数字电子钟实验报告

咸阳师范学院物理与电子工程学院

课程设计报告

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完成日期：年月

第一章概述 3

第二章数字电子钟的电路原理 4

第三章电路调试与制作 11

第四章总结与体会 12

第五章附录 13

第一章概述

数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,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不可少的必需品,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,运运超过老式钟表, 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。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

虽然市场上已有现成的数字集成电路芯片出售，价格便宜，使用方便，这里所制作的数字电子可以随意设置时，分的输出，是数字电子中具有体积小、耗电省、计时准确、性能稳定、维护方便等优点。

课程设计目的

（1）加强对电子制作的认识，充分掌握和理解设计个部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、电路的焊接与调试等多项知识。

（2）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人与团队协作能力，并在实践中锻炼。

（3）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。

（4）提高实践动手能力。

第二章数字电子钟的电路原理

数字电子钟的设计与制作主要包括：数码显示电路、计数器与校时电路、时基电路和闹铃报时电路四个部分。

1．数码显示电路

译码和数码显示电路是将数字钟的计时状态直观清晰地反映出来。显示器件选用FTTL-655SB双阴极显示屏组。在计数电路输出信号的驱动下，显示出清晰的数字符号。

2．计数器电路

LM8560是一种大规模时钟集成电路它与双阴极显示屏组可以制成数字钟钟控电路。

3．校时电路

数字钟电路由于秒信号的精确性和稳定性不可能做到完全准确无误，时基电路的误差会累积；又因外部环境对电路的影响，设计产品会产生走时误差的现象。所以，电路中就应该有校准时间功能的电路。通过手动调节按键，达到校准的目的。

4．定时报警电路

当调好定时间后并按下开关K1（白色键），显示屏右下方有红点指示，到定时时间有驱动信号经R3使VT1工作，即可定时报警输出。

芯片资料

LM8560是一种大规模时钟集成电路它与双阴极显示屏组可以制成数字钟钟控电路。作为时钟，它准确醒目；作为控制开关，它动作无误；在1小时59分钟或59分钟内，能任意暂停，使用十分方便。

仔细观察从0-9的每个数字并比较图1所示的笔段。内部电路参看图2, LM8560各脚功能，参看图3。

内部电路参看图2：

图2-6

第1-14脚全部是笔段输出。第15脚是Vss引出端，接正电压。第20脚是VDD引出端，接负电压。第28脚为12小时制显示和24小时制显示选择端。采用24小时制显示，该脚应接于Vss，采用12小时制显示可悬空。本电路设计为看出每个数字实际是7段字划组成的图形中不同笔段的组合，每段笔划用一只发光二极管代替，分别用a,b,c,d,e,f,g表示。如果每段笔划中的发光二极管按一定规律发光时，就组成了一定的数字如b,c两段发光，则组成“1',a,b,c,d,g发光，则组成“3”,7划全发光，则组成数字“8",

把各段笔划上的发光二极管的阴极连于一点的光屏，叫单阴极显示屏;把各段笔划上的发光二极管的阴极按一定规律连在两点，这样的显示屏叫双阴极显示屏工LM8560采用双动态驱动电路，配用的显示屏是双阴极3专位LED数字显示屏。交流电经全波整流，加到双阴极显示屏上，每组字段就会交替导通发光，由于人们的视觉惯性，看到笔段上的划线是连续发光的，这样设计数字电路中的笔画就可以减少一半，简化了电路，降低了成本，双阴极显示屏笔段上的笔划是连续发光的。

这样设计, 数字电路中的笔段 12小时制显示，故第28脚悬空。第26脚为50HZ和60HZ选择，它通过第27脚为时钟电路提供了基准频率。若采用50Hz基准颇率，第26脚应接VSS, 50Hz信号由市电降压滤波整形后由第25脚引入。第27脚是RC输入端，当停电后，备用电源自动启用，由内部震荡提供基准频率，振荡频率为1/2πRC。第27脚外接RC，决定了内部振荡频率的准确性。停电后，除显示屏不显示之外，其它各功能均能保留。

第21脚为分位调整引出脚，第22脚为时位调整引出脚，分别用按钮联于Vss,这两个脚接通Vss分位、时位分别以每秒递增1的速度递进。这两个脚可以用来校时和预置报警时间及睡眠时间。

