數(shù)字電子時鐘設(shè)計

1、目 錄摘要1ABSTRACT11 前言11.1研究背景及意義12  電路的總設(shè)計22.1  電路的設(shè)計目的22.2  電路的組成原理22.3電路設(shè)計要求33  電路設(shè)計計算及分析33.1振蕩電路33.2時間計數(shù)電路53.2.1十進制計數(shù)器53.2.2六十進制計數(shù)器和二十四進制計數(shù)器的連接53.2.3 完整的電子時鐘計時電路63.3 顯示電路73.4 校時電路83.5 整點報時電路93.6 鬧鐘功能電路93.6.1 4位數(shù)值比較器74LS8593.6.2 八位數(shù)值比較器103.6.3 完整鬧鐘電路113.7 完整電路134 總結(jié)及心得135 參考文獻146

2、 附錄16附錄1：元器件清單16數(shù)字電子時鐘設(shè)計摘要：數(shù)字電子鐘實際上是一個對標(biāo)準頻率（1Hz）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由振蕩電路形成秒脈沖信號，秒脈沖信號輸入計數(shù)器進行計數(shù)，并把累計結(jié)果以“時”、 “分”“秒”的數(shù)字顯示出來。秒計數(shù)器電路計滿 60 后觸發(fā)分計數(shù)器電路，分 計數(shù)器電路計滿 60 后觸發(fā)時計數(shù)器電路，當(dāng)計滿 24 小時后又開始下一輪的循環(huán)計數(shù)。一般由振蕩電路、計數(shù)器、數(shù)碼顯示器等幾部分組成。    振蕩電路：主要用來產(chǎn)生時間標(biāo)準信號，由 NE555 組成

3、的多諧振電路產(chǎn)生，但是因為時鐘的精度主要取決于時間標(biāo)準信號的頻率及穩(wěn)定度，所以一般采用石英晶體振蕩器。    分頻器：因為振蕩器產(chǎn)生的標(biāo)準信號頻率很高，要是要得到“秒”信號，需 一定級數(shù)的分頻器進行分頻。    計數(shù)器：有了“秒”信號，則可以根據(jù) 60 秒為 1 分， 24小時為 1 天的進制，分別設(shè)定“時”“分”“秒”的計數(shù)器，分別為 60 進制，60 進制,24 進制計數(shù)器，并輸出一分，一小時的進位信號。

4、0;由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路可以對分和時進行校時。另外，計時過程要具有報時功能，當(dāng)時間到達整點前 1 秒開始，蜂鳴器開始鳴叫。Design of digital electronic clockABSTRACT：Digital electronic clock is actually a standard frequency (1Hz) counts counting circuits. Formed by the oscillator pulse signal and pulse signal input coun

5、ter to count, and cumulative results to "time" and "points" and "second" number displayed. Second expiration of counter-post trigger counter, expiration of counter post counter when it is triggered, when the expiration of 24 hours after starting the next round of the lo

6、op count.Generally oscillator circuits, counters, digital displays and other parts. Oscillator circuits: mainly used for standard signals, generated by resonant circuit NE555, but because the clock's accuracy depends on the time standard signal frequency and stability, so using quartz crystal os

7、cillator. Crossover: because of the high standard signal frequency of the oscillator, if you want to get "seconds" signal, required a certain series of crossover frequency. Counter: "seconds" signal, it can under 60 seconds to 1 minute, 24 hour 1 day binary, respectively, set the

8、 "when" "minute" and "second" counter, respectively, m-60, m-60, 24 binary counter, and output, carry an hour signal. As the count start time is impossible with standard time (Beijing time) is required in the circuit on the circuit to a school and to school. In addition

9、, timekeeping time-keeping function, when the time reaches 1 second before the hour begins, buzzer began to tweet.1 前言1.1研究背景及意義加入世貿(mào)組織以后，中國面臨激烈的競爭。這種競爭將是一場科技實力、管理水平和人才素質(zhì)的較量，風(fēng)險和機遇共存，同時電子產(chǎn)品的研發(fā)日新月異，不僅是在通信技術(shù)方面數(shù)字化取代于模擬信號，就連我們的日常生活也進于讓數(shù)字化取締。說明數(shù)字時代已經(jīng)到來，而且滲透于我們生活的方方面面。 就拿我們生活的實例來說明一下“數(shù)字”給我們帶來的便捷。下面我們就以

