多功能数字时钟设计报告.docx
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多功能数字时钟设计报告
多功能数字时钟设计报告
目录
一．设计任务和要求····························2
二．设计的方案的选择与论证····················2
三．电路的设计计算与分析······················4
四．总结及心得································12
五．附录······································14
六．参考文献··································15
一设计任务和要求：
实现24小时的时钟显示、校准、整点报时、闹铃等功能。
具体要求：
（1）显示功能：
具有“时”、“分”、“秒”的数字显示（“时”从0~23，分0~60，秒0~60）。
（2）校时功能：
当刚接通电源或数字时钟走时有偏差，能动手对“时”、“分”、“秒”进行校时。
（3）整点报时：
当时钟计时到整点时，能进行整点报时。
（4）闹铃功能:
在24小时之内，可以设定定时时间，当数字时钟到定时时间时能进行.
二设计的方案的选择与论证
2.1.总体设计方案与思路
系统用十进制的计数器分别构成一个二十四、两个六十进制的计数器，串联连接计数器、并加秒脉冲，使“秒”、“分”、“时”进位，从而数字时钟的显示显示功能；系统应用校时电路实现时钟的校时功能；系统应用译码电路将整点识别出来，同时进行报时；系统用寄存器先把闹铃响的时间存储起来，再用数值比较器，将寄存器存储的时间与实际时间点比较，如果相等，则闹铃工作，从而实现了时钟的闹铃功能。
多功能数字时钟的电路原理结构图如下图所示：
图1.多功能数字时钟的电路原理结构图
上图中：
开关S2的作用，当S2置于左侧时数字时钟正常显示时间，当置于右侧时，数字时钟进行调时，此时若寄存电路的开关合闭则进行设置闹铃时间.
2.2.方案的具体实现
由于本电路的复杂性，电路图多的特点，本方案采用了子电路与主电路相结合的方案，这样易于调试和修改。
另外采用了总线的电路连线方式使电路图简洁美观。
1.
总体电路的设计总体电路如图所示：
总体电路是由小时计时电路、分钟计时电路、秒钟计时电路、校时选择电路、整点译码电路、闹钟的寄存与比较电路、和由555定时器构成的秒脉冲电路等七个子电路模块连接在一起，和外接开关和数码管构成。
2.具体仿真分析：
单击运行按钮进行仿真，电路能完成计时，校时，整点报时，以及闹铃功能。
①时间显示功能的实现：
按“A”将开关S1，S2都置于左侧，此时数字始终处于计时状态，这时由“CLOCK”提供的秒脉冲使“秒”计数器工作，当满60s时，计数器进位输出“分”，分计数器加一，同理当分计数器满60时，进位使“时”计数器加一从而完成时间的显示功能。
②校时功能的实现：
按“A”将开关S1，S2都置于右侧，再通过开关J1（按“B”）触发选择校对“小时”“分钟”“秒”计数器，然后使通过选择开关J2（按“C”键）来提供手动脉冲，使选择的计数器加一，直到达到要调整的时间为止，然后再按“B”选择其它计数器。
③整点报时功能的实现：
通过整点译码电路来识别整点时间，产生整点报时信号。
当为整点时，蜂鸣器发出声音并且，并且灯变亮。
④闹铃的实现：
按“A”将开关S1，S2都置于右侧，按“X“使开关J4接高电平此时寄存电路清零端为无效，再通过校时电路将时间调到闹铃定时时间，再通过开关J3（按”Z“）使定时的时间存储到寄存电路中，最后在将开关S1，S2都置于左侧，处于正常计时显示状态，当到达定时时间时，通过比较电路将会产生信号，使蜂鸣器发出声音并且，并且灯变亮。
三．电路的详细设计与分析
1.单元电路设计
单元电路设计由小时计时电路、分钟计时电路、秒钟计时电路、校时选择电路、整点译码电路、闹钟的寄存与比较电路、和由555定时器构成的秒脉冲电路等七个单元电路模块。
（1）小时计时电路如图所示：
图3.小时计时电路图
小时计时电路选用了两片74LS160（十进制加计数器）构成二十四进制计数器，与非门74LS00D构成译码电路识别“24“，输出信号使CLR=0,计数器被置零，整个计数器状态图从0到23共24个稳态，其封装模块如右图所示，其引脚功能表如下表所示：
表1.小时计时电路封装模块引脚功能表
引脚
信号流向
信号连接
引脚
信号流向
HOURSET
输入
校时选择输入，正常工作高电平
LO1
输出
接LED数码管，显示计时时间小时低位
CLOCK
输入
接分计数电路的进位输出
LO2
输出
HO1
输出
接LED数码管，显示计时时间小时高位
LO3
输出
HO2
输出
LO4
输出
HO3
输出
HO4
输出
