多功能数字时钟电路设计与制作

1、多功能数字时钟电路设计与制作课程设计报告班 级： 电子信息科学与技术2班 学 号： 20135012 姓 名： 刘 洪 岩 指导教师： 杨 磊 2014 年 11月 5日目 录一、内容摘要- 3 -二、实验目的- 3 -三、设计内容及要求- 3 -1、基本功能- 3 -2、扩展功能- 3 -四、总设计原理- 4 -1、数字电子时钟组成原理- 4 -2、主要电路设计- 5 -1）、振荡电路- 5 -2）、时间计数器电路- 5 -A、秒钟、分钟计数器- 5 -B、小时计数器- 5 -3）、校时系统- 6 -A、秒钟清零- 6 -B、分钟、小时校时- 7 -4）、整点报时系统- 7 -5）、星期系统

2、- 7 -6）、闹钟系统- 8 -7）、LED灯系统- 8 -五、总电路设计图- 9 -六、仿真软件- 9 -七、心得体会- 10 -八、附录- 10 -1、所用芯片- 10 -2、参考文献- 11 -多功能数字钟的电路设计与制作一、内容摘要数字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与直观性，且无机械装置具有更高的使用寿命，因此得到了更广泛的使用。数字时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。此次设计数字电子钟是为了了解数字电子钟的原理，从而学会制作数字电子钟。而且通过数字电子钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集

3、成电路的作用及实用方法。且由于数字电子钟电路包括组合逻辑电路和时序电路。，通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。数字电子钟有下几部分组成：石英晶体振荡器、分频器、秒脉冲发生器、校正电路、60进制的秒、分计时器和24进制计时器计数器以及秒、分、时的译码显示部分等。它可以实现普通时钟计时功能、校时功能、整点报时功能、显示星期功能及闹钟功能五项基本功能。二、实验目的1. 掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法；2. 进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；3. 提高电路布局布线及检查和排除故障的能力；4. 培

4、养书写综合实验报告的能力。三、 设计内容及要求1、基本功能：以数字形式显示时、分、秒，小时计数器的计时要求为“24翻1”，分钟及秒钟都为60进制；能手动校时与校分，秒计数器能够手动归零。2、扩展功能：整点报时10秒钟；显示星期，要求从一到七；能够定时和控制闹钟开关；设置LED灯，每秒闪一次。四、总设计原理1、数字电子时钟组成原理一个简单的电子钟由振荡器、分频器、计秒电路、计分电路、计时电路、译码显示电路等组成。本次设计直接采用脉冲发生器产生脉冲。首先，由时钟脉冲发生器产生秒脉冲连接到时钟输入端。数字钟的分、秒计数部分均为六十进制计数器（显示0059），采用两片74LS160来实现。个位为十进制

5、，十位为六进制，当个位计数到9时，再来一个脉冲变成0，同时产生一个进位信号，给十位提供一个脉冲，使十位计数加1。而数字钟的时计数部分为二十四进制计数器（显示0023），也是采用两片74LS160实现。当开始计数时，个位按十进制计数，当计到23时，这时再来一个脉冲，回到“零”。数字钟的校时部分主要是通过开关实现的。当需要进行校正时，将开关按下即可。 当计数器在每次计到整点时，进位信号控制BUZZER完成整点报时。每次时计数部分由23变为00时复位信号控制星期的CLK实现星期的变化。利用Multism软件对整个电路进行仿真检验功能。现给出整体结构设计图：时显示器 分显示器 秒显示器时译码器 分译码

6、器 秒译码器时计数器 分计数器 秒计数器 校时电路主体部分 振荡器 分频器 整点报时 星期 闹钟 LED灯扩展部分 图1、数字时钟的结构框图 2、主要电路设计1）、振荡电路可以直接用Multisim中的时钟脉冲发生器产生。2）、时间计数器电路时间计数器电路由时、分、秒计数器构成，它们均产生两位BCD码。A、秒钟、分钟计数器秒、分计数器为60进制，分别采用两个74LS160实现。秒、分计数器内部及秒、分计数器之间均采用异步进位方式。进位输出，接下个芯片的CLK图2、异步复位实现60进制B、小时计数器 小时计数器采用24小时制，小时计数器为模24计数，采用两个74LS160实现，内部及分钟向小时进

7、位均采用异步式，同时采用整体置零法实现置零。图3、整体置零法实现24进制3）、校时系统秒位不进行校时，只需通过按键控制其清零。分钟、小时校时，在低位进位的基础上，用开关控制，强制产生一次脉冲。A、秒钟清零图4、秒钟清零B、分钟、小时校时接秒钟进位端图5、分钟校时4）、整点报时系统整点报时为在59分50秒时开始报时，一共报时10秒钟，到整点时停止报时。分钟十位 分钟个位 秒钟十位图6、整点报时接线图5）、星期系统星期是一个74LS160接成的七进制，从1开始，到7结束。接小时的进位端图7、星期接线图6）、闹钟系统闹钟需要4片74LS85比较器来实现。A接计数器的输出端，B接一个开关为人为输入端，

8、作为对比对象，输出端OAEQB接一个蜂鸣器，在输出端与蜂鸣器之间加一个开关，用于控制闹钟的开关。图8、闹钟设计图7）、LED灯系统LED灯主要用74LS138译码器两片，构成4-16译码器，以及一个十输入的LED灯一个，使小灯每秒钟亮一个，一共十个小灯，每十秒钟轮回一次。秒钟个位图9、LED灯接线图五、总电路设计图图10、总电路设计图六、仿真软件本实验运用Multisim软件进行仿真。对电路总体进行仿真时，发现仿真过程中秒的跳转要很长时间，跟实际中1s的差距很大，但是秒计数脉冲是由1HZ的函数发生器产生的，后来了解到这是由于multisim中仿真步进时间设置的关系，仿真时间与实际时间并不是同步

9、的，这并不会影响到实物的计数时间，也就是说，实物中秒的跳转仍是1s钟。七、心得体会通过这次课程设计，我对数电这门课更加熟悉，本来就很喜欢数电这门课，现在能够学以致用，我很高兴，特别是对Multisim的使用，让我对电子更加感兴趣。在此次的数字钟设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其集体的使用方法。将已学的比较零散的数字电路知识有机的、系统的联系起来，培养综合分析、设计综合分析、实际电路的能力。在连接六进制，十进制，六十进制的进位及二十四进制的接法中，要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能，那么在电路出错时便能找出错误所在并及时纠正了。在摸索该如何设计程序使之实现所需要功能的过程中，培养了我的设计思维，使我们在逻辑电路的分析和设计上有了很大的进步，加深了我们队计数器的认识，进一步增加了对一些常见器件的了解，我们还深刻认识到数字电路这门课程对科学发展的重要性。同时，查阅参考书的独立思考能力及培养非常重要。八、附录1、所用芯片序号芯片编号数目1计数器74LS16072二输入与非门74LS0033三输入与非门74LS1214四输入与门74LS2115八输入与非门74LS3016比较器74LS8547LED数码管 118译码器74LS13829直方数码管110蜂鸣器