多功能数字电子时钟毕设.doc

摘 要20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域。那些对时间要求非常严格和准确的人来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。而机械式时钟依赖于晶体震荡器，可能会导致误差。所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。多功能数字电子钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。在这次设计中，采用LED数码管显示时、分、秒，分别以12进制和24进制两种方案进行计时。用1Hz的晶振脉冲做为计数器的触发脉冲，分别设计了12进制、24进制和60进制计数器，根据数码管动态显示原理来进行显示。通过multism软件对设计的系统进行仿真分析，仿真结果正确。该系统具有时间显示、时间调整、闹钟、整点报时等功能。设计的多功能数字钟体积小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能完善，有一定的应用价值。关键字：数字电子钟，LED数码管，触发脉冲， 整点报时AbstractThe 20 th century, electronic technology has experienced rapid growth in its promotion, modern electronic product almost permeated each social fields. Those very strict demands on time and accurate people, time is not accurate will bring very big trouble, digital pipe display time simple and fast reading, time show to the seconds. And mechanical clock depends on the crystal oscillator, could lead to errors. So to digital pipe for the clock display pointer type than the clock showed a lot of advantage.Multi-function digital electric clock is the digital circuit to realize hourand minute , seconds digital display timer device. A digital clock precision, stability is far more than old mechanical clock. In this design, LED digital display when the tube, minutes and seconds, respectively to 12 and 24 into system into the two schemes for the timer. 1 Hz with the crystals as the counter pulse triggering pulse, were designed 12 into system, and into the system and 60 into the counter, according to the principle of digital dynamic display to show.Through the multism software to design of system simulation analysis, the simulation results are correct. The system has time to show, time to adjust, the whole point, alarm clock time etc. Function. The design of the multi-function digital clock small size, low prices, when the high precision, easy to use, the perfect function, have certain application value.Key words: digital electric clock , LED nixie tube , trigger pulse , integral point report hour目 录1 前 言11.1发展概述11.2数字电子钟的意义21.3数字电子钟的研究内容22 开发工具软件介绍32.1 仿真软件选择32.2 同类软件比较63 系统方案设计93.1设计目的93.2设计方案93.3计数器113.4比较器114系统实现144.1.秒脉冲产生电路144.2系统设计方案一164.2.1六十进制计数器174.2.2二十四进制计数器184.3数字电子钟交流194.4 校准电路204.5整点报时电路204.6闹钟电路214.7系统设计方案二224.7.1十二进制225印刷电路板制作256 设计结果277 结 论29致谢30参考文献311 前 言1.1发展概述 时钟从被发明的那天起，就成为人们生活中必不可少的一种工具，尤其是在现在这个讲究效率的年代，时钟更是在人类生产、生活、学习等多个领域得到广泛的应用。