多功能数字钟的设计汇总.docx

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多功能数字钟的设计汇总

引言

随着人类社会步入高度发达的信息化时代，电子信息类产品日益广泛地应用于各个领域。

市场需求的变化使产品更新换代越来越快，能否尽快开发出适应市场需求的产品已成为企业生存发展的关键。

定时器在实际工作中用到的场合很多，它成为今天工业控制领域、通讯设备、信息处理以及日常生活中最广泛使用的电路之一，在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做为各种药丸，药片，胶囊在指定时间提醒，用于各种竞赛的计时器、竞赛用定时器、数控电梯、数控机床、交通灯管理系统、各种智能医疗器械等，定时器是家用电器中的常用产品。

电子技术的高速发展和计算机技术的普遍应用，电子设计也越来越普遍地应用于整个电子行业中。

电子设计是人们进行电子产品设计、开发和制造过程中十分关键的一步，其核心就是电子电路的设计。

电子技术课程设计能巩固电子技术的理论知识，提高电子电路的设计水平，加强综合分析问题和解决问题的能力，进一步培养我们的实验技能和动手能力，启发我们的创新意识及创新思维。

课程设计是针对一些课程的要求，对我们综合性的训练，培养我们的独立能力，能够运用课程中所学到的理论与实践紧密结合地去独立地解决实际问题，使我们灵活应用电路原理和电子技术的有关知识。

我们通过自己动脑动手解决实际问题，巩固和运用在“模拟电子技术”、“数字电子技术”及“电路分析”等课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高设计能力和实验技能，通过从原理图的设计和仿真到具体电子系统的安装和调试，全面提高了我们的实际动手能力、安装调试能力、科学试验能力等方面的综合素质，对进行毕业设计及毕业后从事电子技术方面的工作都有很大的帮助。

第1章设计总体方案

1.1设计任务目标

采用555定时器提供1HZ的定时脉冲

使用数码显示管显示时，分，秒

使用74160来进行时间计数

带小时调时，分调时，秒调时功能

要有总体复位开关；

能可靠校时、校分；

1.2总体设计方案说明

数字电子钟的原理方框图如图1.1所示。

干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。

秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，用555定时器接成的多谐振荡器加分频器来实现。

将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用六十进制计数器，每累计六十秒发现胡一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。

“分计数器”也采用六十进制计数器，每累计六十分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。

“时计数器”采用十二进制计时器，可实现对一天二十四小时的累计。

指示器部分是由T触发器构成的，每有一个脉冲进入T触发器，其输出端状态就会发生改变，与原态相反。

上下午指示灯是由十二进制计数器每一个周期产生一次脉冲，作为指示部分的时钟脉冲而出现的指示灯交替工作的状态。

译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态由七段显示译码器译码，通过四位LED七段显示器显示出来。

校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的。

校准部分是将单次脉冲转换为二进制代码，再经过译码器对输出端进行选择，从而形成对电路的校准的可控制。

具体流程如图1.2.1。

框架图如图所示总共分为六个小部分：

时间显示部分，译码部分，分频器部分，调时部分，稳压电路部分以及信号发生电路部分，此设计各部分由统一电源集中供电。

电阻选择时，应考虑到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74160使用方便，而其容易购买显示部分采用LED七段数码显示管，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。

1.3各部分电路功能的简单介绍

1.3.1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。

1.3.2分频器电路

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

1.3.3校时电路

当数字钟刚接通电源或走时出现误差时，需要对其进行时间的校准，实用校时电路很多。

校时电路包括校准小时电路、校准分钟电路和校准秒电路，但校准信号频率必须要大，可手动较时或脉冲校时，可用普通机械开关或由机械开关与门电路构成无抖动开关来实现校时。

1.3.4时间计数器电路

时间计数电路由秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成,其中秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器为六十进制计数器,而根据设计要求,时个位和时十位计数器为十二进制计数器.

