2023年數(shù)字電子時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)

2023年數(shù)字電子時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)

1電路原理圖

數(shù)字電子鐘的電路原理圖如圖1.1所示。

2工作原理

數(shù)字電子鐘由多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器、顯示譯碼器、顯示

器和校時(shí)電路組成。多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)，秒脈沖送

入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果通過(guò)“時(shí)”、“分”、“秒”顯示譯碼

器譯碼，由顯示器顯示時(shí)間。

數(shù)字時(shí)鐘的組成框圖如圖2.1所示。

2.1多諧振蕩器與分頻電路

多諧振蕩器與分頻電路如圖2.2所示。多諧振蕩器是一

種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱(chēng)矩形波發(fā)生器?！岸嘀C”

指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。

多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在工作時(shí)，電

路的狀態(tài)在這兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間自動(dòng)地交替變換，由此產(chǎn)生矩

形波脈沖信號(hào)，常用作脈沖信號(hào)源及時(shí)序電路中的時(shí)鐘信

號(hào)。數(shù)字時(shí)鐘里用的是555定時(shí)器構(gòu)成的lkhz多諧振蕩器。

可調(diào)電阻Rw可以改變輸出信號(hào)的頻率。

如圖2.2所示圖中電容C、電阻R1和R2作為振蕩器的

定時(shí)元件，決定著輸出矩形波正、負(fù)脈沖的寬度。定時(shí)器的

觸發(fā)輸入端（2腳）和閥值輸入端（6腳）與電容相連;集電極開(kāi)

路輸出端（7腳）接RI、R2相連處，用以控制電容C的充、放

電；外界控制輸入端（5腳）通過(guò)0.OluF電容接地。

電路接通電源的瞬間，由于電容C來(lái)不及充電，Vc=0v,

所以555定時(shí)器狀態(tài)為1,輸出Vo為高電平。同時(shí)，集電極

輸出端（7腳）對(duì)地?cái)嚅_(kāi)，電源Vcc對(duì)電容C充電，電路進(jìn)入

暫穩(wěn)態(tài)I,此后，電路周而復(fù)始地產(chǎn)生周期性的輸出脈沖。

多諧振蕩器兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間取決于RC充、放電回路

的參數(shù)。

多諧振蕩器與分頻電路為計(jì)數(shù)器提供計(jì)數(shù)脈沖和為校

時(shí)電路提供校時(shí)脈沖。多諧振蕩器的振蕩頻率設(shè)計(jì)為2Hz,R

為51KQ,RW大約為50KQ,C為4.7uF。

多諧振蕩器產(chǎn)生的2Hz脈沖信號(hào)為校時(shí)電路的校時(shí)脈

沖。2Hz脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)CD4013組成的分頻器，進(jìn)行2分頻，

輸出1Hz的秒脈沖為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖。

555定時(shí)器的引腳圖如圖2.3所示。555定時(shí)器是一種

模擬電路和數(shù)字電路相它由分壓器，比較器，基本R-S觸發(fā)

器和放電三極管等部分組成.分壓器由三個(gè)5的等值電阻串

聯(lián)而成.分壓器為比較器，提供參考電壓，比較器的參考電壓

為，加在同相輸入端，比較器的參考電壓為，加在反相輸入端.

比較器由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)放，組成.高電平觸發(fā)信號(hào)

加在的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)

果作為基本R-S觸發(fā)器端的輸入信號(hào)；低電平觸發(fā)信號(hào)加在

的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作

為基本R-S觸發(fā)器端的輸入信號(hào).基本R-S觸發(fā)器的輸出

狀態(tài)受比較器的輸出端控制。

圖2.3555定時(shí)器引腳圖

D觸發(fā)器CD4013的引腳圖如圖2.4所示。CD4013是一

雙D觸發(fā)器，由兩個(gè)相同的、相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構(gòu)成。

每個(gè)觸發(fā)器有獨(dú)立的數(shù)據(jù)、置位、復(fù)位、時(shí)鐘輸入和Q

及Q輸出，此器件可用作移位寄存器，且通過(guò)將Q輸出連接

到數(shù)據(jù)輸入，可用作計(jì)算器和觸發(fā)器。在時(shí)鐘上升沿觸發(fā)時(shí),

加在D輸入端的邏輯電平傳送到Q輸出端。

置位和復(fù)位與時(shí)鐘無(wú)關(guān)，而分別由置位或復(fù)位線上的高

電平完成。CD4013引腳，一個(gè)D有6個(gè)端子：2個(gè)輸出，4

個(gè)控制。4個(gè)控制分別是R、S、CP、DoR和S不能同時(shí)為高

電平。

當(dāng)R為1、S為0時(shí)，輸出Q一定為0,因此R可稱(chēng)為復(fù)

位端。當(dāng)S為1、R為0時(shí)，輸出Q一定為1。當(dāng)R、S均為

0時(shí)，Q在CP端有脈沖上升沿到來(lái)時(shí)動(dòng)作，具體是Q=D,即

若D為1則Q也為1,若D為0則Q也為0。

2.2計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路

計(jì)數(shù)、譯碼器顯示電路如圖2.5所示。計(jì)數(shù)器由秒計(jì)數(shù)

