数字电子时钟

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一、功能
1、设计题目：数字电子时钟
2、功能实现：
（1）用数码管显示小时、分、秒
（2）以24小时为一个周期
（3）具有校时的功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间

二、系统设计
1、设计思路
数字时钟由振荡器、分频器、计数器、译码显示器、校时电路等组成。工作原理为石英晶体振荡器产生的32768Hz时标信号被送到15级分频器，分频电路将时标信号分成1Hz的方波信号，即“秒”信号。“秒”信号送入计数器进行计数，并将累计的结果以“时”“分”“秒”的数字显示出来。秒的显示由两级计数器和译码器组成的60进制计数器电路来实现，“分”的计数与译码显示电路与“秒”电路相同；“时”的系那是由两级计数器和译码显示器主城24进制来实现，所有的计时结果由6位数码管来显示。

2、石英晶体振荡器
振荡器是数字时钟的核心，用它产生的标准频率信号，再由分频器分成“秒”时间脉冲，振荡器频率振荡频率的精度基本上决定了时钟的精确度。振荡电路的原理图如图所示，它是由振荡频率32768Hz的石英晶体、微调电容与集成反相器等元件组成。
图中门G1、门G2是反相器，门G1用于振荡，门G2用于缓冲整流，反馈电阻RF的作用是为反相器提供偏置，使其工作在放大状态。反馈电阻RF若选得太大，会使放大器偏置不稳定甚至不能正常工作；RF的值太小又会使反馈网络负担加重，一般选择2MΩ左右。那个C1是频率微调电容，一般取3_{20pF。C2一般取20}60pF，这里取值30pF。电容C1、C2和石英晶体构成π型网络，以控制振荡频率，并使输入输出移相180°。石英晶体振荡器的振荡频率稳定，输出波形近似正弦波，可以用反相器G2整形得到矩形脉冲输出。

3、分频电路
时间标准信号的频率很高，要想得到秒信号，需要分频电路。目前多数石英晶体电子表的振荡频率为215=32768Hz，用CD4060主城的14级2分频和CD4518组成的一级2分频可得到1Hz的“秒”脉冲信号。14位二进制计数器CD4060和双BCD加计数器CD4518的引脚如图所示。

4、计数器
（1）秒钟计时电路
秒钟计时电路是由两块CD4033和四2输入与门4081芯片中的一个与门组成60进制的分钟计数方式，。该译码器识别信号至“59”，然后清零循环计数。外加CD4060和CD4518两块芯片，使得秒钟计数有了自动计数方法。而不需要通过外来校准调整计数。
（2）分钟计时电路
分钟计时电路也是由两块CD4033和四2输入与门4081芯片中的一个与门组成60进制的分钟计数方式，该译码器能识别信号“0”到“59”整个计数计时方式是从“0”到“59”共60个稳定状态的自动连续循环模式。
（3）小时计时电路
小时计时电路由计数器并译码器CD4033和四2输入与门4081芯片中的两个与门组成24进制计数电路。改电路译码器能识别数字“0”到“23”的计数，当接受到从“分”传来信号到芯片4033的第一个管脚时，使得在小时计数模块进行加1，每接收到一次信号，即进行一次计数，记一次为一小时，同时将信号反馈回“分”，使得分计数清零，即可将小时从“0”到“23”后，再继续计时，计数器计数将会清零回到“0”。

5、译码与显示
译码电路采用专门的译码器，其功能是将“时”“分”“秒”计数器中的计数状态翻译成七段数码管能显示的十进制所要显示的电信号，然后通过锁存、驱动，将数字显示出来。

6、校准电路
S1和S2分别为“小时”与“分”的手动校准电路。S1按动一次，在小时计时数码管计数加一，S2按动一次，在分钟计时计数数码管上显示加一。滤波电路C1、R8和C2、R9分别用来吸收S1和S2的按键电压抖动。三极管Q2、Q3分别为“分”与“小时”校准电路与相邻下一级计数器“清零”端R之间的单向隔离。R、R为手动校准电路的限流范围。

三、数字时钟的参考电路
1、protues仿真电路

2、AD电路原理图

四、电路的调试
1、画出数字时钟设计电路原理图
2、按电路原理接线，认真检查电路是否正确
3、调试振荡电路，使振荡频率f0=32768Hz
4、调试CD4518Q端输出的1Hz信号
5、分别调试“秒”，“分”，“时”计数并显示电路，分别调试“时”，“分”校准电路
6、对电路系统进行统调