（2）.分钟计时电路。
如下图所示:
图4.分钟计时电路图
分钟计时电路选用了两片74LS160（十进制加计数器）构成二十四进制计数器，与非门74LS00D构成译码电路识别“5“，使高位在清零，与门74LS21D实现识别数字”59“下一个脉冲到来时进位输出，整个计数器状态图00到59共60个稳态其封装模块如右图所示，其引脚功能表如下表所示：
表2.分钟计时电路封装模块引脚功能表
引脚
信号流向
信号连接
引脚
信号流向
MINSET
输入
校时选择输入，正常工作高电平
LO1
输出
接LED数码管，显示计时时间分钟低位
CLOCK
输入
接秒计数电路的进位输出
LO2
输出
HO1
输出
接LED数码管，显示计时时间分钟高位
LO3
输出
HO2
输出
LO4
输出
HO3
输出
mco
输出
进位输出
HO4
输出
CLR
输入
接高电平
（3）.秒钟计时电路与分计时电路相似。
如下图所示:
图5..秒钟计时电路图
秒计时电路选用了两片74LS160（十进制加计数器）构成二十四进制计数器，与非门74LS00D构成译码电路识别“5“，使高位在清零，与门74LS21D实现识别数字”59“下一个脉冲到来时进位输出，整个计数器状态图00到59共60个稳态其封装模块如右图所示，其引脚功能表如下表所示：
表3.秒计时电路封装模块引脚功能表
引脚
信号流向
信号连接
引脚
信号流向
SECSET
输入
校时选择输入，正常工作高电平
LO1
输出
接LED数码管，显示计时时间秒低位
CLOCK
输入
接秒脉冲发生器
LO2
输出
HO1
输出
接LED数码管，显示计时时间秒高位
LO3
输出
HO2
输出
LO4
输出
HO3
输出
sco
输出
进位输出
HO4
输出
（4）校时选择电路如下图所示
图6.校时选择电路图
校时选择电路计数器74LS160和译码器74LS138组成，计数器设计为三进制的计数器，译码器输出的为反变量，其输出接反向器。
校时电路其封装模块如右图所示，其引脚功能表如下表所示：
表4.校时选择电路封装模块引脚功能表
引脚
信号流向
信号连接
引脚
信号流向
信号连接
TIMESET
输入
接瞬态开关J1
MIN
输出
接分钟计时电路的MINSET输入端
HOUR
输出
接小时计时电路的HOURSET输入端
SEC
输出
接秒计时电路的SECRSET输入端
TIMESET：
接瞬态开关J1，可手动选择校时信号。
当校时信号HOUR=1、MIN=0、SEC=0时（选中“小时“计时电路，表示对”小时“进行校时）；可手动选择校时信号。
当校时信号HOUR=0、MIN=1、SEC=0时（选中“分钟“计时电路，表示对”分钟“进行校时）；可手动选择校时信号。
当校时信号HOUR=0、MIN=0、SEC=1时（选中“秒“计时电路，表示对”秒“进行校时）；这样可手动设置系统的时分和秒。
（5）整点译码电路如下图所示;
图7.整点译码电路图
整点译码电路的作用是识别整点时间信号，以实现整点报时的功能。
整点时间信号的特征是零分，所以零分作为数字量来说，是一个代码，用门电路组成的译码电路可识别一个代码。
整点译码电路其封装模块如右图所示，其引脚功能表如下表所示：
表5.整点译码电路封装模块引脚功能表
引脚
信号流向
信号连接
引脚
信号流向
信号连接
I01
输入
接分钟计数模块输出
I06
输入
接分钟计数模块输出
I02
输入
I07
输入
I03
输入
I08
输入
I04
输入
I09
输出
接整点报时器
I05
输入
（6）闹铃定时与比较电路
定时比较电路是将设定的定时时间与和当前的计时时间进行比较，定时比较电路如下图所示：
图8.闹铃定时与比较电路图
如上图所示,共用了4片74LS175寄存器来构成寄存电路用来储存设定铃时间的小时和分钟，共十六位，所以需要4片74LS175寄存器来构成寄存。
另外4片数值比较器，成数值比较电路同样由于定时时间为小时和分钟，共十六位二进制代码每片数值比较器4585能比较两个4位二进制代码，用4片4585BD能构成十六位的数值比较器。
当数字时钟的计时时间等于设定的时间时，定时比较电路输出高电平否则输出低电平。
定时比较电路其封装模块如右图所示，其引脚功能表如下表所示：
表6.定时比较电路封装模块引脚功能表
引脚
信号流向
信号连接
引脚
信号流向
信号连接
CP
输入
接开关J3
HO1
输入
接“分“计时电路高位
CR
输入
接开关J4
HO2
输入
HO01
输入
接“时“计时电路高位
HO3
输入
HO02
输入
HO4
输入
HO03
输入
LO1
输入
接“分“计时电路低位
HO04
输入
LO2
输入
LN1
输入
接“时“计时电路低位
LO3
输入
LN2
输入
LO4
输入
LN3
输入
xinhaosc
输出
接蜂鸣器和灯
LN4
输入
CP：
