多功能数字时钟
设计报告
学校：湘潭大学
学院：信息工程学院
班级：建筑设施智能技术一班
姓名：谭观明
学号： 2008551412
指导老师：盛孟刚老师
目录
1、引言 (3)
2、实验设计内容及要求 (3)
3、设计电路的用途及原理简介 (4)
4、单元电路设计原理 (5)
5、仿真全图 (9)
6、电路的调试说明 (10)
7、所遇到的问题及解决 (10)
8、实验总结和体会 (10)
9、附录（集成芯片引脚图和功能表） (11)
一、引言
（一）摘要：随着人类科技文明的发展，人们对于时钟的要求在不断地提高。时钟已不仅仅被看成一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代时钟发展的趋势。在这种趋势下，时钟的数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究的主导设计方向。
本实验要求设计一个数字计时器，可以完成0分00秒~11小时59分59秒的计时功能，并在控制电路的作用下有开机清零、快速校分。
二、实验设计内容及要求
1、功能要求：
①基本功能：以数字形式显示时、分、秒的时间，小时计数器的计时要求为“12翻1”，并要求能手动快校时、快校分或慢校时、慢校分。
②扩展功能：定时控制，其时间自定；仿广播电台正点报时—自动报正点时数。
2、设计步骤与要求：
①拟定数字钟电路的组成框图，要求先实现电路的基本功能，后扩展功能，使用的器件少，成本低；
②设计各单元电路，并用Multisim软件仿真；
③在通用电路板上安装电路，只要求显示时分；
④测试数字钟系统的逻辑功能；
⑤写出设计报告。设计报告要求：写出详细地设计过程（含数字钟系统的整机逻辑电路图）、调试步骤、测试结果及心得体会。
3、给定的主要器件：
74LS00（4片），74LS160（4片）或74LS161（4片），74LS03（OC，1片），74LS04（2片），74LS20（2片），74LS48（4片），数码管BS202（4只），发光二极管（2只），555（2片）。
4、仪器和设备:
稳压电源（或数字逻辑学习机），双踪示波器，数字万用表、数字通用板、拨线钳和电烙铁等。
5、参考文献:
[1]《电子技术基础课程设计指南》清华大学出版社，焦宝文主编；
[2]《电子线路设计大全》华中科技大学出版社，陈碗儿主编
[3]《数字电子技术基础》清华大学出版社，阎石主编
[4]《TTL集成电路大全》，电子工业出版社
三、设计电路原理简介：
1、设计原理：
电路由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、和报时电路组成。振荡器产生的脉冲信号经过分频器作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器，计数器通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。校分电路实现对“分”上数值的控制，而不受秒十位是否进位的影响，整体电路设计方框图
四、单元电路设计原理
1、秒脉冲发生器
2．校时电路
当刚接通电源或时钟走时出现误差时，都需要进行时间的校准。校时是数字钟应具有的基本功能，一般电子钟都有时、分、秒校时功能。为使电路简单，这里只进行分和小时的校准。校时可采用快校时和慢校时两种方式。校时脉冲采用秒脉冲，则为快校时；如果校时脉冲由单次脉冲产生器提供则为慢校时。图3中C1、C2用于消除抖动。
图3 校时电路 3.用74160实现12进制计数器
5、定时控制电路
CLK
图2 用整体置零法构成的12进制计数器
进位 1
校
数字钟在指定的时刻发出信号，或驱动音响电路“闹时”，或对某装置进行控制，都要求时间准确，即信号的开始时刻与持续时间必须满足规定的要求。
例如，要求上午7点59分发出闹时信号，持续时间为1分钟。
7时59分对应数字钟的时计数器的状态为（Q 3Q 2Q 1Q 0）H1=0111，分十位计数器的状态为（Q 3Q 2Q 1Q 0）M2=0101，分个位计数器的状态为（Q 3Q 2Q 1Q 0）M1=1001。若将上述计数器输出为“1”的所有输出端经过与门电路去控制音响电路‘可以使音响电路正好在7点59分响，且持续时间1分钟停响。所以闹时控制信号Y 的表达式为：
Y=（Q 2Q 1Q 0）H1（Q 2Q 0）M2（Q 3Q 0）M1
如果用与非门和集电极开路门电路实现，上式可改写为：
M103M202H1012)Q Q ()Q Q ()Q Q (Q Y
6、仿电台正点报时电路
仿电台正点报时电路的功能要求是：每当数字钟计时快要到正点时发出声响，通常按照4低音1高音的顺序发出声响，以最后一声高音结束的时刻为正点时刻。
设4声低音（约500Hz ）分别发生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一声高音（约1kHz ）发生在59分59秒，它们的持续时间为1秒。
根据以上设定可得到电台正点报时时的分十位状态Q 2M2Q 0M2=11（0101），分个位的状态为Q 3M1Q 0M1=11（1001），秒十位状态为Q 2S2Q 0S2=11（0101），秒个位的状态为Q 0S1=1（1、3、5、7、9）。而发低音还是高音只与秒个位有关，根据设定可列表如表1所示：
由表中的状态可总结出如下结论：秒个位的第三位Q 3S1可用来作为鸣低音或高音的控制信号，即
Q 3s1=0时，输入500Hz 的低频信号至音响电路 Q 3S1=1时，输入1kHz 的高频信号至音响电路。
表1 正点报时状态功能表
Q 0
分十位 分个位
时十位
Q 1
Q 2
图5 定时控制电路
Q 500Hz
Q Q Q 秒个位Q 图5 整点报时电路
7.显示电路
仿真全图
六、电路的调试说明
1、检查电路
对照电路图检查电路器件是否连接正确，器件引脚、电容极
性、电源线、地线是否对接，连接是否牢靠，电源的数值与
方向是否符合设计要求。
2、按功能模块分别调试
按单元电路，把每一部分单元电路调试得正常工作，才把
它们连接成整机，然后在进行整体调试。
七、所遇到的问题及解决
1、由于先前已经计算好了脉冲，所以脉冲输出没有一点问题，
但是通电后发现时分针是58就进位了，才发现都是接的同
步清零的，而用的160是十进制的，因此不得不把分计数改
成整体置数的，因为思路比较清晰，要改的地方也比较简单，
所以一下子就改好了。
2、但是通电后发现问题又接着来了，58的时候就进位了，经
同学一提，才恍然大悟，原来160是下降沿触发，现在小时
用的是清零，分钟是用的置数，还没等到下一个脉冲就已经
进位了，于是在分向时的进位信号上再加了一个反相器，测
试后发现问题解决了。
八、实验总结和体会
1、本次实验其实电路不是很难，原理很清楚，但是遇到问题却
比想象中多，任何一点小错误都会让努力白费，所以细心，
耐心是一定要的。
2、数字电路复杂,因此需要我们连接时要有好的布局和
合理的布线规则,如将电源线,地线,传输线,暂时产生的线分
别开来，用不同的颜色,或者以单元电路的形式分开,为以后
查错或改进带来极大的方便.
3、在连接每一根线时，既要注意剥线的长短要适中，走线时
要成直线直角，使电路板连线清晰美观，最重要的是检查时
特别方便。
4.
八、附录（集成芯片引脚图和功能表）
1．译码器（74ls48）
2．计数器（74ls160）
(74ls160的外部引脚与74ls161
相同，这里以161的外部图表示
160.)
3．二入与非门。反向器（74ls00，74ls04）
4、七段数码管