1.3.5数字显示电路

计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出,选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流,选用DCD_HEX作为显示译码电路。

图1.图1.1数字电子时钟系统框图

第2章详细设计

2.1数码显示管设计部分

图2.1

数码显示部分采用六块共阴极七段数码显示管分别对时，分，秒进行显示。

芯片如上图所示，其有四个引脚，从左往右优先级依次降低。

该芯片是集显示译码器、显示器为一体的数码显示管，方便使用。

2.2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。

S1、S2分别是时校正、分校正开关。

不校正时，S1、S2开关是闭和的。

当校正时位时，把S1开关闭合一次，则选择对秒的校对，闭合两次则选择对分的校对，闭合三次是对时的校对，闭合四次回到初态，即电路处于正常工作状态。

当选择校对时，用手拨动S2开关，来回拨动一次，就能使时位增加一。

在初态时，即正常工作时，S2拨动无效。

根据需要去拨动开关的次数，校正完毕后把S1开关接到低电平上。

其电路图如下图2.2

以下校准电路是由三部分组成，即计数部分、译码部分和控制部分。

计数部分是由两个JK触发器组合而成，U36的输出端分别接在U35的JK端和二—四译码器的优先级较低端，其JK端接高电平。

U35的输出端接在二—四译码器的优先级较高端。

U35、U36的清零和设置端都接低电平。

这样是为了将单次脉冲转换为二进制代码，其输出如表2.1

表2.1

脉冲

Q35

Q36

1

0

0

2

0

1

3

1

0

4

1

1

5

0

0

对应以上输入74LS139的输出如表2.2

表2.2

Q35

Q36

1Y3

1Y1

1Y2

1Y0

0

0

1

1

1

0

0

1

1

1

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

此时，如图2.2当为原态时，A、B、C输出为高电平，G为低电平时钟信号正常输入，D、E端不导通，F为时钟信号。

S1开关闭合一次，A、B为低电平，C为高电平，G端为

图2.2校时电路连接图

高电平U32不导通U34导通，则D、E、F端为S2触发信号。

当闭合两次时，A、C为低电平，B为高电平，G端为高电平U32不导通U34导通，则D、E、F端为S2触发信号。

当闭合三次时，B、C为低电平，A为高电平，G端为高电平U32不导通U34导通，则D、E、F端为S2触发信号。

通过以上的逻辑电路，可以实现对时、分、秒进位端的控制，从而达到对时钟的校准。

2.3六十、十二分频器设计

2.3.1分频器原理

分频器主要对555定时器发来的1s脉冲按照时分秒的规律进行计数实现电子钟的计数要求，由于市场没有现成的六十、十二进制计数器所以只能用74LS160实现六十、十二进制计数需要

74LS160和74LS00组成六十进制的秒计数器和工作原理

74LS160工作原理如表2.3

用2块74ls160实现六十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U4的11,12,13,14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U3的11，12，13，14脚为0

其中L低电平，H为高电平。

D1，D2，D3，D4为输入端，Q0，Q1，Q2，Q3

输出端CR为清零端，LD为置数端，P、T为允许端，CP为脉冲输入端。

U3、U4共同构成秒计数器，它由两个74LS160构成六--十进制的计数器，如图2.3。

U4作为秒个位十进制计数器，它的复位输入RD、和置位输入LD都接低电平，秒信号脉冲作为计数脉冲输入到CP1端，输出端C控制U3秒十位计数器的计数脉冲输入。

Q1、Q2、Q3、Q4作为秒个位的计时值送至秒个位七段显示译码。

U3作为秒十位六进制计数器，它的计数脉冲输入受到秒个位U4的控制，其计数器使能端CLK与U4的输出端C相连接。

当U3计数器计到0110，即清零信号到复位输入端时，Q1、Q2、Q3、Q4输出的都是零。

Q1、Q2、Q3、Q4作为秒十位的计时值送至秒十位七段显示译码。

U6、U5分别构成分个位十进制和分十位六进制计数器，如图2.4。

U5、U3与U6、U4的连接方法相似。

当计数器输出为01100000状态，U5、U6的RD端同时为“0”，使计数器立即返回到00000000状态。

这样就构成了六十进制计数器。

U5、U6共同构成时计数器，它由两个74LS160构成六十进制的计数器。

如图2.5，U10作为时十位计数器，它的复位输入RD、和置位输入LD都接低电平，时信号脉冲作为计数脉冲输入到CP1端，输出端C控制U9秒十位计数器的计数脉冲输入。