然而随着时间的推移，人们不仅对于时钟精度的要求越来越高，而且对于时钟功能的要求也越来越多，时钟已不仅仅是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。诸如闹钟功能、日历显示功能、温度测量功能、湿度测量功能、电压测量功能、频率测量功能、过欠压报警功能等。钟表的数字化给人们的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。电子钟有着很长的历史，从民国19年的电钟，研制始于60年代中期的国内电晶体、半导体管钟，到研制始于70年代末的石英电子钟，再到今天我们所用的智能电子钟。以前的电子钟存在着很多缺点，其外观体积庞大，在功能上有死摆、走时时间不长、走时精确度不高等缺点。20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。目前，市场上提供的无论是机械钟还是石英钟，在晚上无照明的情况下都是不可见的。要知道当前的时间，必须先开灯，故较为不便。本次毕业设计它以六只LED数码管来显示时分秒，与传统的以指针显示时分秒的方式不同。在multism 10环境下，用multism 10所提供的元器件，尽可能设计出简单实用的数字电子钟系统。1.2数字电子钟的意义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,远远超过老式钟表, 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。1.3数字电子钟的研究内容 数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。 本次毕业设计主要用大学四年EDA的基本理论、基本知识综合运用所学理论知识设计简单的多功能数字电子钟系统。运用multism电路分析软件在计算机上进行电路分析与设计，本次设计了俩种方案，两种方案各有特点，可供不同生活习惯的人群使用1。2 开发工具软件介绍2.1 仿真软件选择EDA就是“Electronic Design Automation”的缩写，EDA技术已经在电子设计领域得到广泛应用。发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计，再到PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。EDA技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。EDA已经成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。美国NI公司（美国国家仪器公司）的Multisim 软件就是这方面很好的一个工具。Multisim 计算机仿真与虚拟仪器技术（LABVIEW 8）（也是美国NI公司的）可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题。学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。这些在教学活动中已经得到了很好的体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进。本次毕业设计就选择了Multisim软件进行系统的仿真。Multisim，意为多重、万能仿真，其特色功能和别具匠心的虚拟仪器是其他电子仿真软件所无法比拟的，能满足电子技术工程设计人员的电路设计、仿真和各种分析的要求。Multisim软件是一套完整的系统设计工具，该软件交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，所以无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更人性化，Multisim提供的软件很全面，在设计上提供了很大的方便。通过Multisim和虚拟仪器技术，使用者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程2。(1) Multisim介绍Multisim是一款电路设计和仿真分析软件，它将电路原理图、电路仿真和PLD设计三者合一，利用该软件可以建立模拟、数字及其混合电路，并进行仿真。其特点是：易学实用性强，界面简洁，元件库齐全，仿真功能强大。其中真实元器件具有精确的仿真模型, 在市场上有相应的元器件出售。它的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，用户最容易掌握使用 Multisim是一套完整的系统设计工具，其强大功能包含：元器件编辑、选取、放置；电路图编辑、绘制；电路工作状况测试；电路特性分析；电路图报表输出打印；档案转入/出PCB文件转换功能；结合SPICE、VHDL、Verilog共同仿真；高阶RF设计功能；虚拟仪器测试及分析功能；计划及团队设计功能；VHDL及Verilog设计与仿真；FPGACPLD组件合成等。 