电子数字时钟.docx
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电子数字时钟
引言
钟表作为一种定时工具被广泛的使用在生产生活的各方面。
人类最初依靠太阳的角度来进行定时，所以受天气的影响比较大，为了克服依靠自然现象定时的缺点人们发明的机器钟表，电子钟表一系列的定时工具。
而电子钟表具有价格便宜，质量轻，定时误差小等优点，被广泛的应用在生产，生活的各个方面。
由于电子钟的能提供精确又被广泛的运用在测量之中。
此数字电子钟采用555定时器提供定时脉冲，74LS248,74LS161集成块作为计时模块，8段数码显示管作为显示工具。
其设计的产品可以广泛的用于公共场所，匾额装饰，以及教学等方面。
本课程设计完成了数字电子钟的设计，数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时的计时装置,本次设计以数字电子为主，实现对日、时、分、秒数字显示的计时装置,周期为24小时，显示满刻度为8日23时59分59秒，并具有校时功能的数字电子钟。
本课程设计要用通过简单的逻辑芯片实现数字电子钟。
要点在于用555芯片连接输出为一秒的多谐振荡器用于时钟的秒脉冲,用74LS161（10进制计数器）74LS00（与非门芯片）等连接成60和24进制的计数器,再通过七段数码管显示，构成了简单数字电子钟。
本系统的设计电路由脉冲逻辑电路模块、时钟脉冲模块、时钟译码显示电路模块等几部分组成。
数字电子钟走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用秒脉冲发生器的精度稳定保证了数字钟的质量。
1电子时钟概述
数字电子钟所采用的是十六进制计数器74LS161和十进制计数器74SL160，根据时分秒各个部分的的不同功能，设计成不同进制。
秒的个位，需要10进制计数器，十位需6进制计数器（计数到59时清零并进位）。
秒部分设计与分钟的设计完全相同；时部分的设计为当时钟计数到24时，使计数器的小时部分清零，从而实现整体循环计时的功能。
设计框架图如图2.1所示总共分为5小部分：
时间显示部分，译码部分，分频器部分，1HZ脉冲定时部分，主电源等部分，本设计各部分由统一电源集中供电，555定时器采用的分立元件才用5环高精度的电阻，以及受温度影响较小的固态铝质电解电容确保定时的精确性分频器采用74LS74,容易购买显示部分采用LED八段数码显示管，具有显示明亮，容易识别，价格便宜等优点，调时部分采用普通的按建开关。
图2.1电路设计框图
数字电子钟所采用的是十六进制计数器74LS161和十进制计数器74SL248，根据时分秒各个部分的的不同功能，设计成不同进制。
秒的个位，需要10进制计数器，十位需6进制计数器（计数到59时清零并进位）。
秒部分设计与分钟的设计完全相同；时部分的设计为当时钟计数到24时，使计数器的小时部分清零，从而实现整体循环计时的功能。
该系统的工作原理是：
振荡器产生的稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间表基准，它将时标信号送到分频器，再经过分频器输出标准秒脉冲，即将时标信号分成每秒一次的方波信号。
秒信号送入计数器进行计数，秒计数计满60后向分计数器进位，分计数器计满60后向小时计数器进位，小时计数器按照二十四进制规律计数，计数器的输出经译码器送显示器。
所有的计时结果由7位数码管显示。
计时出现误差时可以用校时电路进行校时、校分、校秒。
扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行功能扩展。
3单元模块
3.1数码显示管设计部分
七段字符显示器能以十进制数码直观地显示数据，它是由七个条形发光二极管组成，所以称之为七段LED数码管。
七段LED数码管有共阴极和共阳极两种结构。
共阴极LED数码管是发光二极管的阴极接地，高电平驱动相应的线段亮，要求配用共阴极译码驱动器。
共阳极与之正好相反，阳极接正电源，低电平驱动相应的线段亮，要求配用共阳极译码驱动器。
数码管工作电压低、显示清晰、体积小、寿命长，可靠性高，亮度也较高。
缺点是工作电流大，功耗大。
.
