数字电子时钟课程设计报告剖析

数字电子时钟设计报告目录一、设计任务和要求二、设计的方案的选择与论证三、电路设计计算与分析四、总结及心得五、附录六、参考文献一、设计任务和要求（一）设计任务（1）时钟显示功能，能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。

（2）具有校准“时”、“分”的功能。

（二）设计要求（1）用Multisim画出整个系统电路图，并列出所需器件清单。

（2）调试振荡电路，用Multisim提供的示波器观察其输出波形是否复合要求。

（3）实现整个数字电子钟电路各项任务的正常工作。

二、设计的方案的选择与论证本次所要设计的数字电子表可以满足使用者的一些特殊要求，输出方式灵活，如可以随意设置时、分、秒的输出，定点报时。

由于集成电路技术的发展，特别是MOS集成电路技术的发展，使数字电子钟具有体积小、耗电省、计时准确、性能稳定、维护方便等优点。

此次设计的数字时钟电子电路分为以下6个部分：（1）振荡电路（2）时间计数电路（3）显示电路（4）校时电路数字时钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路，因此，时间计数电路是一个由计数器组成的时序逻辑电路。

用555定时器构成的多谐振荡器作为秒脉冲信号源，控制秒个位的信号输入，整点报时信号输入和闹钟报时信号输入，是整个电路唯一的脉冲信号源。

将计数器与显示器相连接，可以将输入的二进制数翻译成可以直读的十进制数字并显示出来，显示管与计数器之间由译码器相接，作为译码驱动。

由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）完全一致，异或计数过程中可能出现误差，固需要在电路中添加校时电路，以保证可以随时对时间进行校正。

电路设计计算与分析（1）振荡电路多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。

“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。

多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。

在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。

用555定时器构成的多谐振荡器电路如图①：图中电容C、电阻R2和R4作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。

定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（6脚）与电容相连；集电极开路输出端（7脚）接R1、R2相连处，用以控制电容C的充、放电；外界控制输入端（5脚）通过0.01uF电容接地。

图①555定时器组成多谐振荡器通过仿真，示波器XSC1输出图②所示波形。

图②多谐振荡器输出矩形波555定时器组成的多谐振荡器，其电容充电时间T 1和放电时间T 2各为：T 1=（R 1+R 2）CLn2 T 2= R 2 CLn2固电路的振荡周期为：T= （R 1+2R 2）CLn2振荡频率为：f=1/（R 1+R 2）CLn2从图①一中得知：R4=100K,R2=100K,C3=4.7uf,C4=0.01uF 。

因此其输出频率为1HZ 。

可以作为电子时钟电路的秒脉冲信号。

（2）时间计数电路1、十进制计数器74160计数器是对CP 脉冲进行计数的时序逻辑电路。

如果组成计数器中的各个触发器的CP 不是同一信号，这样的计数器称异步计数器。

本次设计采用6片十进制同步计数器74160组成两个六十进制的计数器（分、秒）和一个二十四进制计数器（时）。

74160如图③所示。

74160是中规模集成的同步十进制加法计数器，有着同步预置数、异步置零和保持的功能。

其功能表如表①所示。

表① 2、六十进制计数器和二十四进制计数器的连接U174160NQA 14QB 13QC 12QD 11RCO15A 3B 4C 5D 6ENP 7ENT 10~LOAD 9~CLR 1CLK2电子时钟的“分”和“秒”由六十进制计数器实现，“时”由二十四进制计数器实现。

因此，就需要用74160接成两个六十进制和一个二十四进制计数器。

多片计数器组合，各级之间的连接方式分串行进位方式、并行进位方式。

本次设计采用串行进位的方式。

在串行进位方式中，以低位片的进位输出信号作为高位片的时钟输入信号。

两片74160的EP和ET恒为1，都工作在计数状态，第一片每计到9（1001）时，C端输出变为高电平，经反相器后使第二片的CLK端为低电平。

下一个计数输入脉冲到达后，第一片记成0(0000)状态，C端跳回低电平，经反相器后使第二片的输入端产生跳变，于是，第二片计入1。

从而，将两片十进制计数器74160串联成一个百进制计数器。

得到百进制计数器后，应用整体置零的方法接成六十进制和二十四进制计数器。

当计数器从全0状态开始计数，计入60个脉冲时，经与非门产生低电平信号，立即将两片74160同时置零，于是便得到一个六十进制计数器，如图④。

同理，当计入24个脉冲时，经与非门产生的低电平信号立即将两片74160同时置零，得到二十四进制计数器，如图⑤。

3、按“秒”、“分”、“时”的顺序，将两片六十进制计数器和一片二十四进制计数器串联，便得到完整的电子时钟计时电路，如图⑤。

5V（3）显示电路数码管按照其发光二极管的连接方式不同，可分为共阳极和共阴极两种。

共阴极是指数码管中所有发光二极管的阴极连在一起接低电平，而阳极分别由a、b、c、d、e、f、g输入信号驱动，当某个输入为高电平时，相应的发光二极管点亮；共阳极数码管则相反，它的所有发光二极管的阳极连在一起接高电平，而阴极分别由a、b、c、d、e、f、g输入信号驱动，当某个输入为低电平时，相应的发光二极管点亮。

