電子技術課程設計
數字電子時鐘
學院：計算機學院
專業：電子資訊科學技術
成員：姚俊 2012142219
曹勤2012142216
指導教師 ：陳明
設計乙個能校準時、分的數字電子時鐘，
要求： (1)時鐘的「時」「分」、「秒」要求各用兩位顯示；
（2）顯示採用六隻led數碼管分別顯示時分秒；
（3）時間的小時、分鐘可手動調整；
（4）採用+5v電源供電。
1、由石英晶體多諧振盪器或555定時器和分頻器產生1hz標準秒脈衝。
2、「秒」、「分」電路均為00—59的六十進位制計數、解碼、數碼管顯示電路；
3、「時電路」為00—23的二十**制計數、解碼、顯示電路；
4、由與非門控制電路來校正「時」、「分」電路。
（圖2.1）
根據題目，我們可以分析出：數字電子鐘是由多塊數字積體電路構成的，其中有振盪器，分頻器，校時電路，計數器，解碼器和顯示器六部分組成。振盪器和分頻器組成標準秒訊號發生器，不同進製的計數器產生計數，解碼器和顯示器進行顯示，通過校時電路實現對時，分的校準。
1.秒脈衝發生訊號：
振盪器又包括由積體電路555與rc組成的多諧振盪器，用石英晶體構成的振盪器，兩種方案如下圖所示：
（1）由555定時器與rc構成的多諧振盪器，
由頻率計算公式可知： （公式1）
r3為可調電位器，調節r3可使輸出的頻率為1khz。電路如下圖所示：
（圖3.1）
產生的波形如下圖所示：
（圖3.2）
（圖3.3）
綜上所述，一般來說，振盪器的頻率越高，計時的精度就越高。因為本電路對精度沒有較高的要求，因此，我們選用由積體電路555與rc組成的多諧振盪器。
2、分頻電路
（1）利用來實現分頻，74ls90為中規模ttl整合計數器，可實現二分頻、五分頻和十分頻等功能，它由乙個二進位制計數器和乙個五進製計數器構成。
電路圖如下所示：（圖3.4）以上的兩個7490n構成了25分頻電路
將三個74ls90級聯即可實現=1000分頻。其中脈衝發生訊號從第乙個74ls90的14埠進入，從最後的計數器11埠輸出的即為1hz的方波訊號。
（2）也可利用十進位制計數74160來分頻，或者是二進位制計數器74ls161來分頻，原理都是把計數器利用反饋清零或反饋置數接成十進位制，然後級聯即可。
3、計時電路模組：將其分為「時」，「分」，「秒」三個分模組，然後將其級聯起來便可達到要求。電路圖如下：
（1）「時」模組：（3.5）
利用74ls08與門反饋均接到兩個計數器的置零端、，74ls90為同步清零，則應74ls08接成「24」來實現二十**制。
（2）「分」模組：
（3.6）
同樣利用74ls08同步清零法來實現六十進位制。
（3）同分鐘一樣的方法來實現「秒」模組。
。5、校正電路模組
數字鐘啟動後,每當數字鐘顯示與實際時間不符時,需要根據標準時間進行校時。校「秒」時，採用等待校時。校「分」、「時」的原理比較簡單， 採用加速校時。
對校時電路的要求是 :
1）在小時校正時不影響分鐘和秒的正常計數 。
2）在分校正時不影響秒和小時的正常計數 。
工作情況為：
不校正時，j1和j2都閉合，正常計時。
校正時位時， j2斷開，j3往下打，輸入快速脈衝自動校時；
校正分位時，j1斷開，j3上打，輸入快速脈衝自動校時。
校正秒位時，j9往左打，輸入快速脈衝自動校時。
6、報時模組
根據要求，報時時間為第50、52、54、56、58、00秒，因此首先將分鐘的59與秒鐘50、52、54、56、58相與（訊號1），秒鐘個位連線參照卡洛圖如下：
本電路是以555定時器組成多諧振盪器作為頻率發生器，多諧振盪器產生1000hz的振盪波，經過分頻器分頻，分解成1hz的脈衝波，隨後經過秒計數器，秒計時器是60進製計數器，當計數器計數到60時產生進製脈衝，到分計數器。分計數器也是60進製計數器，當分計數器計數到60時，再次產生更高一級的進製脈衝，脈衝送到時計數器，實現了分向時的進製。
當需要進行校時時，開啟對應的開關，進行對應位置上的校時，此時計數進製脈衝無效。而計數器的工作是通過外接時鐘脈衝cp的作用下,秒的個位加法計數器開始記數，通過解碼器和數碼顯示管顯示數字即計數器。當經過10個脈衝訊號後，秒個位計數器完成一次迴圈，秒十位計數器的cp與秒個位計數器的cp同步,秒十位開始計數，秒十位計數器工作1次，通過解碼器和數碼顯示管，秒十位數字加1。
當經過60個脈衝訊號，秒部分電路完成乙個週期，分鐘個位計數器的cp通過秒十位計數器的q2q1與非得到脈衝，分鐘個位計數器工作一次，通過解碼器和數碼顯示管，分鐘的個位數字加1。分部分的工作方式與秒部分電路完全相同。當經過3600個脈衝訊號，分鐘部分電路完成乙個週期，小時個位計數器的cp通過分十位計數器的q2q1與非得到脈衝，小時個位計數器工作一次，通過解碼器和數碼顯示管，小時的個位數字加1。