Q1、Q2、Q3、Q4作为秒个位的计时值送至秒个位七段显示译码。

当计数器输出为10000100状态，U9、U10的LD端同时为“0”，使计数器立即返回到00000001状态。

这样就构成了十二进制计数器。

图2.3六十进制秒计数器

图2.4六十进制分计数器

图2.5十二进制时计数器

表2.374LS160工作原理表

输                入

输      出

CR

CP

LD

EP

ET

D3

D2

D1

D0

Q3

Q2

Q1

Q0

0

＃

＃

＃

＃

＃

＃

＃

＃

0

0

0

0

1

↑

0

＃

＃

d

c

b

a

d

c

b

a

1

↑

1

0

＃

＃

＃

＃

＃

Q3

Q2

Q1

Q0

1

↑

1

＃

0

＃

＃

＃

＃

Q3

Q2

Q1

Q0

1

↑

1

1

1

＃

＃

＃

＃

状态码加1

2.4上下午指示灯原理

上下午指示灯电路是由JK触发器组成的T触发器和指示灯组成，当触发器时钟端每进入一次脉冲时，其输出端状态就会发生一次变化，输出状态与原态相反，从而使指

图2.6指示灯电路

示灯状态来回变化。

工作电路如图2.6，触发器功能如表2.4.

表2.4T触发器功能表

J

K

Q

Q*

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

2.5直流稳压电源原理

直流稳压电源电路的构成，是由220V，50HZ交流电电源、交流变压器、桥式整流电路、滤波、稳压几个部分组成。

220V交流电经变压器变为9V交流电，后经整流（全波整流）、滤波（0.33mF电容）、稳压（W7805）输出+5V直流电。

工作原理图如图2.7。

图2.7直流稳压电源工作原理图

2.6555定时器设计部分

2.6.1用555定时器构成的多谐振荡器原理

振荡器由555定时器构成。

在555定时器的外部接适当的电阻和电容元件构成多谐振荡器，再选择元件参数使其发出标准频率信号。

555定时器的功能主要由上、下两个比较器Ｃ1、Ｃ2的工作状况决定。

上比较器Ｃ1的反相端“-”加上的参考电压为2/3ＶＣＣ,下比较器Ｃ2的同相端“+”加上的参考电压为1/3ＶＣＣ。

若触发端Ｓ的输入电压Ｖ2≤1/3ＶＣＣ,下比较器Ｃ2输出为“1”电平,ＳＲ触发器的Ｓ输入端接受“1”信号,可使触发器输出端Ｑ为“1”,从而使整个555电路输出为“1”;