由于计数器输出的是8421BCD码，数码管不能直接显示成数字，为了让数数码管显示人们能看懂的数字，就需要把计数器输出的8421BCD码转换成数码管显示的阿拉伯数字，这就需要译码器的翻译。

本设计采用DCD_HEX七段发光二极管译码显示器。

DCD_HEX为共阳极LED数码管。

显示器引脚从右到左依次为：1,2,3,4。

该显示包含了译码功能，所以无需专门的译码器。

正确的引脚连接方式为：QA接1，QB接2，QC接3，DQ接4。

如图⑥。

（4）校时电路数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分十位和时十位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。

本设计的校时电路的关键，是通过开关，控制电路中“秒”到“分”、“分”到“时”的进位输入端的高低电平的变化，从而实现手动调节“分”和“时”。

现以分校时电路为例，如图⑦。

正常时刻，与非门U17的一端接高电平，另一端接秒十位的进位输出端，即U13。

此时，若秒十位的进位输出端输出低电平，则分个位的CLK有低电平信号输入，得到进位。

若秒十位的进位输出端输出高电平，则分个位的CLK有高电平信号输入，因此，无进位。

当接通开关J1，与非门一端接地，即为低电平，另一端还是接到秒十位的进位输出端。

此时，无论秒十位的进位输出端输出高电平还是低电平，经与非门U17输出的均为高电平，经非门U19得到低电平，并输入到分个位的CLK，使其得到进位，实现“分”加1。

J1为单刀双掷的跳变开关，即按下M键开关闭合，松开M键开关随之断开。

所以，可以通过连续按下M键连续增加“分”。

时校时与分校时同理，连续按下H键（控制开关J2的闭合与断开）便可连续增加“时”。

因此，通过控制开关J1和J2的断开与闭合，便可得到想要校正的时刻。

要强调的是，此种校时方法是可以实现进位的。

即，当“分”显示为59时，再按M，“时”显示便会加1，同时“分”显示清零。

但当“时”显示为23时，再按H，“时”清零，但“分”显示会继续按原状态计数。

（3）完整电路含有以上所述功能的完整的数字电子钟Multisim仿真电路图如图13所示。

（详细见附图）图13 数字电子钟Multisim仿真电路总图三、总结及心得一次设计非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的数字电子钟设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。

这是我们都希望看到的也正是我们进行课程设计的目的所在。

通过这次对数字钟的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真软件进行试验，仿真成功之后才实际接线的。

设计中曾遇到诸多问题，由于器件较多，线路错综，很容易在连线过程中出现错接，漏接的情况。

即使连接正确，也不一定会实现最初目标，达到功能。

还要针对错误现象，排查原因，在连线正确的基础上，可能是元器件的故障，采用示波器进行观察，然后进行更换，逐步调整，最终实现计时、校时等功能。

通过这次课程设计，让我对数字电子时钟的各部分电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。

提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。

四、 附录元器件明细表（主要用于列出本次课程设计中所用的全部元器件），附图要求用A3纸计算机绘制电路原理图并打印。

（1） 元器件列表1、计数器74160 （6片）2、数据选择器（4片）3、555定时器（1片） 3、显示器（6片）4、跳变开关（2个）电压控制开关（2个）U174160NQA 14QB 13QC 12QD 11RCO15A 3B 4C 5D 6ENP 7ENT 10~LOAD 9~CLR 1CLK2U2474LS85NA213B214A112B111OAGTB 5A010B09A315B31OAEQB 6OALTB7AEQB 3ALTB2AGTB 4U17LM555CMGND 1DIS 7OUT3RST 4VCC8THR 6CON5TRI 2J1Key = MJ31mV 0mV拨码开关（4个）5、与非门74S03（5个）非门74S04（2个）U22A 74S04N与门74LS08（2个）U20A74LS08D 74LS21（1个）U18A74LS21N6、4V ，0.5W 灯泡（2个）7、5V 直流电源VCC5V8、电阻：100K(1个) 40K （1个） 1K （2个） 电容：0.1uf （1个） 0.01uf （1个）（2） 完整的数字电子钟Multisim 仿真电路图见附图U13A 74S03N五、参考文献序号·作者.书名.版本(第1版可省略).出版地:出版者,出版年;1、（2006）第043267号.阎石主编.数字电子技术基础（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.5（2010年重印）2、（2008）第192946号.郭海文主编.电气试验技术.徐州：中国矿业大学出版社，2008.123、（2007）第021329号.薛鹏骞主编.电子技术自动化技术使用教程.徐州：中国矿业大学出版社，2007.2。