Multisim软件以图形界面为主，采用菜单、工具栏和热键相结合的方式，具有一般Windows应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟悉程度自如使用。 启动Multisim 后，将出现Multisim主界面，主界面由多个区域构成：菜单栏，各种工具栏，电路输入窗口，状态条，列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑，并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。(2) Multisim对元器件的管理EDA软件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的准确性都直接决定了该EDA软件的质量和易用性。Multisim为用户提供了丰富的元器件，并以开放的形式管理元器件，使得用户能够自己添加所需要的元器件4。 （3） 输入并编辑电路输入电路图是分析和设计工作的第一步，用户从元器件库中选择需要的元器件放置在电路图中并连接起来,为分析和仿真做准备。 设置Multisim的通用环境变量 为了适应不同的需求和用户习惯，用户可以用菜单Option/Preferences打开Preferences对话窗口， 通过该窗口的6个标签选项，用户可以就编辑界面颜色、电路尺寸、缩放比例、自动存储时间等内容作相应的设置。 取用元器件 取用元器件的方法既从工具栏取用。下面将以74LS160为例说明这种方法。工具栏取用：从TTL工具栏中选择74LS按钮打开这类器件的Component Browser窗口。其中包含的字段有Database name（元器件数据库），Component Family（元器件类型列表），Component Name List（元器件名细表），Manufacture Names（生产厂家），Model Level-ID（模型层次）等内容。如图2-1所示5。2-1 74LS160 将元器件连接成电路 在将电路需要的元器件放置在电路编辑窗口后，用鼠标就可以方便地将器件连接起来。（4）电路仿真对电路进行仿真运行，通过对运行结果的分析，判断设计是否正确合理，是EDA软件的一项主要功能。为此，Multisim为用户提供了类型丰富的虚拟仪器，Instruments工具栏，或用菜单命令（Simulation/ instrument）选用这11种仪表。在选用后，各种虚拟仪表都以面板的方式显示在电路中6。 2.2 同类软件比较仿真软件既专门用于仿真的计算机软件，可以用于电子系统设计仿真的软件种类有很多，比如proteus、Matlab、PSpice等。Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。Proteus软件庞大的元件库可以和任何电路设计软件相媲美；其电路仿真功能可以和Multisim相媲美；其独特的单片机仿真功能是Multisim及其他任何仿真软件都不具备的；其PCB电路制版功能可以和Protel相媲美，是广大电子设计爱好者难得的一款工具软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是： 实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统仿真功能。 支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、280系列、HC11系列以及各种外围芯片。 提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 l_t,Vision2筹软件。 具有强大的原理图绘制功能。Matlab是美国MathWorks公司出品的集数值计算、符号运算及图形处理和虚拟实验等强大功能于一体的科学与工程计算、数据分析和仿真软件。它主要包括MATLAB和Simulink两大部分, 可实现电路的计算和仿真，即能通过计算机编程方法对人工建立的电路方程分析求解，也可利用Simulink组件，直接对电路建模、分析和计算。Matla可运行编程，其运行时将数据处理单元视作矩阵，增强了它的运算功能。Matlab信号和数据处理及计算能力强，图形可视化功能好, 功能模块丰富, 用于系统仿真更方便一些，并且通过研究电路的外特性，可验证电路定理和定律。PSPICE软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成图表，模拟和计算电路。 电路系统仿真方面，PSPICE可以说独具特色，它是一个多功能的电路模拟试验平台，PSPICE软件由于收敛性好，适于做系统及电路级仿真，具有快速、准确的仿真能力。它有如下特点： 图形界面友好，易学易用，操作简单由Dos版本的PSPICE到Windows版本的PSPICE，使得该软件由原来单一的文本输入方式而更新升级为输入原理图方式，使电路设计更加直观形象。PSPICE 6.0以上版本全部采用菜单式结构，只要熟悉Windows操作系统就很容易学，利用鼠标和热键一起操作，既提高了工作效率，又缩短了设计周期。即使没有参考书，用户只要具备一定的英语基础就可以通过实际操作很快掌握该软件。 实用性强，仿真效果好在PSPICE中，对元件参数的修改很容易，它只需存一次盘、创建一次连接表，就可以实现一个复杂电路的仿真。如果用Protel等软件进行参数修改仿真，则过程十分繁琐。