数字电子钟设计。
摘要。数字钟被广泛用于个人家庭，车站， 码头、办公室等公共场所，成为人们日常生活中的必需品。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，运用超过老式钟表， 而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。
诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。
数字电子钟一般由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路等组成。秒信号是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将秒信号送入秒计数器，它是六十进制计数器。
每累计六十秒发出一个“分脉冲”信号，这个信号作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也是六十进制计数器，它每累计六十分钟，发出一个“时脉冲”信号，此信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用二十**制计数器，可以实现一天二十四小时的累计。
译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过六位led显示器显示出来。校时电路是用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的。本文通过对cd4060、cdlsls48和晶体振荡器的基本原理和基本功能的介绍，结合数字电子钟的设计过程让我们对电子钟的设计有了清楚的认识。
关键词：数字钟，晶体振荡器，计数器，cd4060,74ls160
在科技高速发展的今天，钟表业运用当今材料工业、电子工业和其他领域的最新技术，一定会生产出代表中国科学水平的产品。我们希望钟表业的精英们在提高制造技术水平中不断创新，培育出拥有自主知识产权的品牌。这正是中国钟表业发展的希望。
数字钟被广泛用于个人家庭，车站， 码头、办公室等公共场所，成为人们日常生活中的必需品。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，运用超过老式钟表， 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。
本课题所设计的电子时钟是一个最基本的数字钟。
数字电子钟要想最终设计成功必须要有精确而稳定的秒信号产生，通常先用石英晶体振荡器产生32768hz的脉冲，经过整形、分频产生1hz的秒脉冲。分频用cd4060分出2hz的脉冲，再用cd4013分出1hz的脉冲。然后1hz脉冲经过校时电路送到秒计数器的个位，秒计数器是由两块74ls160组成的六十进制计数器，其十位tc接校时电路。
校时电路的cp1接分计数器个位的clk端，分计数器也是由两块74ls160组成的六十进制计数器，分计数器的十位的tc端接入校时电路。校时电路的cp2接时计数器的clk端，分计数器是由两块74ls160组成的二十**制计数器。校时电路的s1、s2、s3控制“校时”、“校分”和“校秒”。
各个计数器分别接译码器，各个译码器分别接显示器。电路的基本原理就是这样，下面我将介绍各个模块的具体功能及原理。以下是我在下面整合的全电路原理图。
图表 1这部分电路现有石英晶体振荡器产生32768hz的脉冲，经过cd4060经过十四次分频后产生2hz的脉冲。再经过cd4013产生1hz的脉冲。原理比较简单。
cd4060是十四位二进制计数器。它内部有十四级二分频器，有两个反相器。rst为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。
在cin下降沿，计数器以二进制计数。cin、分别为时钟输入、输出端。电源电压范围为3v～15v，输入电压范围为0v～vdd。
它有十六个引脚，q4～q10、q12～q14为计数器输出端。vdd接正电源，vss接地。其引脚图如下所示：
图表 2cd4013a为双d触发器，在clk上升沿有效。其特性表如下：
图表3cp是脉冲输入端；ct（co）是进位信号输出端；cep和cet是计数器工作状态端； (是异步清零端；是置数端；vcc接正电源，gnd接地；p0～p4是数据输入端，q1～q4是计数器状态输出端。电源电压7v，输入电压7v。其状态表如下所示：