10、數(shù)字鐘為例簡單介紹一下?！皵?shù)字鐘”，我們聽到這幾個字，第一反應(yīng)就是我們所說的數(shù)字，數(shù)字鐘就是以數(shù)字顯示取代模擬表盤的鐘表，在顯示上它用數(shù)字反應(yīng)出此時的時間，相比模擬鐘能給人一種一目了然的感覺，不僅如此它還能同時顯示時、分、秒。而且能對時、分、秒準確校時，這是普通鐘所不及的。與此同時數(shù)字鐘還能準確定時，在你所規(guī)定的時間里準確無誤的想你發(fā)出報時聲音，提醒你在此時所需要去做的事。與舊式鐘表相比它更適用于現(xiàn)代人的生活。 2  電路的總設(shè)計 2.1  電路的設(shè)計目的    數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械

11、式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因 此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。目前，數(shù)字鐘的功能越來越強，并且有多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。本設(shè)計采用 74LS160、帶有譯碼器的數(shù)碼管和適當(dāng)?shù)拈T電路構(gòu)成,可實現(xiàn)對時、分、秒等時間信息的采集和較時功能地實現(xiàn).   設(shè)計一個數(shù)字計時器，可以完成  00:00:00  到  23:59:59  的計時功能，并在控制電路的作用下

12、具有快速校時、快速校分功能。能進行正常的時分秒計時功能。分另由六個數(shù)碼管實現(xiàn)時分秒的計時。同時實現(xiàn)報時和鬧鐘的功能。通過  Multisim 軟件平臺，設(shè)計含小時，分鐘，秒鐘顯示功能的數(shù)字時鐘。2.2  電路的組成原理數(shù)字電子鐘主要分為數(shù)碼顯示器、60  進制和  24  進制計數(shù)器、頻率振蕩器和校時這幾個部分。數(shù)字電子鐘要完成顯示需要 6 個數(shù)碼管，八段的數(shù)碼管需要譯碼器械才能顯示，然后要實現(xiàn)時、分、秒的計時需要 60 進制計數(shù)器和 24

13、60;進制計數(shù)器，在仿真軟件中發(fā)生信號可以用函數(shù)發(fā)生器仿真，頻率可以隨意調(diào)整。60 進制可能由 10 進制和 6 進制的計數(shù)器串聯(lián)而成，而小時的 24 進制可以采用 74LS160 置數(shù)端觸發(fā)實現(xiàn)。頻率振蕩器可以由晶體振蕩器分頻來提供，也可以由 555 定時器來產(chǎn)生脈沖并分頻為1HZ。  主體思路圖：               

14、; 圖2.2.12.3電路設(shè)計要求  具體要求：實現(xiàn)24小時的時鐘顯示、校準、整點報時等功能。  （1）顯示功能：具有“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示（“時”從023，分059，秒059）。  （2）校時功能：當(dāng)剛接通電源或數(shù)字時鐘有偏差時，可以通過手動的方式去校時。  （3）整點報時：當(dāng)時鐘計時到整點時，能進行整點報時。  （4）復(fù)位功能：當(dāng)數(shù)字時鐘有偏差時，可以通過手動的方式使其恢復(fù)初始零狀態(tài)。  3  電路設(shè)計計算及分析3.1振蕩電路：多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器。“多諧”指矩形

15、波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在工作時，電路的狀態(tài)在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，常用作脈沖信號源及時序電路中的時鐘信號。用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器電路如圖3.1.1，圖中電容C、電阻R1和R2作為振蕩器的定時元件，決定著輸出矩形波正、負脈沖的寬度。定時器的觸發(fā)輸入端（2腳）和閥值輸入端（6腳）與電容相連；集電極開路輸出端（7腳）接R1、R2相連處，用以控制電容C的充、放電；外界控制輸入端（5腳）通過0.01uF電容接地。  圖3.1.1通過仿真，示波器XSC1輸出圖3.1.2所示波形。3.2時間計數(shù)電

16、路  3.2.1十進制計數(shù)器74160 計數(shù)器是對CP 脈沖進行計數(shù)的時序邏輯電路。如果組成計數(shù)器中的各個觸發(fā)器的CP 不是同一信號，這樣的計數(shù)器稱異步計數(shù)器。本次設(shè)計采用6片十進制同步計數(shù)器74160組成兩個六十進制的計數(shù)器（分、秒）和一個二十四進制計數(shù)器（時）。74160如圖所示。74160是中規(guī)模集成的同步十進制加法計數(shù)器，有著同步預(yù)置數(shù)、異步置零和保持的功能。其功能表如表所示。圖3.2.1表3.2.1 74160N功能表CPEPET工作狀態(tài)×0×××置010××預(yù)置數(shù)×1101