在改变一个参数时，哪怕是一个电阻阻值的大小都需要重新建立网络表的连接，设置其他参数更为复杂。 功能强大，集成度高在PSPICE内集成了许多仿真功能，如：直流分析、交流分析、噪声分析、温度分析等 ，用户只需在所要观察的节点放置电压（电流）探针，就可以在仿真结果图中观察到其“电压-时间图”。而且该软件还集成了诸多数学运算，不仅为用户提供了加、减、乘、除等基本的数学运算，还提供了正弦、余弦、绝对值、对数、指数等基本的函数运算。Multisim的仿真软件具有强大的元件库和虚拟的实验仪器与仪表， 能直接建立电路原理图，逼真再现实验环境，可直接分析电路的内部和外部特性， Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，所以无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更人性化，在设计上提供了很大的方便。Multisim软件适合元件和电路仿真分析，可以作为实验平台。Multisim有很多虚拟仪器侧重于模拟数字电路原理特性级仿真分析，在国内使用比较普遍各种资料比较多，模型制作容易获得。本次设计侧重模拟数字电路的设计，不需要进行软件的编程。Multism比其他软件都适合本次设计且multism能容易的进行PCB电路板连接图的转化，所以选择Multism进行本次设计仿真的工具7。3 系统方案设计3.1设计目的数字电子钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。目前，数字钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。本设计采用74LS160、带有译码器的数码管和适当的门电路构成,可实现对时、分、秒等时间信息的采集和较时功能地实现。设计一个数字计时器，可以完成00:00:00到23:59:59的计时功能，并在控制电路的作用下具有快速校时、快速校分功能。能进行正常的时分秒计时功。能。由六个数码管显示时分秒的计时，同时用与非门和LED灯实现整点报时、用数值比较器实现数字钟的闹钟功能。通过 Multisim10 软件平台，设计含小时，分钟，秒钟显示功能的数字时钟。通过软件的仿真验证设计结果的正确性8。3.2设计方案根据设计要求首先建立了一个多功能数字钟电路系统的组成框图，框图如图3-1所示。由图3-1可知，电路的工作原理是：多功能数字钟电路主要由振荡器、计数器、显示器及必要的设计电路构成。图3-1设计框图主体电路由基准频率源、计数器、译码显示驱动器、数字显示器和校准电路等五部分组成。其中：基准频率源是数字电子钟的核心，它产生一个矩形波时间基准源信号，其稳定性和频率精确度决定了计时的准确度。显示器采用LED七段数码管。校准电路可采用按键及门电路组成。闹钟电路采用了数值比较器和计数器组成。整点报时电路采用了与非门和LED灯组成。系统工作原理：振荡器产生的稳定高频脉冲信号作为数字钟的时间基准。秒计数器计满后向分计数器进位，分计数器计满后向小时计数器进位，小时计数器按照“23置0”规律计数。计数器的输出经译码器送显示器，计时出现误差可以用校时电路进行校时、分、秒。每到一个小时，脉冲信号给到整点报时电路使LED灯亮，报时。闹钟电路里当实际实际等于设定时间时，脉冲信号将使闹钟电路的LED灯亮，闹钟报时9。3.3计数器用计数器完成数字电子钟所需要的六十进制、二十四进制、十二进制。最后我们选用74ls160计数器。它是一个具有异步清零、同步置数的集成四位同步十进制加法计数器。它的引脚图如图3-2所示。图3-2 74LS160的引脚图它的工作真值表如表3-1所示表3-1 74ls160真值表输入变量输出变量工作模式MRPECEPCETCLKP3P2P1P0Q3Q2Q1Q00XXXXXXXX0000异步清零10XXd3d2d1d0d3d2d1d0同步置数1111XXXX计数加法计数110XXXXXX保持数据保持11X0XXXXX保持数据保持3.4比较器数字电子钟的闹钟部分需要设定时间，当实际时间正好等于所设定的时间时，LED灯亮，所以需要数值比较器判定实际时间和设定时间是否相等，这里数值比较器选择74ls8510。 74ls85为4位数值比较器，它可进行二进制码和BCD码的比较，对两个4位字的比较结果由三个输出端输出。 它的引脚图如图3-3 图3-3 74ls85引脚图它的工作真值表如表3-2 表3-2 74LS85真值表比较输入级连输入输出A3 ,B3A2 ,B2A1 ,B1A0，B0AB AB FA B3X XX XX XX X X1 0 0A3B2X XX XX X X1 0 0A3= B3A2B1X XX X X1 0 0A3= B3A2= B2A1B0X X X1 0 0A3= B3A2= B2A1 =B1A0 B0X X X0 1 0A3= B3A2= B2A1=B1A0 =B01 0 0 1 0 0A3= B3A2= B2A1 =B1A0= B00 1 00 1 0A3= B3A2= B2A1 =B1A0 =B00 0 10 0 1 3.5输入与非门在系统设计中需要把低电平信号转为高电平信号使系统正常工作，这里我们选74LS30输入与非门器件。74LS30为8输入端与非门（正逻辑） ，共有 54/7430、54/74H30、54/74S30、54/74LS30四种线路结构形式，其主要电特性的典型值如表3-3表3-2 74ls30型号74LS30 8输入端与非门的逻辑图如图3-5图3-5 74ls30逻辑图74LS30 8输入端与非门工作真值表如表3-3表3-3 74ls30真值表InputOutptuA thru H YAll inptus H One or More Input LLH4系统实现4.1.