数字时钟设计实验报告.docx
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数字时钟设计实验报告
电子课程设计
题目：
数字时钟
数字时钟设计实验报告
1、设计要求：
设计一个24小时制的数字时钟。
要求：
计时、显示精度到秒；有校时功能。
采用中小规模集成电路设计。
发挥：
增加闹钟功能。
2、设计方案：
由秒时钟信号发生器、计时电路和校时电路构成电路。
秒时钟信号发生器可由振荡器和分频器构成。
计时电路中采用两个60进制计数器分别完成秒计时和分计时；24进制计数器完成时计时；采用译码器将计数器的输出译码后送七段数码管显示。
校时电路采用开关控制时、分、秒计数器的时钟信号为校时脉冲以完成校时。
3、电路框图：
译码器
译码器
译码器
时计数器
（24进制）
分计数器
（60进制）
秒计数器
（60进制）
校时电路
秒信号发生器
图一数字时钟电路框图
4、电路原理图：
（一）秒脉冲信号发生器
秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。
由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。
Ø振荡器:
通常用555定时器与RC构成的多谐振荡器，经过调整输出1000Hz
脉冲。
Ø分频器:
分频器功能主要有两个，一是产生标准秒脉冲信号，一是提供功能
扩展电路所需要的信号，选用三片74LS290进行级联，因为每片为1/10分频器，三片级联好获得1Hz标准秒脉冲。
其电路图如下：
图二秒脉冲信号发生器
（二）秒、分、时计时器电路设计
秒、分计数器为60进制计数器，小时计数器为24进制计数器。
Ø60进制——秒计数器
秒的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成60进制计数器。
当计数到59时清零并重新开始计数。
秒的个位部分的设计：
利用十进制计数器CD40110设计10进制计数器显示秒的个位。
个位计数器由0增加到9时产生进位，连在十位部计数器脉冲输入端CP，从而实现10进制计数和进位功能。
利用74LS161和74LS11设计6进制计数器显示秒的十位，当十位计数器由0增加到5时利用74LS11与门产生一个高电平接到个位、十位的CD40110的清零端，同时产生一个脉冲给分的个位。
其电路图如下：
图三60进制--秒计数电路
Ø60进制——分计数电路
分的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成60进制计数器。
当计数到59时清零并重新开始计数。
秒的个位部分的设计：
来自秒计数电路的进位脉冲使分的个位加1，利用十进制计数器CD40110设计10进制计数器显示秒的个位。
个位计数器由0增加到9时产生进位，连在十位部计数器脉冲输入端CP，从而实现10进制计数和进位功能。
利用74LS161和74LS11设计6进制计数器显示秒的十位，当十位计数器由0增加到5时利用74LS11与门产生一个高电平接到个位、十位的CD40110的清零端，同时产生一个脉冲给时的个位。
其电路图如下：
图四60进制--分计数电路
Ø24进制——时计数电路
来自分计数电路的进位脉冲使时的个位加，个位计数器由0增加到9是产生进位，连在十位计数器脉冲输入端CP，当十位计到2且个位计到3是经过74LS11与门产生一个清零信号，将所有CD40110清零。
其电路图如下：
图五24进制--时计数电路
Ø译码显示电路
译码电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。
用以驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS148。
74LS148是BCD-7段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。
若将秒、分、时计数器的每位输出分别送到相应七段数码管的输入端，便可以进行不同数字的显示。
在译码管输出与数码管之间串联电阻R作为限流电阻。
其电路图如下：
图六译码显示电路
Ø校时电路
校时电路是数字钟不可缺少的部分，每当数字钟与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。
一般电子表都具有时、分、秒等校时功能。
为了使电路简单，在此设计中只进行分和小时的校时。