當小時個位部分完成乙個週期，小時十位計數器的cp與小時個位計數器的cp同步,小時十位開始計數，小時十位計數器工作1次，通過解碼器和數碼顯示管，小時的十位數字加1。當小時十位部分計數到2同時小時的個位部分計數到4，，小時部分清零，從而完成了1次24小時計時。
由圖我們可以看出，振盪器產生的訊號經過分頻器作為產生秒脈衝，秒脈衝送入計數器，計數結果經過「時」、「分」、「秒」，解碼器，顯示器顯示時間。其中振盪器和分頻器組成標準秒脈衝訊號發生器，由不同進製的計數器，解碼器和顯示電路組成計時系統。秒訊號送入計數器進行計數，把累計的結果以「時」、「分」、「秒」的數字顯示出來。
「時」顯示由二十**制計數器，解碼器，顯示器構成；「分」、「秒」顯示分別由六十進位制的計數器，解碼器，顯示器構成；校時電路實現對時，分的校準。
1.振盪器
秒發生電路---振盪器是計時器的核心，振盪器的穩定度和頻率的精確度決定了計時器的準確度。一般來說，振盪器的頻率越高，計時精度就越高，但耗電量將越大。所以，在設計電路時要根據需要而設計出最佳電路。
在此設計中，我採用的是精度不高的，由積體電路555與rc組成的多諧振盪器。
555定時器是乙個模擬與數字混合型的積體電路。555定時器是一種應用極為廣泛的中規模積體電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩、多諧和施密特觸發器。
因而廣泛用於訊號的產生、變換、控制與檢測。
目前生產的定時器有雙極型和cmos兩種型別，其型號分別有ne555(或5g555)和c7555等多種。它們的結構及工作原理基本相同。通常，雙極型定時器具有較大的驅動能力，而cmos定時器具有低功耗、輸入阻抗高等優點。
555定時器工作的電源電壓很寬，並可承受較大的負載電流。雙極型定時器電源電壓範圍為5～16v，最大負載電流可達200ma；cmos定時器電源電壓範圍為3～18v，最大負載電流在4ma以下。
左面圖是555定時器內部組成框圖。它主要由兩個高精度電壓比較器c1、c2，乙個rs觸發器，乙個放電三極體和三個5kω電阻的分壓器而構成。
（圖4.1）
它的各個引腳功能如下：
1腳：外接電源負端vss或接地，一般情況下接地。
8腳：外接電源vcc，雙極型時基電路vcc的範圍是4.5 ~ 16v，cmos型時基電路vcc的範圍為3 ~ 18v。一般用5v。
3腳：輸出端vo
2腳： 低觸發端
6腳：th高觸發端
4腳： 是直接清零端。當端接低電平，則時基電路不工作，此時不論 、th處於何電平，時基電路輸出為「0」，該端不用時應接高電平。
5腳：vc為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入乙隻0.01μf電容接地，以防引入干擾。
7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。
在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器a1、a2基準電壓分別為
的情況下，其功能如下表：
（表4.1）
由圖1可知，接通電源後，電容c1被充電，vc上公升，當vc上公升到大於2/3vcc時，觸發器被復位，放電管t導通，此時v0為低電平，電容c1通過r2和t放電，使vc下降。當vc下降到小於1/3vcc時，觸發器被置位，v0翻轉為高電平。電容器c1放電結束；當c1放電結束時，t截止，vcc將通過r1、r2向電容器c1充電；當vc上公升到2/3vcc時，觸發器又被復位發生翻轉，如此周而復始，在輸出端就得到乙個週期性的方波，其週期為 ：
。本設計中，由電路圖可知r1和c的值，然後再根據調節r2的值可使得t=1s。
2.分頻器
分頻器的功能主要有兩個：乙個是產生標準秒脈衝訊號；二是提供功能擴充套件電路所需要的訊號，如仿電台報時用的1khz的高音訊訊號和500hz的低音訊訊號等。
本設計中，由於振盪器產生的訊號頻率太高，要得到標準的秒訊號，就需要對所得的訊號進行分頻。這裡所採用的分頻電路是由3個總規模計數器74ls90來構成的3級1/10分頻。
74ls90的引腳圖及其功能圖如下圖所示74ls90引腳圖：
（圖4.2）
74ls90真值表：（表4.2）
十分頻時：輸入接a，b與相連，從輸出；
五分頻時：輸入接a，b與相連，從輸出；
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參考文獻 1 林凌,李剛,丁茹,李小霞.新型微控制器介面器件與技術 m 西安 西安電子科技大學出版社,2005年.2 高偉.at89微控制器原理及應用 m 北京 國防工業出版社，2008年.3 蔡朝陽.微控制器控制實習與專題製作 m 北京 北京航空航天大學出版社,2006年.4 楊凌霄.微型計算機原...