60进制计数器是由两个74ls160十进制计数器经过一定的方式连接组成的。具体连接是这样的，一片74ls160用低位，另一片设计成六进制计数器做为高位。将高位片的q2和q1接入与非门，出来接入高位片的(),当高位片为0110时， (为低电平，此时清零，实现了六十进制。
其连线图如下所示：
图表 424进制计数器也是由两片74ls160组成的，当各位计数状态为q3q2q1q0=0100,十位计数状态为q3q3q1q0=0010时，计数器归零。通过把个位q2、十位q1接入与非门，然后接入个位、十位的mr端。令计数器清零，从而实现二十**制计数器的功能。
其连线图如下所示：
图表 5本实验采用cc4511 bcd锁存器/七段译码/驱动器。其中 a,b,c,d—bcd码输入端；a,b,c,d,e,f,g—译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极led数码管；lt—测试输入端，lt=“0”时，译码输出全为“1”；bi（rl）—消隐输入端；le—锁定端，le=“1”时译码器处于锁定状态，le=0为正常译码。其引脚图如下：
图表 6下表为cc4511功能表。
译码电路的功能是将“秒”、“分”、“时”计数器的输出**进行翻译，变成相应的数字。其电路图如下所示：
图表 7校时电路是数字中不可缺少的部分，当数字显示与实际时间不符时，就要根据标准时间进行校时。其简单电路如下所示：
图表 8s1、s2、s3分别控制校“时”、校“分”和校外“秒”。具体是这样的，当s3断开时，g7与非门打开，正常进行计秒。当需要校秒时，闭合s3，此时g7与非门被断开，时间正确时打开s3正常计秒。
需要校分时闭合s2，此时低电平经过g8与非门后变为高电平，g5与非门打开，秒信号进来，使分计数器以秒的节奏快速计数。而g6与非门此时被断开，来自秒十位的进位脉冲无效。直到显示的时间和标准时间相同时打开s2，此时g5与非门被断开，g6与非门被打开，秒十位进位脉冲进来，1hz脉冲信号无效，分计数器正常计时。
需要校准小时时，只需闭合s1此时g3与非门被断开，g1与非门接通，1hz信号进来，使时计数器以秒的节奏快速计数。当时计数器的显示与标准时间相同时，打开s1即可。打开s1时g1与非门断开，1hz脉冲信号无效。
g3与非门打开，接受分计数器的输出进位信号，使时计数器正常计数。这就是校时电路的基本原理。
时钟信号源是时钟类项目的心脏，他的精确度直接影响到整个项目的性能。要产生1hz脉冲可用石英晶体振荡器和555多谐振荡器。555多谐振荡器的优点是起振容易，振荡周期调节范围广，缺点是频率稳定性差，精度低，所以在本试验中不宜使用。
石英晶体振荡器不仅选频特性极好，而且谐振频率十分稳定，其稳定度可达10-10～10-11。因此在本实验中我选择石英晶体振荡器。
因为时钟信号源已选中使用32768hz,而输出的要求是1hz的秒时钟信号，所以分频器需要实现的分频功能。可以采用专用分频器，如六分频，十二分频，1/60分频器，常用集成电路有74ls92，74ls56,74ls57等。也可以用各种进制计数器构成分频器，如cd4020,cd4040,cd4060，异步十进制计数器74ls90，同步十进制计数器74ls290，双时钟同步加减计数器74ls192都可以很容易构成十进制，十二进制，二十**制，六十进制分频器。
还可以用脉冲分配器，如cd4017,cd4022.除此以外还可采用带有7段译码器的十进制计数器，连接led时可以不再需要外加译码，如cd4026,cd4033。
结合本实验的特点，最后我使用了十四位2进制计数器cd4060，它可以进行214次分频，再用cd4013尽可以完成分频了，就得到了1hz脉冲。
译码显示器可用带译码器的led数码显示管，它的显示管可接受4输入8421bcd编码，因其内部有译码器，比较方便。也可用译码芯片＋led数码显示管，可采用74ls47，74ls48,cd4511等集成电路将bcd码译成段码发送给8段发光二极管数码管，当然要选择相配的共阴极或共阳极译码驱动器。在这个电路中我选择了cd4511+led数码显示管。
经过近多日的努力，终于将本次课程设计做完了，但由于水平有限，文中肯定有很多不恰当的地方，请老师指出其中的错误和不当之处，使我能做出改正，我会虚心接受。在本次课程设计过程中，我增强了自己的动手能力和分析能力。通过跟老师和同学的交流，也通过自己的努力，我按时完成了这次课程设计。
在此过程中，我学会了很多，也看到了很多自己的不足之处。在以后的学习生活中，我会努力学习专业知识，完善自我，为将来的发展做好充分的准备。
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