“快校时”是通过开关控制，使计数器对1Hz校时脉冲计数。
图中S1为校正用的控制开关，校时脉冲采用分频器输出的1Hz脉冲，当S1为“0”时可以进行“快校时”。
其电路图如下：
8
9
10
U10C
74LS00
1
2
3
U11A
74LS00
11
12
13
U10D
74LS00
R3
3.3k
C1
0.01uF
S1
GND
10
11
U8E
74LS04
1HZ
S2/M2Q2
+5V
图七校队电路
5、实验方法：
1、秒脉冲产生部分
采用555多谐振荡器产生1HZ频率信号，作为秒脉冲及整体电路的信号输入部分。
其仿真电路图如下图所示：
图八秒脉冲发生器仿真电路
2、计数电路
电子钟计时分为小时、分钟和秒，其中小时为二十四进制，分钟和秒均为六十进制，输出可以用数码管显示，所以要求二十四进制为00000000~00100100计数，六十进制为00000000~01100000计数，并且均为8421码编码形式。
（1）小时计数——二十四进制电路仿真
用两片74LS160N（分A片、B片）设计一个一百进制的计数器，在24（00100100）处直接取出所有为1的端口，经过输入与非门74LS00D，再给两个清零端CLR。
使用74LS160N异步清零功能完成二十四进制循环，计数范围为0~23。
然后用七段显示译码器74LS47D将A、B两片74LS160N的输出译码给LED数码管。
仿真电路如图九所示。
：
图九24进制——时计数器仿真电路
（2）分钟、秒计数——六十进制电路仿真
此电路类似于二十四进制计数器，采用74LS160N设计出一百进制的计数器，在60（01100000）处直接取出所有为1的端口，经过输入与非门74LS00D，再给两个清零端CLR。
使用74LS160N异步清零功能完成六十进制循环，计数范围为0~59。
然后用七段显示译码器74LS47D将A、B两片74LS160N的输出译码给LED数码管。
仿真电路如图所示：
图十60进制——秒计数器仿真电路
图十一60进制——分计数器仿真电路
（4）校时校分（秒）电路。
数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，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。
这里利用两个与非门加一个单刀双掷开关来实现校时功能。
第一个74LS00D与非门的输入端一端接清零信号，另一端接第二个与非门的输入端，第二个74LS00D的输入端一端接计数脉冲，另一端接一个单刀双掷开关。
开关接通的一段接地，另一端接高电平。
当开关打到另一端时，时或分的个位就单独开始计数，这样就能实现校时功能。
其电路图如图所示：
图十二校分仿真电路
6、实验结果和结论：
数字时钟仿真电路图如下图所示，在Multisim11.0中进行仿真，可以实现数字时钟的显示功能、校时功能。
显示功能中，小时实现的是24进制，分和秒实现的是60进制，通过校时电路能够分别校对时和分。
图十三数字时钟仿真电路
7、设计体会：
在本次Multisim仿真过程，从安装软件、选定课题、设计电路、进行仿真、运行结果都自己实际操作完成。
在数字时钟设计中，根据老师上课所讲的内容，可以用两片集成十进制同步计数器74LS160D级联为100进制，再利用其异步清零功能，可以分别实现小时的24进制和分秒的60进制。
当然，在仿真过程中也遇到了很多困难和问题。
比如说，无法直接从秒进位到分和分进位到时，并且在仿真中总是出错。
于是自己请教了一些也做数字时钟的同学，同时在网上查找了相关资料，最后终于用两个与非门和单刀双掷开关实现了从秒到分的进位、分到时的进位功能及校准功能。
通过本次实验对数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。
也明白了一个道理：
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。
当然，自己的仿真技术和应用能力还是很欠缺的，虽然完成了基本的设计要求，但是很多自己想要的扩展功能还未能实现。
而且很多时候会走过很多弯路，浪费了很多不必要的时间。
不过，这次设计经历必将使我受益终身，让我明白如何更好的获取知识，如何更好的理论联系实际。
今后的学习更需要不断努力，在获得知识的同时获得快乐，真正的主动探索，主动学习，形成自己的思维方式，不断应用，不断进取。
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