第19脚为报警显示输入端，第23脚为睡眠显示输入端。分别把这两脚接到Vss，可分别显示报警时间和睡眠时间，配合第21脚和第22脚的时间调整功能，可任意设定报警时间和睡眠时间，当实际时间和预置时间一致时，可从第16脚输出一个5mA的报警信号，驱动压电片发出报替声音，或整流滤波后驱动继电器控制其它电器工作。当睡眠时间逐分递减到零时，第17脚输出的睡眠输出电压跳到零，也可控制其它电器工作。这是数字钟最重要的用途。在1小时59分钟的报警时间内，如果第24脚接到Vss，可以有9分钟的报警暂停时间在1小时59分钟内，可任意启用报警暂停功能。

由于时钟电路为长时间运行电路，要求变压器功率不小于3W,质量较好的不易发热。所有整流二极管要求反向漏电要求，可用1N4001或其它同类二极管。

CD4060资料

CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。所有的计数器位均为主从触发器。在CP1(和CP0)的下降沿计数器以二进制进行计数。在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。

CD4060管脚图

图2-1

内部方框图CD4060

图2-2

4060BD典型振荡器连接：上图-RC振荡器下图-晶体振荡器

原理分析

1 数字显示电子钟基本原理

数字显示电子钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，而为了能在睡眠时对人们进行提醒，还应加入一个定时报警电路。因此，一个基本的数字电子钟电路主要由“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、定式报警电路等组成。

电路原理图见下图：

IC1LM8560是50／60HZ的时基24小时专用数字钟集成电路，有28只管脚，1-14脚是显示笔画输出，15脚为正电源端，20脚为负电源端，27脚是内部振荡器RC输入端，16脚为报警输出。

T1为降压变压器，经桥式整流（VD6-VD9）及其滤波（C3、C4）后得到直流电，供主电路和显示屏工作。当交流电源停电时，备用电池通过VD5向电路供电。

IC2(CD4060)、JT、R2、C2构成50HZ的时基电路，CD4060内部包含14为二分频器和一个振荡器，电路简洁，30720HZ的信号经分频后，得到50HZ信号送到LM8560的25脚，并作出秒信号经YT2、VT3驱动显示屏的冒号闪动。

当调好定时间后并按下开关K1（白色键），显示屏右下方有红点指示，到定时时间有驱动信号经R3使VT1工作，即可定时报警输出。

在面板上从左到右，存在五个微动开关，分别是S4、S3、S2、S1调小时，S2调分钟，S3调时钟，S4调定时，K1定时报警开关（及闹铃开关）。

调时钟时，需按下S3的同时按下S1，即可调小时数；按下S3的同时按下S2可调分钟数。

调定时报警时，需下S4的时按下S1即可调闹钟的小时数，按下S4的同时按下S2可调事实上的闹铃数。

2 时基模块电路

其中网络标号CLOCK连接至LM8560的25管脚。整个电路的时钟信号由此电路输出，时间的运行也依靠此电路。由图看到CLOCK引脚是由Q9得到，则将30720HZ进行2分频，此时的13引脚输出=30720/521HZ=60HZ。而LM8560的26管脚接地，说明50/60赫兹选择端选择的是60HZ，得到60HZ的信号。

图3-1秒信号产生电路

3 数字钟集成电路（中心控制部分）与校时电路

本部分的功能是产生计数值由1-14管脚输出，并显示。S1、S2、S3、S4分别为调时、调分、调时间、调定时按键。15管脚通过二极管接到正电压上面，而16管脚则通过限流电阻接至报警电路，16管脚输出的是报警驱动信号。在双刀双掷开关K1按下时，显示屏27管脚接入高电平的同时蜂鸣器导通，通过三极管放大便可带动蜂鸣器，并且同步输出显示屏上面的alarm标志。调定时按键按下18、19管脚接入高电平，显示屏显示定时时间，高电平通过D1给S1和S2调定时，D1能阻止调时间按键S3按下时对18、19管脚的影响。这样就能分别调整时间和定时时间，精密无错。电路如下图：

图3-2校时电路

4 交流电源部分

电路需要直流供电，所以需要经过整流滤波电路得到稳定的直流电。整流桥为全波整流得到脉动的直流电，电容充放电滤波之后电压趋于稳定。变压器得到的为6V电压，提供给整个电路。当交流电断电时，由4节1.5V电池组成的6V电源继续供电，但显示屏只有交流电供给，所以此时的功耗较低，电池组只是保障走时的准确，再次上电时，时钟又会从准确的时刻走时。