武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计
多功能数字钟设计
1.系统框图
图 1 多功能数字钟系统框图
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时显示器
时译码器
时计数器
分显示器
分译码器
分计数器
校时电路
振荡器
秒显示器
秒译码器
秒计数器
分频器
定时控制
仿电台报时
报整点时数
触摸整点报
时
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2.主体电路的设计
主体电路是由功能部件或单元电路组成的。在设计这些电路或选择部件时,尽量选
用同类型的器件,如所有功能部件都采用 TTL 集成电路或都采用 CMOS 集成电路。整个
系统所用的器件种类应尽可能少。
2.1 电路构成
⑴ 振荡器电路
产生震荡周期为一毫秒的标准秒脉冲
⑵ 分频器电路
分频器电路将 1000hz 的高频方波信号经 3 次分频后得到 1Hz 的方波信号供秒计
数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。
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 12 进制计数器。
⑷ 译码驱动电路
译码驱动电路将计数器输出的 8421BCD 码转换为数码管需要的逻辑状态,并且为
保证数码管正常工作提供足够的工作电流。
⑸ 数码管
数码管通常有发光二极管(LED)数码管和液晶(LCD)数码管,本设计提供的为
LED 数码管。
(6)在小时校正时不影响分和秒的正常计数。
在分校正时不影响秒和小时的正常计数。校时方式有“快校时”和“慢校时”两种,“快校
时”是,通过开关控制,使计数器对 1Hz 的校时脉冲计数。“慢校时”是用手动产生单脉冲
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作校时脉冲。
2.2 方案比较
方案一:
首先构成一个 555 定时器产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲,由 74LS90 采用清零
法分别组成六十进制的秒记数器、六十进制分记数器、由 74LS74、74LS191 构成十二
进制时记数器。使用 74LS48 为驱动器,数码管作为显示器。
图 2.2.1 555 多谐振荡器电路
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图 2.2.2 方案一电路图
方案二:
首先构成一个石英晶体振荡器产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲,由 74LS190 采
用置数法分别组成六十进制的秒记数器、六十进制分记数器,十二进制时记数器采用清
零法。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,使它们工作在线性状态,然后利用石英晶体 JU 来控制振荡频率,同时用电容 C1 来
作为两个非门之间的耦合,两个非门输入和输出之间并接的电阻 R1 和 R2 作为负反馈元
件用,由于反馈电阻很小,可以近似认为非门的输出输入压降相等。电容 C2 是为了防止
寄生振荡。图为电子手表集成电路(如 5C702)中的晶体振荡器电路,常取晶振的频率为
32768Hz 因其内部有 15 级 2 分频集成电路,所以输出端正好可得到 1Hz 的标准脉冲。
由 6 个 74LS90 构成计数器
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图 2.2.3 方案二电路图
方案三
由 555 定时器构成多谐振荡器、六个 74LS90 构成计数器。
方案一和方案二都很正确,振荡器是数字钟的核心。如果精度要求不高也可以采用
由集成逻辑门与 RC 组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器 555 与 RC 组成的多谐振荡
器。因为 74LS191 及 74LS74 组成的时计数器相对比较复杂,而且由于石英晶体振荡相
对较难实现,因此选用 555 定时器,六片 74LS90 构成的计数器。即方案三。
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