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成绩课程设计课程名称数字电子技术课程设计题目名称多功能数字钟的电路设计学生学院物理与光电工程学院 2020 年 6 月

电子钟的电路设计摘要 1 本次课程设计的主题是数字电子钟。本电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、数码管显示器、整点报时电路组成。而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，这里用 555 定时器产生脉冲信号来实现。将产生的秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用 60 进制计数器，每累计 60 秒发出一个“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 60 进制计数器，每累计 60 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 12 进制计时器，可实现对半天的 12 小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位 LED 七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发蜂鸣器实现报时。除了完成本次课程设计的基本要求功能之外，本电路系统还设计了闹钟功能、周数计数功能、显示万年历即年月日功能。其中，闹钟功能主要采用同或门思路进行设计，即当时钟与预定设置相同的时分相同时，即二者电平相同，产生高电平输出到蜂鸣器产生闹铃。而周数计数的思路则是与时分秒的连接思路相同，即将之设计为八进制计数器。而年月日功能，则相对比较复杂，其中涉级到闰平年、大小月对应天数的差异，通过二与门，三与门，将 28 日，29 日，30 日，31 日的特征信号输出；特征信号引入数据选择器，由地址信号进行选择，然后接回控制日期的 160 芯片。数据选择器的 A、B 信号由“月”的特征信号及 “闰年”的特征信号，通过逻辑电路给出，通过不同信号选择不通进制。而闰年信号通过再加一个四进制计数器，平年输出信号为 0，闰年输出信号为 1，另其与月份信号构成选择信号，实现各进制的转换。关键词：数字电子钟七段译码器计数器 555 定时器数据选择器同或门

电子钟的电路设计目录 2 一、设计题目 ....................................................... 4 （一）设计题目 ................................................... 4 （二）选题意义 ................................................... 4 （三）设计目的 ................................................... 4 二、设计任务与要求 ................................................. 4 三、原理电路设计 ................................................... 4 （一）方案的比较与确定 ........................................... 4 1、脉冲信号源 .................................................. 4 2、计数器 ...................................................... 6 3、译码器和显示器 .............................................. 7 4、校时电路 .................................................... 7 （二）整体电路 ................................................... 8 1、整体逻辑 .................................................... 8 2、仿真电路 .................................................... 8 （三）单元电路设计 ............................................... 9 1、时间计数电路 ................................................ 9 2、译码显示电路 ............................................... 10 3、闹钟电路 ................................................... 11 4、整点报时电路 ............................................... 11 （四）说明电路工作原理 .......................................... 11 1、时间计数功能 ............................................... 11 2、译码显示功能 ............................................... 13 3、时间校准功能 ............................................... 13 4、整点报时功能 ............................................... 14 5、闹钟功能 ................................................... 14 6、扩展功能 ................................................... 15 （五）元件选择。 ................................................ 17 四、电路调试过程与结果 ............................................ 17 （一）逻辑流程 .................................................. 17

电子钟的电路设计 3 （二）波形图 .................................................... 18 （三）时序图 .................................................... 18 （四）仿真演示 .................................................. 19 五、总结 .......................................................... 19 （一）优点与不足 ................................................ 19 （二）遇到的困难以及解决方案 .................................... 19 （三）改进方案 .................................................. 20 （四）心得体会 .................................................. 20 （五）参考文献 .................................................. 21

电子钟的电路设计 4 一、设计题目（一）设计题目多功能数字电子钟的电路设计（二）选题意义数字钟是采用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。钟表的数字化在提高报时精度的同时，也大大扩展了它的功能，诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭路灯等。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。（三）设计目的 1、掌握数字钟的设计、组装与调试方法。 2、熟悉集成电路的使用方法。二、设计任务与要求必做： 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，便自动发出鸣叫声，时长 1s。选做： 1、闹钟功能，可按设定的时间闹时。 2、日历显示功能。将时间的显示增加“年”、“月”、“日”。三、原理电路设计（一）方案的比较与确定 1、脉冲信号源方案一：石英晶体振荡器

电子钟的电路设计 5 石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整，它是电子钟的核心，用它产生标准频率信号，再由分频器分成秒时间脉冲。用反相器与石英晶体构成的振荡电路如图 2 所示。利用两个非门 G1 和 G2 自我反馈，使它们工作在线形状态，然后利用石英晶体 Z1 来控制振荡频率。振荡器振荡频率的精度与稳定度基本上决定数字钟的准确度,晶振频率越高，计时准确度越高。目前常见的石英晶振频率是 4MHz 时，则振荡器输出频率为 4MHZ。图 1 石英晶体振荡器方案二：555 时基电路 555 多谐振荡器产生 1khz，用这个做信号发生器，比较稳定。为了得到秒脉冲信号，将分频比设置为 1000，正好选用三个十进制计数器（三片 74LS160）。图 2 555 时基电路利用数电课本 496 页和 497 页可以知道，用 CB555 定时器设计一个可以产生单脉冲的多谐振荡器，即相当于以上两个方法的脉冲源加上分频的过程，而且比以上两个方法更加的方便快捷。

电子钟的电路设计 6 图 3 最终选定秒脉冲信号 2、计数器整个计数器电路由秒计数器、分计数器、时计数器、日期计数器串接而成。秒计数器和分计数器各自由一个十进制计数器和一个六进制计数器串接组成，形成两个六十进制计数器。时计数器可由两个十进制计数器串接并通过反馈接成二十四制计数器。日期计数器由一个十进制计数器接成八进制计数器。计数器的选择是有很多种的 74LS160N 和 74LS160D 都是不错的选择，当然了，74LS190 和 74LS191 也是可以的，但是考虑到简单易用，最终决定采用 74LS161N 芯片和 74LS00D 进行串联来作为时分秒计数器的基础电路，而对于日期计数器，考虑到本身的进制问题，决定采用 74LS05N 进行串联。图 4 74LS161 芯片及其可编程度数器真值表

电子钟的电路设计 7 3、译码器和显示器译码器由六片 74LS247（或 74LS48）组成，74LS247 驱动器是与 8421BCD 编码计数器配合用的 7 段译码驱动器。一片 74LS247 驱动一只数码，72LS247 是集电极开路输出，为了限制数码管的导通电流，在 72LS247 的输出与数码管的输入端之间均应串有限流电阻。本系统用七段发光数码管来显示译码器输出的数字，发光数码管有两种：共阳极或共阴极。74LS247 驱动器是低电平输出，采用共阳极数码管。基于本次课程设计没有制作实物的要求，在仿真电路中，七段数码管采用 DCD_HEX 器件来连接，该仿真元器件是基于译码器和显示器为一体，仿真布线简洁易懂。图 5 DCD_HEX 仿真器件图 4、校时电路刚接通电源或走时不准时，都需要进行时间校准。实现校时电路的按键一般需要消除抖动，消除抖动的方法有很多，可以通过数字电路构成的单稳态触发器实现，也可以简单的通过电容滤波电路实现或可以通过 D 触发器实现。在本电路中，用了最简单的方法，在分、秒的与非门与上一级的脉冲接口之间接一个开关即可。当开关按下时，产生一个低电平给计数器，从而在下降沿的时候计数器加一。图 6 校时电路仿真示例图

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