555内部结构包括两个电压比较器C1和C2，一个基本RS触发器和一个集电极开路的放电三极管TD三部分构成。

当

>

，

>

时，比较器输出

=0，

=1，触发器置0，使得定时器输出

=0，同时TD导通。

当

<

，

<

时，比较器输出

=1，

=0，触发器置1，使得定时器输出

=1，同时TD截止。

当

<

；

>

时，比较器输出

=1，

=1，触发器维持原状态不变。

根据以上分析，可得到555集成定时器功能状态表，如表2.5所示。

表2.5555定时器控制功能表

输入

输出

TH

VO

Dis

×

>VCC

×

>VCC

×

L

H

H

H

L

H

不变

L

导通

截止

不变

导通

2.6.2秒信号输出部分

图2.8秒信号发生原理图

用555定时器做秒信号发生器，其原理如图2.8，555定时器产生1KHZ的信号，再经过三个分频器将1KHZ转换为1HZ秒信号。

这样做的原因，是因为直接由555定时器产生1HZ秒信号是不稳定的，受外界条件影响较大。

而产生较大频率时外界干扰较小，从而选择了分频这一电路。

2.7调时按钮设计

调时按钮如图2.9，开关S1在高低电平之间来回拨动一次，产生一次时钟脉冲。

从而达到对电路的控制。

图2.9调时按钮开关原理图

第3章整体设计电路图方案

3.1设计原理图

图3.1

从总的原理图来看如图3.1，电路电源是由稳压源电路输出提供的+5V直流电压。

由开关S1，S2控制时钟的校准。

当电路正常工作时，开关S1,S2接地，此时校时电路的由两个JK触发器构成的四进制计数器输出端输出为0，0，再经过二四译码器74LS139译码。

74LS139输出端Y0端输出为低电平，经反相器后变为高电平，此时时、分、秒的EP、ET端都为高电平，Y1、Y2、Y3都为高电平经反相器后变为低电平，由于Y1、Y2、Y3接在或门上，或门输出端为低电平。

此时，在S2端的高电平有效三态门不导通，而秒信号源、秒信号进位端和分信号进位端的低电平有效三态门正常导通，电路正常工作。

当开关S1在高低电平来回拨动一次时，此时校时电路的由两个JK触发器构成的四进制计数器输出端输出为0，1，再经过二四译码器74LS139译码。

74LS139输出端Y1端输出为低电平，经反相器后变为高电平，此时，时、分的EP、ET端都为低电平，不工作。

秒的EP、ET端都为高电平，Y0、Y2、Y3都为高电平经反相器后变为低电平，由于Y1、Y2、Y3接在或门上，或门输出端为高电平。

此时，在S2端的高电平有效三态门导通，而秒信号源、秒信号进位端和分信号进位端的低电平有效三态门不导通，S2来回拨动一次，秒电路数值就会相应加一，电路处于秒校准状态。

当开关S1在高低电平来回拨动二次时，此时校时电路的由两个JK触发器构成的四进制计数器输出端输出为1，0，再经过二四译码器74LS139译码。

74LS139输出端Y2端输出为低电平，经反相器后变为高电平，此时，时、秒的EP、ET端都为低电平，不工作。

分的EP、ET端都为高电平，Y0、Y1、Y3都为低电平经反相器后变为低电平，由于Y1、Y2、Y3接在或门上，或门输出端为高电平。

此时，在S2端的高电平有效三态门导通，而秒信号源、秒信号进位端和分信号进位端的低电平有效三态门不导通，S2来回拨动一次，分电路数值就会相应加一，电路处于分校准状态。

当开关S1在高低电平来回拨动三次时，此时校时电路的由两个JK触发器构成的四进制计数器输出端输出为1，1，再经过二四译码器74LS139译码。

74LS139输出端Y3端输出为低电平，经反相器后变为高电平，此时，分、秒的EP、ET端都为低电平，不工作。

时的EP、ET端都为高电平，Y0、Y1、Y2都为高电平经反相器后变为低电平，由于Y1、Y2、Y3接在或门上，或门输出端为高电平。

此时，在S2端的高电平有效三态门导通，而秒信号源、秒信号进位端和分信号进位端的低电平有效三态门不导通，S2来回拨动一次，时电路数值就会相应加一，电路处于时校准状态。

