数字电子时钟设计.docx
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数字电子时钟设计
目录
摘要1
ABSTRACT1
1前言1
1.1研究背景及意义1
2 电路的总设计2
2.1 电路的设计目的2
2.2 电路的组成原理2
2.3电路设计要求3
3 电路设计计算及分析3
3.1振荡电路3
3.2时间计数电路5
3.2.1十进制计数器5
3.2.2六十进制计数器和二十四进制计数器的连接5
3.2.3完整的电子时钟计时电路6
3.3显示电路7
3.4校时电路8
3.5整点报时电路9
3.6闹钟功能电路9
3.6.14位数值比较器74LS859
3.6.2八位数值比较器10
3.6.3完整闹钟电路11
3.7完整电路13
4总结及心得13
5参考文献14
6附录16
附录1：
元器件清单16
数字电子时钟设计
摘要：
数字电子钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。
由振荡电路形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、 “分”“秒”的数字显示出来。
秒计数器电路计满 60 后触发分计数器电路，分 计数器电路计满 60 后触发时计数器电路，当计满 24 小时后又开始下一轮的循环计数。
一般由振荡电路、计数器、数码显示器等几部分组成。
振荡电路：
主要用来产生时间标准信号，由 NE555 组成的多谐振电路产生，但是因为时钟的精度主要取决于时间标准信号的频率及稳定度，所以一般采用石英晶体振荡器。
分频器：
因为振荡器产生的标准信号频率很高，要是要得到“秒”信号，需 一定级数的分频器进行分频。
计数器：
有了“秒”信号，则可以根据 60 秒为 1 分， 24小时为 1 天的进制，分别设定“时”“分”“秒”的计数器，分别为 60 进制，60 进制,24 进制计数器，并输出一分，一小时的进位信号。
由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路可以对分和时进行校时。
另外，计时过程要具有报时功能，当时间到达整点前 1 秒开始，蜂鸣器开始鸣叫。
Designofdigitalelectronicclock
ABSTRACT：
Digitalelectronicclockisactuallyastandardfrequency（1Hz）countscountingcircuits.Formedbytheoscillatorpulsesignalandpulsesignalinputcountertocount,andcumulativeresultsto"time"and"points"and"second"numberdisplayed.Secondexpirationofcounter-posttriggercounter,expirationofcounterpostcounterwhenitistriggered,whentheexpirationof24hoursafterstartingthenextroundoftheloopcount.Generallyoscillatorcircuits,counters,digitaldisplaysandotherparts.
Oscillatorcircuits:
mainlyusedforstandardsignals,generatedbyresonantcircuitNE555,butbecausetheclock'saccuracydependsonthetimestandardsignalfrequencyandstability,sousingquartzcrystaloscillator.
Crossover:
becauseofthehighstandardsignalfrequencyoftheoscillator,ifyouwanttoget"seconds"signal,requiredacertainseriesofcrossoverfrequency.
Counter:
"seconds"signal,itcanunder60secondsto1minute,24hour1daybinary,respectively,setthe"when""minute"and"second"counter,respectively,m-60,m-60,24binarycounter,andoutput,carryanhoursignal.Asthecountstarttimeisimpossiblewithstandardtime（Beijingtime）isrequiredinthecircuitonthecircuittoaschoolandtoschool.Inaddition,timekeepingtime-keepingfunction,whenthetimereaches1secondbeforethehourbegins,buzzerbegantotweet.
1前言
1.1研究背景及意义
加入世贸组织以后，中国面临激烈的竞争。
这种竞争将是一场科技实力、管理水平和人才素质的较量，风险和机遇共存，同时电子产品的研发日新月异，不仅是在通信技术方面数字化取代于模拟信号，就连我们的日常生活也进于让数字化取缔。
说明数字时代已经到来，而且渗透于我们生活的方方面面。
就拿我们生活的实例来说明一下“数字”给我们带来的便捷。
下面我们就以数字钟为例简单介绍一下。
“数字钟”，我们听到这几个字，第一反应就是我们所说的数字，数字钟就是以数字显示取代模拟表盘的钟表，在显示上它用数字反应出此时的时间，相比模拟钟能给人一种一目了然的感觉，不仅如此它还能同时显示时、分、秒。
而且能对时、分、秒准确校时，这是普通钟所不及的。
与此同时数字钟还能准确定时，在你所规定的时间里准确无误的想你发出报时声音，提醒你在此时所需要去做的事。
与旧式钟表相比它更适用于现代人的生活。
2 电路的总设计
2.1 电路的设计目的
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。
分另由六个数码管实现时分秒的计时。
同时实现报时和闹钟的功能。
通过 Multisim 软件平台，设计含小时，分钟，秒钟显示功能的数字时钟。
2.2 电路的组成原理
数字电子钟主要分为数码显示器、60 进制和 24 进制计数器、频率振荡器和校时这几个部分。
数字电子钟要完成显示需要 6 个数码管，八段的数码管需要译码器械才能显示，然后要实现时、分、秒的计时需要 60 进制计数器和 24 进制计数器，在仿真软件中发生信号可以用函数发生器仿真，频率可以随意调整。
60 进制可能由 10 进制和 6 进制的计数器串联而成，而小时的 24 进制可以采用 74LS160 置数端触发实现。
频率振荡器可以由晶体振荡器分频来提供，也可以由 555 定时器来产生脉冲并分频为1HZ。
主体思路图：
图2.2.1
2.3电路设计要求
具体要求：
实现24小时的时钟显示、校准、整点报时等功能。
（1）显示功能：
具有“时”、“分”、“秒”的数字显示（“时”从0~23，分0~59，秒0~59）。
（2）校时功能：
当刚接通电源或数字时钟有偏差时，可以通过手动的方式去校时。
（3）整点报时：
当时钟计时到整点时，能进行整点报时。
（4）复位功能：
当数字时钟有偏差时，可以通过手动的方式使其恢复初始零状态。
3 电路设计计算及分析
3.1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3.1.1，图中电容C、电阻R1和R2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3.1.1
通过仿真，示波器XSC1输出图3.1.2所示波形。
3.2时间计数电路
3.2.1十进制计数器
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。
图3.2.1
表3.2.174160N功能表
CP
EP
ET
工作状态
×
0
×
×
×
置0
↑
1
0
×
×
预置数
×
1
1
0
1
保持（C的状态）
×
1
1
×
0
保持（C=0）
↑
1
1
1
1
计数
3.2.2六十进制计数器和二十四进制计数器的连接
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
3.2.3完整的电子时钟计时电路
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
3.3显示电路
数码管按照其发光二极管的
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