数字电子时钟课程设计报告剖析

1、 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 1 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

2、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，

3、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 2 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：图中电容C、电阻R2和R4作为振荡器的定时元件，决

4、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。 3 定时器组成多谐振荡55图 输出图所示波形。通过仿真，示波器XSC1 多谐振荡器输出矩形波 图 4 和放电时T555定时器组成的多谐振荡器，其电容充电时间1 各为：间T2CLn2 ）（R+RT=211 CLn2 RT22=CLn2 ）（R+2R固电路的振荡周期为：T= 21CLn2 ）R+R振荡频率为：f=1/（21 。从图一中得知：R4=100K,R2=100K,C3=4.7uf,C

5、4=0.01uF 。可以作为电子时钟电路的秒脉冲信号。因此其输出频率为1HZ ）时间计数电路（274160 、十进制计数器1脉冲进行计数的时序逻辑电路。如果组成计CP 计数器是对不是同一信号，这样的计数器称异步数器中的各个触发器的CP 组成两个六十片十进制同步计数器74160计数器。本次设计采用674160进制的计数器（分、秒）和一个二十四进制计数器（时）。有着74160是中规模集成的同步十进制加法计数器，如图所示。 同步预置数、异步置零和保持的功能。其功能表如表所示。 表 U1 CLK R LD EP ET 工作状态 143QAAD134QBB125QCC 116 0 置零 QDD157RC

6、OENP10 ENT 0 1 预置数 9LOAD1CLR 0 1 1 1 保持 2CLK 1 1 0 保持（C=0） 74160N 1 1 计数1 1 十进制计数器74160 图 2、六十进制计数器和二十四进制计数器的连接 5 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（10

7、01）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。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。 6 U2U25 11QQAU

8、2711QQ1174S03QQ11QQD11RCENENRC11ENENTLOALOACLCLRCLCL7416074160VCC 5六十进制计数图 U26U25 141433QAAAQAU27A 134413QBQBBB12125574S03NQCQCCC111166QDQDDD 157157RCOENPRCOENP1010ENTENT 99LOADLOAD11CLRCLR22 CLKCLK74160N74160NVCC 5V 二十四进制计数器 图 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。 7 U25U27U26

9、U28U30U29157RCOENP10ENT9LOAD1CLR2CLK143314QAAQAA131344QBBQBBU17A74S03NJ1 Key = M 电路分图 校时 3 QAQBQCQDRCO 14 3 56 C 14 QC 31211 14 3U13A 14 56 C 3 QC 141211 3 U33A 4 AB 13 4 AB7 QAQBD 13 U32AQD 415 AB QAQB 13 474S03N AB QAQB 13 7 D U31A 4 ABQD QA13QB15 QAA4QBB 74S03N 56 C D 1211 56 CD10 QCQDENPENT 1211

10、 RCO 74S03N 56 CD QCQD 1211 56 CD QCQD 1211 10 ENPENT 74S03N 56 CDRCO 12QC11QD 5QCC6QDD 7 ENP 15 7 ENP9 RCOLOAD 15 7 ENP RCO 15 7 ENP RCO 15 9 LOAD 7 ENP RCO 15 7RCOENP 10 ENT 10 ENT1 CLR 10 ENT 10 ENT 1 CLR 10 ENT 10ENT 91 LOAD 91 LOAD2 CLK 91 LOAD 91 LOAD 2 CLK 91 LOAD 9LOAD1 CLR CLR CLR CLR CLR C

11、LR 2 CLK 2 CLK 74160N 2 CLK 2 CLK 74160N 2 CLK VCC 2CLK 74160N 74160N 74160N 74160N 74160N 74160N U19A74S04N 3456R61k ABCD QAQBQCQD 14131211 5V 11111VCC 5V 电子时钟计时电路 图 （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输入信号驱动，g、ab、c、d、ef、起接低电平，而阳极分别由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

12、的阳极连在一起接高电平，而阴极输入信号驱动，当某个输入为低电d、ge、fca分别由、b、 平时，相应的发光二极管点亮。码，数码管不能直接显示成数8421BCD由于计数器输出的是字，为了让数数码管显示人们能看懂的数字，就需要把计数器输这就需要译码器出的8421BCD码转换成数码管显示的阿拉伯数字， 的翻译。DCD_HEXDCD_HEX七段发光二极管译码显示器。本设计采用该数码管。为共阳极LED显示器引脚从右到左依次为：1,2,3,4。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 接，接，接方式为：QA1QB2QC34接，DQ。如图。 8 的连接74160译码显示器与 DCD_HEX图

13、 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。另一端接秒十位的进与非门正常时刻，U17的一端接高电平，若秒十位的进位输出端输出低电平，则U13位输出端，即。此时，若秒十位的进位输出有低电平信号输入，CLK分个位的得到进位。 因此，有高电平信号输入，CLK则分个位的端输出高电平，无进位。，与非门一端接地，即为低电平，另一端还是当接

14、通开关J1 9 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

15、H，“时”清零，但“分”显示会继续按原状态计数。 10 秒十位分个位 U2U3 3（） 完整电路仿真电路Multisim含有以上所述功能的完整的数字电子钟 （详细见附图）13图如图所示。 11 仿真电路总图Multisim 数字电子钟13 图 三、总结及心得 12 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

16、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

17、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。 13 附录四、 ，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） 纸计算机绘制电路原理图并打印。附图要求用A3 元器件列表） （1 4片）、数据选择器（1、计数器74160 （6片） 2 U24U1 515143OAGTBA3QAA61OAE

18、QBB3134QBB713OALTBA2125QCC14B2 116QDD12A115711RCOENPB1 1010ENTA09B09LOAD41 AGTBCLR3AEQB2ALTB2CLK 74LS85N74160N 6片） 33、555定时器（1片）、显示器（U178 VCC 34OUTRST7DIS 6LM555CMTHR2TRI 5CON GNDJ11 42个）、跳变开关（Key = M J3 1mV 0mV 2电压控制开关（个） 14 个）拨码开关（4J4 U13A74S03N （5个）5、与非门74S03 U22A74S04N 非门74S04（个）2 U18AU20A 1个） 74LS21（74LS08与门（2个）74LS21N74LS08D X1 灯泡（2个）6、4V，0.5W4V_0.5WVCC 5V 5V直流电源7、 个）个） 1K（2（