秒脉冲产生电路（1）1KHZ 振荡器振荡器主要用来产生时间标准信号。因为数字钟的精度，主要取决于时间标准信号的频率及其稳定度。所以要产生稳定的时标信号，一般是采用石英晶体振荡器。从数字钟的精度考虑，晶振频率愈高，钟表的计时准确度就愈高。但这会使振荡器的耗电量增大，分频器的级数要增多。所以在确定频率时就应当考虑两方面的因素，然后在选定石英晶体型号11。振荡器由555定时器组成。图41中是由555定时器构成的1KHZ的自激振荡器,其原理是0.7(2R3+R4+R5)C4=1ms，f=1/t=1KHZ。图4-1 555定时器（2）分频器因为振荡器传说的时标信号频率很高，要使它变成能用来计时的“秒信号，需要一定级数的分频电路”。分频器的级数和每级分频次数要根据时标频率来定。例如，目前石英电子表多采用32768的时标信号，经过十五级二分频即可得到周期为一秒的“秒”信号。该振荡器和分频器是由一片CMOS集成电路（C4001）再外接石英晶体、电阻、电容组成，结构十分简单。如果采用其他频率的时标信号，则需要自己选定分频次数，选择合适的集成电路。当然应以电路简单，工作稳定为宜12。如图4-2所示电路，是三个用十进制计数器74LS90串联而成的分频器，分频原理是在74LS90的输出端子中， 从低位输入10个脉冲才从高位输出1个脉冲，这样一片74LS90就可以起十分频的作用，三个74LS90串联就构成了千分频的电路，输出的便是1HZ的信号，从而可以实现秒脉冲的产生。图4-2分频器（3）1HZ振荡器直接用NE555产生1HZ的秒脉冲，由计算公式可知如果R1=15k,R2=68K,c=10uF,就可以产生秒脉冲，电路如图4-3所示图4-3 1HZ振荡器利用NE555多谐振荡器，优点：555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。缺点：要精确输出1Hz脉冲，对电容和电阻的数值精度要求很高，所以输出脉冲既不够准确也不够稳定。但是在仿真时，1HZ的频率太慢了，在实际中得到的时间不是1S计数一次，所以仿真都是用函数发生器代替，所以在数字电子钟的电路图中没有振荡器。（4）石英晶体振荡器可以利用石英晶体产生32768HZ的频率，然后经过CD4060的十四分频，再用74LS74二分频，就可以产生1HZ的脉冲。如图4-4所示 4-4石英晶体振荡器4.2系统设计方案一有了“秒”信号，则可根据60秒为一分，60分为一小时，24小时为一天的进制，分别选定“秒”、“分”、“时”的计数器。从这些计数器的输出端可以得到一分、一时和一天的时间进位信号。在“秒”计数器中，因为是60进制，即有60个“秒”信号，才能输出一个“分”进位信号。所以它有60个记忆状态，若用十进制数表示这60个状态时，需要两位十进制的数（个位和十位），这样，“秒”个位应是十进制，“秒”十位应是六进制。这正好符合人们通常计秒数的习惯。为了将来便于应用8421译码显示电路，“秒”计数器中通常用两个十进制计数器的集成片组成，然后再采用反馈归零的方法使秒十位变成六进制，以使“时”计数器中，也用两块十进制集成片，再采用反馈归零的方法实现二十四进制就行了秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后，分别得到“秒”个位、十位、“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时输出信号，然后送至显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。“秒”和“分”计数器应为六十进制，而“时”计数器应为二十四进制。采用10进制计数器74LS160来实现时间计数单元的计数功能13。4.2.1六十进制计数器有了“秒信号”，则可根据60秒为一分，60分为一小时的进制，我们选定74ls160计数器。从计数器的输出端可得到一分，一时的时间进位信号。在“秒”计数器中，因为60进制，即有60个“秒”信号，才能输出一个“分”进位信号，所以它有60个记忆状态，这样“秒”个位应是十进制，“秒”十位应是六进制。这正好符合人们通常的计数习惯。“秒”计数器应两个74ls160片组成，然后采用反馈归零的方法使“秒”十位变成六进制以使个位、十位合起来实现60进制。图4-5所示，分、秒计数器由U4和U5俩部分组成。当时U5计数为9，U3计数为5时，两片74LS160复零，再加上一片74LS13，从而构成60进制计数器。图4-5六十进制计数器（1）图4-5六十进制计数器（2）4.2.2二十四进制计数器“时”计数器需要二十四进制，原理和六十进制相同，也用两片74LS160片组成，再采用反馈归零的方法实现二十四进制就可以了。如图4-6所示，计数器由U3和U4俩部分组成。当U4计数为3，U3计数为2时，两片74LS160复零，和74LS12N构成24进制计数图4-7二十四进制（1）图4-7二十四进制（2）4.3数字电子钟交流组成的数字电路需要两个六十进制和一个二十四进制，用74ls30片连接起来，构成完整的电子时钟系统。数字时钟系统的组成利用上面的六十进制和二十四进制递增计数器电路构成的系统如图4-8所示图4-8由二十四进制和六十进制组成的数字电子时钟4.4 校准电路当数字钟的指示同实际实际不相符时，必须予以校准，（或叫对表）。