接开关J3，此时用校时电路调到对应设定的时间后，打开闭合开关J3，是产生脉冲触发寄存器，完成时间的设定，此过程开关J4保持高电平。
CR：
置高电位时无效，置低电平时寄存器清零，工作时CR置高电平。
（7）秒脉冲产生电路如图所示
图9.秒脉冲产生电路图
选用时可选的555定时构成的时脉冲产生电路，如图所示，T=（R2+2*R1）C通过设置电阻电容可产生2Hz的时钟脉冲，通过JK构成的T触发器产生1Hz的信号，选择电阻R1为电位器，通过设置电位器的值可精确调整输出脉冲频率。
定时比较电路其封装模块如右图所示，其引脚功能表如下表所示：
表7.秒脉冲产生电路引脚功能表
引脚
信号流向
信号连接
CLOCK
输出
连接秒计数器的CP
四．总结及心得
经过连续几天的数字时钟方案的选择与论证，到后来的选定方案每个环节都认真对待，特别是方案的选择上，先对整体要实现的功能进行了认真分析，有了整体的思路后，在多各各分功能进行模块化的处理，是问题分析起来更加明确，有条理，对各各模块分析完后，用multisim进行仿真，连接电路时采用了子电路的单元模块是电路易于调试和修改。
另外采用了总线的电路连线方式使电路图简洁美观。
最终经过努力使数字时钟实现了实现24小时的时钟显示、校准、整点报时、闹铃功能。
在此过程都也出现了很多问题把显示器与74LS160相连，第一次接时，数码管出现乱码，检查后发现是数码管引脚接错而造成的，修改后得以实现显示功能，特别在实现闹铃功能时，需要四片寄存器，和四片数值比较器，电路复杂，开始时分别用两个单元模块来做总线连接，总是出现错误，经改正采用了整体一个子电路来连接，减少外接引脚，使闹铃正常工作。
六进制、十进制都没有什么大的问题，只是芯片引脚的老问题，只要重新插过芯片就可以解决了。
但在六十进制时，按图接线后发现，显示器上的数字总是出现乱码l进步，才会一步步向自己的目标靠近，才会取得自己所要追求的成功。
________________________________________________________________________________________________，而不是六十进制，检测后发现无论是线路的连通还是芯片的接触都没有问题。
最后，在重对连线时发现是线路接错引脚造成的，改过之后，显示就正常了。
其次在在总体调试过程中，是个繁琐的过程，此过程条理一定要清晰，分功能分模块惊醒测试，逐个进行检查，知道完成所有功能
通过这次对数字电子钟的设计，让我了解了电路设计的基本步骤，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路先进行软件模拟仿真。
因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。
通过这次学习，让我对各种电路都有了更深的了解，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。
更要熟悉每个器件功能特性。
这样才能很好的利用来实现特定的功能通过本次实验对输电知识有了更深入的了解，将其运用到了实际中来，明白了学习电子技术基础的意义，也达到了其培养的目的。
在实验中，我也遇到了很多挫折，不过我都一一克服了，通过努力解决了问题，使我明白了和他人共同合作的重要性。
在以后的道路上我们也必须深刻认识到团队合作的精神，投入今后的发展之中。
成功就是在不断摸索中前进实现的，遇到问题我们不能灰心、烦躁，甚至放弃，而要静下心来仔细思考，分部检查，找出最终的原因进行改正，这样才会有进步，才会一步步向自己的目标靠近，才会取得自己所要追求的成功.
五附录
元件明细表
名称
功能
数量
74LS160
十进制计数器
7
74LS175D
4位数值比较器
4
4585BD
4二进制寄存器
4
74LS138
3线-8线译码器
1
555_VIRTUA
555定时器
1
DCD_HEX_BLUE
数码管
6
BUZZER
蜂鸣器
2
Redprobe
红灯
2
3PDT_DB
三路开关
2
PB_NO
瞬态开关
1
SPDT_SB
换路开关
3
74LS00D
与非门
3
74S04D
非门
5
74S08D
与门
1
74LS21d
四端口与门
2
此外计算机仿真原理图见附图
六参考文献
①﹒阎石.数字电子技术基础（第四版）.北京：
高等教育出版社，2010
②张新喜﹒Multisim10电路仿真及应用.北京：
机械出版社，2010
③从洪涛程卫群李绍铭﹒Multisim8仿真与应用实例开发.北京：
清华大学出版社2007
④黄智玮﹒基于NIMultisim的电子电路计算机仿真设计与分析.北京：
电子工业出版社，2008
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