数字电子时钟.docx

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数字电子时钟

建筑大学

电气与计算机学院

数字电子技术课程设计报告

设计题目：

数字电子时钟（仿真）

专业班级：

自动化151

学生：

鑫国

学号：

201512912

指导教师：

韦大川

设计时间：

2017.06.12-2017.07.06

教师评语：

成绩评阅教师日期

第1章绪论1

1.1　1

1.2　2

第2章设计任务和要求3

2.13

2.23

2.33

2.44

第3章电路设计的计算与分析5

3.15

3.26

3.39

3.410

3.511

3.612

第4章方案的制作与安装15

4.115

4.215

4.316

第5章电路的仿真与调试18

总结19

参考文献21

元件清单22

第1章绪论

1.1多功能电子时钟简介

多功能数字电子钟实际上是一个标准频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，74160,74290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。

率计数的计数电路，它的计时周期为二十四小时。

数字电子钟主要由时钟信号源、秒计数器、分计数器、时计数器、译码显示管组成。

其中电路系统由时钟信号源，时、分、秒计数器，译码器及显示器电路组成。

秒信号产生器是整个系统的时基信号，一般多用555定时器来实现，将标准时基信号送入秒计数器，秒计数器采用六十进制计数器，每累计六十秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为分计数器的计数脉冲，分计数器同样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，而该信号将被送到式计数器，时计数器采用十二进制计数器，可以实现对一天二十四小时的计时。

译码显示电路将时、分、秒的计数器输出状态通过显示驱动电路，七段显示译码器译码，在经过六位LED七段显示器显示出来。

1.2发展前景

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2章设计任务和要求

2.1设计任务

1.时钟显示功能，能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。

2.具有校准“时”、“分”的功能。

3.整点自动报时：

在整点时自动发出鸣叫声并有指示灯闪烁。

4.闹钟功能：

可按设定的时间报时。

2.2设计要求 

1.用Multisim画出整个系统电路图，并列出所需器件清单。

2.调试振荡电路，用Multisim提供的示波器观察其输出波形是否复合要求。

3.实现整个数字电子钟电路各项任务的正常工作

2.3总体设计方案

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”采用二十四进制计时器，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。

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。

总体结构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。

2.4各部分电路功能的简单介绍

2.4.1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。

2.4.2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

2.4.3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。

2.4.4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二十四进制计数器。

2.4.5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。

第3章电路设计的计算与分析

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①：

图中电容C、电阻R2和R4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1

通过仿真，示波器XSC1输出图2所示波形。

图2

从图1一中得知：

R4=100K,R2=20K,C3=100Nf,C4=10nF。

 因此其输出频率为1HZ。

可以作为电子时钟电路的秒脉冲信号。

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

3.2.2六十进制计数器与十进制计数器的连接

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。

图4

图5

3.2.3

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6。

图6

3.3显示电路

数码管按照其发光二极管的连接方式不同，可分为共阳极和共阴极两种。

共阴极是指数码管中所有发光二极管的阴极连在一起接低电平，而阳极分别由a、b、c、d、e、f、g输入信号驱动，当某个输入为高电平时，相应的发光二极管点亮；共阳极数码管则相反，它的所有发光二极管的阳极连在一起接高电平，而阴极分别由a、b、c、d、e、f、g输入信号驱动，当某个输入为低电平时，相应的发光二极管点亮。

 由于计数器输出的是8421BCD码，数码管不能直接显示成数字，为了让数数码管显示人们能看懂的数字，就需要把计数器输出的8421BCD码转换

成数码管显示的阿拉伯数字，这就需要译码器的翻译。

图7

本设计采用DCD_HEX七段发光二极管译码显示器。

DCD_HEX为共阳极LED数码管。

显示器引脚从右到左依次为：

1,2,3,4。

该显示包含了译码功能，所以无需专门的译码器。

正确的引脚连接方式为：

QA接1，QB接2，QC接3，DQ接4。

如图7。

3.4校时电路

数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分十位和时十位的直接计数通路，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。

 本设计的校时电路的关键，是通过开关，控制电路中“秒”到“分”、“分”到“时”的进位输入端的高低电平的变化，从而实现手动调节“分”和“时”。

 现以分校时电路为例，如图8。

 正常时刻，与非门U17的