校准电路的基本原理就是将“秒”信号直接引进“时”计数器，同时将“分”的计数器置0，让“时”计数器快速计数，在“时”的指示调到需要的数字后，再切断“秒”信号，让计时器置正常工作。校“分”电路也按此方法让“秒”信号输入“分”计数器，同时让“秒”计数器的信号时选用的周期为0.5秒的脉冲信号，使“秒”计数比正常计“秒”快一倍，以便对准“秒”的数字14。数字电子时钟应该具有分校正和时校正功能，所以应该截断分个位和时个位的直接计数通路，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。校正信号可直接取自信号发生器产生信号；输出端则与分或时个位计时输入端相连。当开关打到一端时，正常输入信号可以顺利通过，故校时电路处于正常计时状态；当开关打到一端时，信号产生校时电路处于校时状态 如图4-9所示。图 4-9校时电路4.5整点报时电路数字钟显示整点时，能计时报时。要求电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分50秒到59分59 秒期间时，报时电路报时控制信号。 当时间在59分50秒到59分59 秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变,分别为5、9和5，因此可将分计数器十位的 Qc 和 Qa 、个位的 Qd 和 Qa及秒计数器十位的 Qc 和 Qa 相与，从而产生报时控制信号。 报 时 电 路 可 选 74HC30 来构成。74HC30为8输入与非门。如图4-10所示。图4-10报时电路4.6闹钟电路数字电子钟设定特定的时间，通过比较器当实际时间等于所设定的时间相同时在闹钟电路开启的情况下同样会使音响电路导通，使LED灯亮。时间的设定与校时电路类似只是单纯的调节计数器计入的数据15。利用上边的二十四进制和六十进制的计数器作为信息的比较源之一，另外利用四片数值比较器74LS85对小时的个位和十位以及分钟的个位和十位进行比较，如果与设定的时间一样，则产生输出信号1，再利用7440和7404组成的电路驱动LED灯亮，亮的时间是一分钟，从*：*：00到*：*：59，如图4-11所示。图4-11闹钟电路4.7系统设计方案二方案二是十二进制数字电子时钟，方便于习惯十二进制的人群使用。其设计原理和二十四进制的电子时钟相同。“时”计数器需要十二进制，用两片74LS160片组成，再采用反馈归零的方法实现二十四进制就可以了。实际连接电路时所用器件略有不同，用74LS00替换74LS12器件。4.7.1十二进制方案二的“时”计数器需要十二进制，它的原理和六十进制相同，用两片74LS160片组成，再采用反馈归零的方法实现十二进制就可以了。如图4-12所示，计数器由U3和U4俩部分组成。当U4计数为1，U3计数为1时，俩片74LS160复零，和74LS12N构成十二进制计数器。 图4-11 十二进制（1）图4-11十二进制（2）十二进制组成的数字电路原理和二十四进制的一样，连接方式也一样，不同就是“时”计数器由原来的二十四进制换成十二进制。如图4-12十二进制连一起。图4-12十二进制连一起5印刷电路板制作印刷电路板，又称印制电路板，是电子元器件电气连接的提供者。它的设计主要是版图设计；采用电路板的主要优点是大大减少布线和装配的差错，提高了自动化水平和生产劳动率。对于电子产品来说，印制线路板设计是其从电原理图变成一个具体产品必经的一道设计工序，其设计的合理性与产品生产及产品质量紧密相关。印刷电路板的设计,从确定板的尺寸大小开始,印刷电路板的尺寸因受机箱外壳大 小限制,以能恰好安放入外壳内为宜,其次,应考虑印刷电路板与外接元器件(主要是电位 器、插口或另外印刷电路板)的连接方式.印刷电路板与外接元件一般是通过塑料导线或金 属隔离线进行连接.但有时也设计成插座形式.即:在设备内安装一个插入式印刷电路板要 留出充当插口的接触位置.对于安装在印刷电路板上的较大的元件,要加金属附件固定,以 提高耐振、耐冲击性能.Multisim软件中，可以很方便的把设计图转化为PCB图，具体的操作方法如下： 打开需要转换的电路图，确认保存，点击工具栏上的Transfer，点击Transfer To Ultiboard 10命令，另存为命名文件。 弹出对话框，自行定义线路宽度。 第二步完成后弹出对话框，点击OK，既完成PCB图的转换如图5-1是二十四进制的多功能数字电子钟钟的印刷电路版图5-1印刷电路版5-2为多功能数字电子钟的印刷电路板三维示意图。5-2 三维示意图6 设计结果本次基于Multisim10的数字电子钟的设计实现了基本的时钟以及对时钟的校准、定时闹钟，整点报时，各个子电路的设计如第三部分子电路设计的结构电路一样，将各个部分连接在一起的整机连调的电路图为：1. 时钟显示完整的00:00:592. 时钟显示完整的00:01:003. 时钟显示完整的00:59:594. 时钟显示完整的1:00:005. 时钟显示完整的23:59:596. 整体的设计电路7 结 论通过数字电子钟的毕业设计，把学到的理论知识与实践相结合，从中对我们学的知识有了更进一步的理解。在多功能数字电子时钟设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构，掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解