每当时显示电路循环一个周期时，上下午指示灯状态变换一次。

因此，可以通过增加时的进位信号达到调校上下午指示灯的效果。

结论

通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

经过两周的努力，基本上完成了课题，在完成课题过程中，同时我们的实践能力增强了许多，而且在理论上也有了更深的认识。

实习的过程实际上就是能力提高的过程。

我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。

刚开始设计时，我们觉得无从下手，在经过一番资料查找与讨论后，我们发现它其实并不是很难懂，只是还不会灵活运用。

这次课程设计我们学会了一种设计的思想。

把问题分成多个模块，一一拆解开来。

再逐一加以分析，最终解决问题。

回头看看我们的设计，还存在一些问题，本次实习中，实习老师只对我们进行了宏观的基本的指导，在实习过程中，完全放手让我们自己搞。

这样对我们来说是一种极大的考验，也是我们最好的锻炼自己单独解决问题的能力的时候！

针对老师提出的课程设计问题，自己独立进行设计。

通过动脑动手及查阅图书资料文献等多种途径解决问题，巩固和运用了在“模拟电子技术”、“数字电子技术”及“电路分析”等课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握了常用电子电路的一般设计方法，提高了设计能力和实验技能，为以后从事电子电路设计、研制电子产品打下了基础。

这种经历对我们来说，无疑是非常宝贵的！

与其他课题相比较，这个课题中接线较为复杂，因此可就更能考验全局布线的统筹观。

电路的接线工艺是本设计可以实现的很重要的因数。

由于接线较为复杂，因此更能体现实践课程的特色。

在报告制作中，电路图的绘制也是一中锻炼，我们为此又学习了绘图软件的用法与操作。

在整个实习工程中，我们同学之间进行了大量的技术交流与合作。

一起攻克难题，又增进了大家的友谊。

也培养出了我们同学之间的这种合作精神。

通过这种合作，大家一起讨论解决问题，共同查阅资料。

合作双方能否融洽的合作其实也是考核的一个很重要的方面。

生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。

劳动是人类生存生活永恒不变的话题。

通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。

我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里两年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋；正所谓“三百六十行，行行出状元”。

我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？

我们不断的反问自己。

也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。

社会需要我们，我们也可以为社会而工作。

既然如此，那还有什么必要失落呢？

于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。

对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

致谢

在本次数字电路课程设计完成之际，谨向我的指导老师某某某老师致予衷心的感谢。

此次课程设计得到了高老师细心指导，给我很大的支持。

这设计过程中遇到了很多困难，诸如怎样不熟悉的元器件的使用，数字电路的竞争冒险等问题，老师给与细心的解释和引导。

在解决这些问题的过程中多得到了老师的大力支持，在此再次衷心的感谢。

作者：

某某某

2010年06月21日

参考文献

1.邱关源，电路（第五版），高等教育出版社，2006年

2.郭照南.电子技术与EDA技术课程设计

3.康华光，电子技术基础模拟部分（第五版）.高等教育出版社，2009年

4.康华光，电子技术基础数字部分（第五版）.高等教育出版社，2009年

5.网络资源，XX网··

6.阎石.数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社.

7.电子技术基础实验&Multisim10仿真.电子工业出版社.2010.7.1

8.CheungKM.MoreonthedecodererrorprobabilityforReed-solomoncodes[J].IEEETranInformationTheory.1989，35（12）：

1

9.JohnF.Wakely.DigitalDesign-principles&practices.3rded.Beijing:

HigherEducationpressandPearsonEducationNorthAsiaLimited,2001

附录一

元器件列表

序号

名称

型号参数

数量

1

单刀双掷开关

S1，S2

2

2

定时器

555_VIRTUAL

1

3

数码显示管

DCD_HEX

6

4

芯片

74LS160（6）、74LS139

（1）

7

5

反向器

74LS04

4

6

与非门

74LS00

3

7

三态门

NC7SZ126

（1）、NC7SZ125（3）

4

8

或门

74LS32

2

9

电容

0.33mF、100nF、10nF

3

10

二极管

1N4004

13

11

电阻

2KΩ、5.1KΩ、100Ω、1KΩ

4

12

触发器

JK触发器

3

13

分频器

74LS90

3

14

指示灯

2

15

稳压管

W7805

1

16

滑动变阻

10KΩ