数字电子钟的设计1

    0　引　言

    随着科学技术的不断发展,人们对时间计量的精度要求越来越高。高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器,由于电子钟、石晶表、石英钟都采用了石英技术,因此走时精度高,稳定性好,使用方便,不需要经常调校,数字式电子钟用集成电路计时时,译码代替机械式传动,用LED显示器代替指针显示进而显示时间,减小了计时误差,这种表具有时、分、秒、显示时间的功能,还可以进行时和分的校对。片选的灵活性好。

    系统的工作原理:振荡器产生稳定的分频脉冲信号,作为数字钟的时间基准,然后经过分频器输出标准秒脉冲。秒计数器满60分向分计数器进位,分计数器满60后向小时计数器进位,小时计数器按照“24翻1”规律计数。计数器的输出分别由译码器送显示器显示。计时出现误差时,可以用较时电路较时、校分。

    1　设计要求

    (1)掌握电子钟的设计,组装与调试方法。

    (2)熟悉CMOS系列中、小规模集成电路的使用。

    2　设计内容

    (1)设计一个具有“秒”、“分”“时”显示的电子钟(23小时50分59秒)

    (2)具有校时功能,分别对“分”、“时”进行校对。

    3　设计方案

    数字电子钟逻辑框图如图1所示。它由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码显示器和校时电路组成。

    4　单元电路设计、原理及器件选择

    4·1　石英晶体振荡器

    石英晶体振荡器的特点是频率准确,电路结构简单,频率易调整。

    石英晶体振荡电路如图2所示,采用反相器等元件构成。利用一个与非门自我反馈,使它工作在线性状态;然后利用石英晶体JU来控制振荡频率,电阻为反馈元件,电容C防止寄生振荡,在输出端得到较稳定的32768Hz脉冲信号。

    4·2　分频器

    由于石英晶体振荡器产生较高的32768Hz的频率,而电子钟需要秒脉冲,可采用分频电路实现,具体电路如图3所示。先经过3次十六分频,再经过1次八分频,最后得到秒脉冲信号。

    这里采用两片集成电路计数器4520作为分频器,每片集成了两组4位二进制计数器,分为1/16分频器,进行级联则得到8Hz的脉冲信号,再将第二片的另一组进行1/8分频,最后输出1Hz的秒脉冲给计数电路。

    4·3　计数电路

    因为电子钟由秒、分、时组成。分别为60进制和24进制。

    采用一片4520接成60进制, 4520的第一组4位二进制接成秒的个位,另一组接成秒的十位,“分”也为60进制,“时”为24进制。这两种进制的次序和二进制完全相同,只是模数不是2的整幂。采用反馈置零法清零,先按二进制计数器串联起来构成计数器,当计数状态达到所需的脉冲模值后,经过电路译码、反馈、产生复位脉冲将计数器清零,然后重新开始进行下一个循环。