器、分計(jì)數(shù)器、和時(shí)計(jì)數(shù)器串聯(lián)組成。秒計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器

為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)

器串聯(lián)組成。時(shí)計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)

數(shù)器串聯(lián)并利用反饋接成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)

數(shù)器、和時(shí)計(jì)數(shù)器的使用計(jì)數(shù)器CD4026,CD4026具有顯示

譯碼功能，輸送給各自的數(shù)碼管，顯示出時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)。

這種計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)可采用異步反饋置零法，先按二進(jìn)制計(jì)數(shù)

級(jí)聯(lián)起來(lái)構(gòu)成計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)狀態(tài)達(dá)到所需模值后，經(jīng)門(mén)電

路譯碼、反饋，產(chǎn)生“復(fù)位”脈沖將計(jì)數(shù)器清零，然后重新

開(kāi)始進(jìn)行下一循環(huán)。計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路用到的數(shù)碼管的引

腳圖如圖2.6所示。計(jì)數(shù)、顯示譯碼器CD4026的引腳圖如

圖2.7所示。非門(mén)CD4069的引腳圖如圖2.8所示。三輸入

與門(mén)CD4073的引腳圖如圖2.9所示。

2.2.1LED數(shù)碼管

LED數(shù)碼管實(shí)物圖如圖2.10所示，數(shù)碼管內(nèi)部就是LED

燈的組合。LED數(shù)碼管里面有八個(gè)發(fā)光二極管。引腳分別記

作a、b、c、d、e、f、g、bd,其中bd是小數(shù)點(diǎn),abcdefgh

分別控制8個(gè)段，稱(chēng)段碼。數(shù)碼管的3、8腳是公共端，公

共端可以用三極管控制是否連接電源，由此可以控制整個(gè)數(shù)

碼管點(diǎn)亮或熄滅。如果多個(gè)數(shù)碼管一起使用，如8個(gè)，這個(gè)

端口就用來(lái)選擇需要使用的數(shù)碼管的位，即第幾位數(shù)碼管起

作用。常用的LED數(shù)碼管有兩種，一種是共陽(yáng)極一種是共陰

極的。將多只LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只LED

的陽(yáng)極連在一起即為共陽(yáng)式。以共陰式為例，若把陰極接地,

在相應(yīng)段的陽(yáng)極接上正電源，該段即會(huì)發(fā)光。共陰極數(shù)碼管

原理說(shuō)明：共陰極數(shù)碼管中各光二極管的優(yōu)安特性和普通二

極管類(lèi)似，只是正向降較大，正向電阻也較大。在一定范圍

內(nèi)，其正向電流與發(fā)光亮度成正比。由于常規(guī)的數(shù)碼管用電

電流只有l(wèi)X2mA,最大極限電流也只有10X30mA,所以它

的輸入端在5V電源或高于TTL高電平(3.5V)的電路信號(hào)相

接時(shí)，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。

2.3校時(shí)電路

當(dāng)時(shí)鐘走時(shí)不準(zhǔn)時(shí)，需要進(jìn)行校時(shí)，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)

個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以

隨時(shí)切換的電路接入其中。校時(shí)電路如圖2.11所示。由與

非門(mén)和二個(gè)開(kāi)關(guān)組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)”、“分”的校準(zhǔn)。當(dāng)校時(shí)

開(kāi)關(guān)KLK2扳到A端時(shí)，校時(shí)的2Hz脈沖輸送到時(shí)計(jì)數(shù)器

和分計(jì)數(shù)器個(gè)位的CP端，進(jìn)行時(shí)計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器“時(shí)”、

“分”的校準(zhǔn)。當(dāng)校時(shí)開(kāi)關(guān)KLK2扳到B端時(shí)，時(shí)計(jì)數(shù)器

和分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖輸送到時(shí)計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器個(gè)位的

CP端，時(shí)鐘正常計(jì)時(shí)。與非門(mén)CD4011的引腳圖如圖2.12所

不0

2.4數(shù)字鐘整體電路工作原理

數(shù)字鐘首先由多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)，通過(guò)CD4013

的Q輸入到CD4026的CP中，到計(jì)數(shù)器中進(jìn)行計(jì)數(shù)。秒、分、

時(shí)的計(jì)數(shù)器使用的是CD4026計(jì)數(shù)器。秒計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器

為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)

器串聯(lián)組成。時(shí)計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)

數(shù)器串聯(lián)并利用反饋接成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。同時(shí)CD4026有譯

碼功能，輸送給各個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)間。當(dāng)計(jì)數(shù)狀態(tài)達(dá)到所需

模值后，經(jīng)門(mén)電路譯碼、反饋，產(chǎn)生“復(fù)位”脈沖將計(jì)數(shù)器

清零，然后重新開(kāi)始進(jìn)行下一循環(huán)。當(dāng)時(shí)鐘走時(shí)不準(zhǔn)就需要

校時(shí)。校時(shí)電路用與非門(mén)和兩個(gè)開(kāi)關(guān)組成實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)”、“分”

的校準(zhǔn)。當(dāng)校時(shí)開(kāi)關(guān)KI、K2