图3.1.1
3.1.1数码显示管译码输出
数码显示管译码输出显示采用74LS48BCD-七段显示译码器将分频器发送过来的BCD编码的时间信息转换成数码管可显示的字符。
BCD-七段数码显示管的真值表如下
表3.1.1BCD七段数码真值表
输入
输出
数字
A1A2A3A4
YaYbYcYdYeYfYg
字形
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1111110
0110000
1101101
1111000
0110011
1011011
0011111
1110000
1111111
1110011
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
3.1.274LS248BCD-七段显示译码器接口电路
74LS48BCD-七段显示译码器具有16引脚。
a,b,c,d,e,f,g接数码显示管a,b,c,d,e,f,g引脚，LT,RBI,BI/RBO引脚接5v电源，这里5v电源代表逻辑1。
7,1,2,6引脚（对应BCD码的1,2,4,8位）叫BCD码的输入端
74LS248的接法
BCD-七段显示译码
3.2计数器原理
由于市场没有现成的60、24进制计数器所以只能用74LS161实现60、24、7进制计数需要。
（1）当
=0时，使Q3–Q0直接清零，也称异步清零，即于CP脉冲无关。
（2）
=1，
=0时，在CP脉冲上升沿将4位二进制数d0-d3置入Q0-Q3,称为同步置数。
（3）
=
=1，在CTP=CTT=1时，对CP脉冲进行同步加法计算（上升沿翻转）。
（4）
=
=1、CTP*CTT=0时，计数器数值保持不变。
图3.2.1.1芯片74LS161
（5）进位输出CO=CTT*Q3Q2Q1Q0.即全为1时有进位（CO=1）。
3.2.2六十进制计数器原理
用2块74LS161实现60进制计数第一块正常计数计数满十，c引脚输出一个计数脉冲并置1,2,3,4引脚为0，当第二快计数满六时c引脚输出一个计数脉冲并置1，2，3，4脚为0
六十进制计数器整体设计如下图所示
图3.2.2.1六十进制原理图
3.2.3二十四进制计数器原理
采用两块74LS161异步计数器来实现二十四进制计数器第一块用做个位计数，第一块用做是为计数第二块设为三进制计数器，第一块当第二块为0,1时采用十进制计数，当第二块为2时采用4进制计数，从而实现24进制的计数。
秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器、星期计数器之后，分别到达显示器，以便实现用数字显示星期、时、分、秒的要求。
“秒”和“分”计数器应为60进制，而时计数器应为24进制，星期计数器应为7进制，这里用74LS161来完成计数功能。
24进制计数器整体设计如下图所示
图3.2.324进制计数器设计图
3.3555多谐振荡器设计部分
555多谐振荡器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路，可产生各种脉冲，为了给计数器74LS74提供一个时序脉冲信号，使其进行减计数，本设计采用555构成的多谐振荡电路（即脉冲产生电路），其基本电路如图3.3所示。
由555工作特性和其输出周期计算公式可知，其产生的脉冲周期为：
T=0.7（R1+2R2）C。
图3.3555设计图
3.4电源模块
电源电路如图所示，220V交流电经变压器变为9V交流电，后经整流（全波整流）、滤波（470μF电容）、稳压（W7805）输出+5V直流电。
下图给出了电源电路。
3.5时钟校准电路
通过改变开关的状态，使信号的接入加快，以调整显示，当显示出正确的数字时，断开开关介入正常的信号，则完成了对表的校准
图3.5校准电路
4仿真与调试
仿真软件简介
NIMultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。
凭借NIMultisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。
借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。
与NILabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。
有如下特点：
●通过直观的电路图捕捉环境,轻松设计电路
●通过交互式SPICE仿真,迅速了解电路行为
●借助高级电路分析,理解基本设计特征
●通过一个工具链,无缝地集成电路设计和虚拟测试
●通过改进、整合设计流程,减少建模错误并缩短研发时间
NIMultisim侧重于模拟数字电路原理特性级仿真分析,优点:
在国内使用比较普遍各种资料比较多,模型制作容易获得.缺点:
无MCU级仿真（虽然新版也支持但很少可用的MCU）.
设计可与实验同步进行，修改调试方便；设计和实验用的器件及测试仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可方便的对电路参数进行测试和分析；实验中不消耗实际器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验数度快频率高；设计和实验成功性大。
当然仿真出现的结果有可能跟真正实验有一定的差别，这是仿真的缺点和不足。
按照原理图逐部分仿真，先仿真数字电子钟的秒部分，然后分部分和时部分，最后是日部分。
仿真秒部分时，应先仿真显示器而后是74LS248译码器，然后是74LS161计数器组成的60进制计数器。
然后按上述顺序分别连接分、时、日部分。
如图所示
5设计总结
在整个课程设计完后，总的感觉是：
有收获。
以前上课都是上一些最基本的东西，而现在却可以将以前学的东西作出有实际价值的东西。
在这个过程中，我的确学得到很多在书本上学不到的东西，如：
如何利用现有的元件组装得到设计要求，如何找到错误的原因，如何利用计算机来画图等等。
但也遇到了不少的挫折，有时遇到了一个错误怎么找也找不到原因所在，找了老半天结果却是芯片的管脚接错了，有时更是忘接电源了。
在学习中的小问题在课堂上不可能犯，在动手的过程中却很有可能犯。
特别是在接电路时，一不小心就会犯错，而且很不容易检查出来。
但现在回过头来看，还是挺有成就感的。
通过这一周的学习，我感觉有很大的收获：
首先，通过这次课程设计使自己对课本上的知识可以应用于实际，使理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，同时也段练了我个人的动手能力：
能够充分利用图书馆去查阅资料，增加了许多课本以外的知识。
更加了解了时序逻辑电路的设计步骤及方法。
对时序逻辑电路的触发方式的理解更加深刻即同步连接方式和异步连接方式的了解。
增加了对74LS161，74LS248芯片引脚结构和功能的理解及运用，尤其是74LS161的清零端和进位端的功能。
参考文献
[1]刘全忠刘艳莉电子技术（电工学Ⅱ）.高等教育出版社2008.11
[2]郑家龙集成电子技术基础教程.高等教育出版社2002
[3]阎石数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社2008
附录：
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