17、保持（C的狀態(tài)）×11×0保持（C=0）1111計數(shù)3.2.2六十進制計數(shù)器和二十四進制計數(shù)器的連接電子時鐘的“分”和“秒”由六十進制計數(shù)器實現(xiàn)，“時”由二十四進制計數(shù)器實現(xiàn)。因此，就需要用74160接成兩個六十進制和一個二十四進制計數(shù)器。多片計數(shù)器組合，各級之間的連接方式分串行進位方式、并行進位方式。本次設(shè)計采用串行進位的方式。  在串行進位方式中，以低位片的進位輸出信號作為高位片的時鐘輸入信號。兩片74160的EP和ET恒為1，都工作在計數(shù)狀態(tài)，第一片每計到9（1001）時，C端輸出變?yōu)楦唠娖?，?jīng)反相器后使第二片的CLK端為低電平。下一個計數(shù)輸入脈沖到達后，第

18、一片記成0(0000)狀態(tài)，C端跳回低電平，經(jīng)反相器后使第二片的輸入端產(chǎn)生跳變，于是，第二片計入1。從而，將兩片十進制計數(shù)器74160串聯(lián)成一個百進制計數(shù)器。  得到百進制計數(shù)器后，應(yīng)用整體置零的方法接成六十進制和二十四進制計數(shù)器。當(dāng)計數(shù)器從全0狀態(tài)開始計數(shù)，計入60個脈沖時，經(jīng)與非門產(chǎn)生低電平信號，立即將兩片74160同時置零，于是便得到一個六十進制計數(shù)器，如圖。同理，當(dāng)計入24個脈沖時，經(jīng)與非門產(chǎn)生的低電平信號立即將兩片74160同時置零，得到二十四進制計數(shù)器，如圖3.2.3 完整的電子時鐘計時電路按“秒”、“分”、“時”的順序，將兩片六十進制計數(shù)器和一片二十四進制計數(shù)器串聯(lián)，便

19、得到完整的電子時鐘計時電路，如圖3.3 顯示電路數(shù)碼管按照其發(fā)光二極管的連接方式不同，可分為共陽極和共陰極兩種。共陰極是指數(shù)碼管中所有發(fā)光二極管的陰極連在一起接低電平，而陽極分別由a、b、c、d、e、f、g輸入信號驅(qū)動，當(dāng)某個輸入為高電平時，相應(yīng)的發(fā)光二極管點亮；共陽極數(shù)碼管則相反，它的所有發(fā)光二極管的陽極連在一起接高電平，而陰極分別由a、b、c、d、e、f、g輸入信號驅(qū)動，當(dāng)某個輸入為低電平時，相應(yīng)的發(fā)光二極管點亮。由于計數(shù)器輸出的是8421碼，數(shù)碼管不能直接顯示成數(shù)字，為了讓數(shù)數(shù)碼管顯示人們能看懂的數(shù)字，就需要把計數(shù)器輸出的8421碼轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管顯示的阿拉伯?dāng)?shù)字，這就需要譯碼器的翻譯。本設(shè)

20、計采用DCDHEX七段發(fā)光二極管譯碼顯示器。DCDHEX為共陽極LED數(shù)碼管。顯示器引腳從右到左依次為：1，2，3，4。該顯示包含了譯碼功能，所以無需專門的譯碼器。正確的引腳連接方式為：QA接1，QB接2，QC接3，DQ接4。如圖3.4 校時電路數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分十位和時十位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。  本設(shè)計的校時電路的關(guān)鍵，是通過開關(guān)，控制電路中“秒”到“分”、“分”到“時”的進位輸入端的高低電平的變化，從而實現(xiàn)手動調(diào)節(jié)“分”和“時”。  現(xiàn)以分校時電路為例，如圖。正常時刻，與非門U3A的一端接高

21、電平，另一端接秒十位的進位輸出端，即U9A。此時，若秒十位的進位輸出端輸出低電平，則分個位的CLK有低電平信號輸入，得到進位。若秒十位的進位輸出端輸出高電平，則分個位的CLK有高電平信號輸入，因此，無進位。當(dāng)接通開關(guān)J1，與非門一端接地，即為低電平，另一端還是接到秒十位的進位輸出端。此時，無論秒十位的進位輸出端輸出高電平還是低電平，經(jīng)與非門U3A輸出的均為高電平，經(jīng)非門U4A得到低電平，并輸入到分個位的CLK，使其得到進位，實現(xiàn)“分”加1。J1為單刀雙擲的跳變開關(guān)，即按下M鍵開關(guān)閉合，松開M鍵開關(guān)隨之?dāng)嚅_。所以，可以通過連續(xù)按下M鍵連續(xù)增加“分”。時校時與分校時同理，連續(xù)按下H鍵（控制開關(guān)J2

