1. 引 言
本次设计的数字电路是数字时钟，其要求是以二十四小时为一个周期进行计时，并且电路具备校时功能。整个电路是由振荡器电路、分频器电路、时间计数单元、译码驱动电路、数码管五个部分组成。其过程是振荡电路产生一个1HZ的时钟脉冲，经过计数器计数，再通过译码驱动电路将二进制码译成十进制数，再通过数码管显示出来。 1.1数字钟设计的整体方案
整个电路是由振荡器电路、分频器电路、时间计数单元、译码驱动电路、数码管五个部分组成。基本框图如下：
数码 显示 数码 显示 数码 显示 数码 显示 数码 显示 数码 显示 译码 驱动 译码 驱动 译码 驱动 译码 驱动 译码 驱动 译码 驱动 时十 位计 数 时个 位计 数 分十 位计 数 分个 位计 数 秒十 位计 数 秒个 位计 数 校时控 制电路 校分控 制电路 振荡 电路 分频 电路
各部分的简要作用是：振荡电路采用CC4060产生振荡，CC4060外接电容和电
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阻及晶体振荡器来产生输出为1HZ的脉冲，由晶体振荡器产生的输出是32768HZ，CC4060具有分频作用，可以产生输出为1HZ的输出脉冲。振荡电路也是整个电路的核心部分，数字钟的计时准确与否关键在于振荡电路的输出是否为1HZ的秒信号。为了稳定振荡器的输出，可以在振荡器的输出端加一个D触发器，再将输出端加在计数器的时钟脉冲输入端。
电路的另一部分就是计数单元和译码驱动电路，计数器实现脉冲的计数，还实现分频的作用，计数单元采用6个74LS161。译码驱动器是将二进制码转换为相应的十进制输出，在通过数码管显示出相应的十进制数。
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2.各部分的分析
2.1，振荡电路。
数字钟电路是一个数字逻辑电路，除了5V的直流电源以外，再没有其他的电源电路，因而必须设计一个脉冲产生电路，也就是整个电路的核心部分，振荡电路。电路图如下所示：
CC4060有很多输出管脚，为了得到1HZ的输出信号，输出接3管脚，以上电路是一般的振荡电路，对于准确度较高的数字电路，以上电路还达不到要求。准确性较高的振荡电路一般采用晶体振荡电路，得到较高水平的输出。晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用TTL门电路构成；另一类是通过CMOS非门构成的电路，如图1.2所示，从图上可以看出其结构非常简单。该电路广泛使用于各种需要频率稳定及准确的数字电路，如数字钟、电子计算机、数字通信电路等。晶体振荡电路如下：
图1.2 CMOS晶体振荡器(仿真电路)
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图1.2所示电路中，CMOS非门U1与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，U2实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容Ｃ１、Ｃ２与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。 2.2分频电路
分频电路还是采用振荡电路来完成，即CC4060外接电容和电阻。CC4060有很多的输出管教，且各管教的输出频率是不同的，为了得到1HZ的输出，CC4060接3管脚。但是只用CC4060、电容和电阻达到的准确度不高，所以在工程设计中大部分采用晶体振荡。通常实现分频器的电路是计数器电路，一般采用多级2进制计数器来实现。例如，将32768Ｈz的振荡信号分频为1ＨZ的分频倍数为32768（），即实现该分频功能的计数器相当于15级2进制计数器。常用的2进制计数器有74LS161等。实际上，从尽量减少元器件数量的角度来考虑，这里可选多极２进制计数电路CD4060和CD4040来构成分频电路。CD4060和CD4040在数字集成电路中可实现的分频次数最高，而且CD4060还包含振荡电路所需的非门，使用更为方便。
CD4060计数为１４级２进制计数器，可以将32768Ｈz的信号分频为２Ｈz，其内部框图如图2.1所示，从图中可以看出，CD4060的时钟输入端两个串接的非门，因此可以直接实现振荡和分频的功能。 2.3时间计数电路
一般采用16进制计数器来实现时间计数单元的计数功能。为减少器件使用数量，可选74LS161，其内部逻辑框图如图2.3所示。该器件为双2-8-16异步计数器，并且每一计数器均提供一个异步清零端（高电平有效）。
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74LS161是一片十六进制计数器，异步置零，同步置数具体功能如下真值表所示：
输入 CR非 LD非 输出 CO 说明 CTP CTT CP D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 1 1 1 1 × × × × 1 × × × × × 0 0 0 0 0 CO=CT×Q3Q2Q1Q0 CO=Q3Q2Q异步置零 同步置数 0 × 1 1 1 1 D3 D2 D1 D0 D3 D2 D1 D0 × × × × × × × × × × × × × × 十六进制计数 保持 保持 0 × × 0 1Q0 CO=CTQ3Q2Q1Q0 0 秒个位计数单元为10进制计数器，无需进制转换，只需将ＱＡ与ＣＰＢ（下降沿有效）相连即可。ＣＰＡ（下降没效）与1Hz秒输入信号相连，Ｑ３可作为向上的进位信号与十位计数单元的ＣＰＡ相连。
秒十位计数单元为6进制计数器，需要进制转换。将10进制计数器转换为６进制计数器的电路连接方法如图2.4所示，其中Ｑ２可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的ＣＰＡ相连。
分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，只不过分个位计数单元的Ｑ３作为向上的进位信号应与分十位计数单元的ＣＰＡ相连，分十位计数单元的Ｑ２作为向上的进位信号应与时个位计数单元的ＣＰＡ相连。
时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计数单元应为12进制计数器，不是10的整数倍，因此需将个位和十位计数单元合并为一个整体才能进行12进制转换。利用1片75HC390实现12进制计数功能的电路。 2.4,译码驱动电路
计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出，为了将计数器输出的
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