标准时间基准信号。数字钟的组成框图如下图所示。 ? 晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，它可以保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用ＴＴＬ门电路构成；另一类是通过ＣＭＯＳ非门构成的电路，本次设计采用了后一种。如图（b）所示，由ＣＭＯＳ非门Ｕ１与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，Ｕ２实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻Ｒ１为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容Ｃ１、Ｃ２与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个１８０度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。?? 一般采用10进制计数器如74HC290、74HC390等来实现时间计数单元的计数功能。本次设计中我们选择的是74HC390。其内部逻辑框图如右上图。由其内部逻辑框图可知，其为双2-5-10异步计数器，并每一计数器均有一个异步清零端（高电平有效）。 秒个位计数单元为１０进制计数器，无需进制转换，只需将ＱＡ与ＣＰＢ（下降沿有效）相连即可。ＣＰＡ（下降没效）与１ＨZ秒输入信号相连，Ｑ３可作为向上的进位信号与十位计数单元的ＣＰＡ相连。 秒十位计数单元为６进制计数器，我们需要对它进行进制转换。将１０进制计数器转换为６进制计数器的电路连接方法如图 ２.４所示，其中Ｑ２可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的ＣＰＡ相连。 ? ????????????????????? 十进制-六进制转换电路 分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，只不过分个位计数单元的Ｑ３作为向上的进位信号应与分十位计数单元的ＣＰＡ相连，分十位计数单元的Ｑ２作为向上的进位信号应与时个位计数单元的ＣＰＡ相连。 时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计数单元应为１２进制计数器，不是１０的整数倍，因此需将个位和十位计数单元合并为一个整体才能进行１２进制转换。利用１片７４ＨＣ３９０实现１２进制计数功能的电路如图（d）所示。
? ???????????????????? （d）十二进制电路 另外，图（d）所示电路中，尚余－２进制计数单元，正好可作为分频器２ＨZ输出信号转化为１ＨZ信号之用。选择CD4511作为显示译码电路(数字钟论文)；选择ＬＥＤ数码管作为显示单元电路。由CD4511把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。这里的LED数码管是采用共阴的方法连接的。 计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到CD4511芯片，再由CD4511芯片把BCD码转变为十进制数码送到数码管中显示出来。
数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。即用COMS与或非门实现的时或分校时电路，In1端与低位的进位信号相连；In2端与校正信号相连，校正信号可直接取自分频器产生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信号；输出端则与分或时个位计时输入端相连。当开关打向下时，因为校正信号和0相与的输出为0，而开关的另一端接高电平，正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态；当开关打向上时，情况正好与上述相反，这时校时电路处于校时状态。 实际使用时，因为电路开关存在抖动问题，所以一般会接一个RS触发器构成开关消抖动电路，所以整个较时电路就如图（f）。 ? ???????????????? （f）带有消抖电路的校正电路 6．整点报时电路(数字钟论文) 电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。 当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5、9和5，因此可将分计数器十位的QＣ和QＡ 、个位的QＤ和QＡ及秒计数器十位的QＣ和QＡ相与，从而产生报时控制信号。报时电路可选74HC30来构成。74HC30为8输入与非门。 ? 元器件 1．共阴八段数码管6个 2．CD4511集成块6块 3．CD4060集成块1块 4．74HC390集成块3块 5．74HC51集成块1块 6．74HC00集成块4块 7．74HC30集成块1块 8．10MΩ电阻5个 9．500Ω电阻14个 10．30p电容2个 11．32.768k时钟晶体1个 12．蜂鸣器1个
由74CH51D、74HC00D与电阻组成，校正电路有分校正和时校正两部分，电路如下图。 ?
晶体振荡电路 由晶体与2个30pF电容、1个4060、一个10兆的电阻组成，芯片3脚输出2Hz的方波信号，电路如下图。本电路采用外接32768Hz的晶振来组成晶体振荡器，其振荡信号经CD4060内部14次二分频后，在Q9端输出准确的2Hz频率信号（32768Hz÷214＝2Hz）。 ? 整点报时电路 由74HC30D和蜂鸣器组成，当时间在59:50到59:59时，蜂鸣报时，电路如下图。 ?
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