22、的閉合與斷開）便可連續(xù)增加“時”。因此，通過控制開關(guān)J1和J2的斷開與閉合，便可得到想要校正的時刻。要強調(diào)的是，此種校時方法是可以實現(xiàn)進位的。即，當(dāng)“分”顯示為59時，再按M，“時”顯示便會加1，同時“分”顯示清零。但當(dāng)“時”顯示為23時，再按H，“時”清零，但“分”顯示會繼續(xù)按原狀態(tài)計數(shù)。3.5 整點報時電路該部分電路的關(guān)鍵是通過開關(guān)J3的閉合與斷開來控制信號源信號輸入到蜂鳴器，從而使嗡鳴器發(fā)出聲音。本設(shè)計用燈泡X1的閃爍來代替蜂鳴器的發(fā)聲。電路如圖所示。 當(dāng)電路計時到59分50秒時，電路經(jīng)三個與門U5A、U6A、U7A，輸出高電平，使得電壓控制開關(guān)J3中獲得電流（J3的開啟電壓設(shè)置要小于信

23、號源電壓值），從而控制開關(guān)閉合，燈泡與信號源接通，電燈亮起。又由于信號源與提供秒脈沖信號源的信號一致，均是多諧振蕩器產(chǎn)生的頻率為1HZ的脈沖信號，因此，開關(guān)J3閉合后，因秒脈沖信號的作用，電燈X1出現(xiàn)閃爍狀態(tài)，閃爍持續(xù)到“時”得到進位（持續(xù)10秒）?！皶r”得到進位后，經(jīng)三個與門輸出為低電平，因此，開關(guān)J3斷開，燈泡X1與信號源斷開，閃爍停止，等待下一次高電平的出現(xiàn)（×時59分50秒）。3.6 鬧鐘功能電路3.6.1 4位數(shù)值比較器74LS85  在一些數(shù)字系統(tǒng)當(dāng)中經(jīng)常要求比較兩個數(shù)值的大小。為完成這一功能所設(shè)計的邏輯電路稱為數(shù)值比較器。  如圖為1位數(shù)值比較器。A

24、B為A>B；AB為A=B；AB為A<B。在比較兩個多位數(shù)時，必須自高到低地逐級比較，而且只有在高位相等時才需比較低位。例如，A、B是兩個4位二進制數(shù)A3A2A1A0和B3B2B1B0。進行比較時應(yīng)首先比較A3和B3。如果A3>B3，那么不管其他幾位數(shù)各位何值，可定是A>B，反之A<B。如果A=B就必須通過比較下一位A2和B2來判斷A和B的大小了。依次類推，定能比出結(jié)果。該設(shè)計需要比較出A=B，即當(dāng)時鐘顯示數(shù)字所對應(yīng)的二進制數(shù)與鬧鐘設(shè)定的二進制數(shù)相等時，鬧鐘響起（本設(shè)計用燈泡的閃爍代替蜂鳴器的發(fā)聲）。 A=B的邏輯函數(shù)表達式為：Y=(A3B3)(A2B2)

25、(A1B1)(A0B0)I（A=B）圖為4為數(shù)值比較器74LS853.6.2 八位數(shù)值比較器可以將兩片以上的74LS85可以組合成位數(shù)更多的數(shù)值比較器電路。只要將兩個數(shù)的高4位接到第二片75LS85上，而將低4位接到第一片74LSA85上，同時把第一片的Y接到第二片的I上就行了（即：OAGTB接AGTB，OAEQB接AEQB，OALTB接ALTB）。 如圖11為兩片74LS85組成的8為數(shù)值比較器3.6.3 完整鬧鐘電路完整鬧鐘功能電路  鬧鐘電路要完成對所設(shè)置鬧鐘時刻與時鐘顯示時刻的比較。比較的數(shù)值包括時十位、時個位、分十位、分個位，并按從高到低的順序逐級比較。因此，本次

26、設(shè)計采用4片74LS85和4個撥碼開關(guān)構(gòu)成鬧鐘電路。將時鐘電路顯示十進制數(shù)對應(yīng)的二進制數(shù)A與撥碼開關(guān)所設(shè)置的鬧鐘時刻B做比較。從時十位到分個位，逐級比較，若均分別相等，即為A=B，此時從最低位（分個位）對應(yīng)的比較器74LS85的OAEQB輸出高電平。高電平是開關(guān)s5閉合，燈泡X2與脈沖信號相連，閃爍（開關(guān)s5的功能和要求與整點報時電路中J1的功能相同）。完整鬧鐘功能電路如圖12所示。3.7 完整電路4 總結(jié)及心得一次設(shè)計非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整的數(shù)字電子鐘設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行課程設(shè)計的目的所在。通過這次對數(shù)字鐘的設(shè)計與制作，讓我了解了