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1、电子钟设计 1数字电子系统设 计 报 告题目名称：数字式竞赛抢答器 姓 名： 宋扬 学 号： 20130407101028 班 级： 13 电子信息工程 指导教师： 郭红俊 邯郸学院信息工程学院2014 年 12 月电子钟设计 2一、摘要数字钟是一种用数字显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用：小到人们日常生活中的电子手表，大到车站、码头、机场等公共场所的大型数显电子钟。多功能数字钟由以下几部分组成：555 定时器组成的多谐振荡器构成秒脉冲发生器；校正电路；六十进制的秒、分计数器和十二进制的时计数器；秒、分、时的数码显
2、示部分；报时电路等。具体要求如下：钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置。通过数字钟的 制作进一步了解中小规模集成电路。二、设计内容及要求（1）功能设计一个具有计时、显示“时、分、秒”和校时功能的数字电子钟。 显示时、分、秒； 具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； 计时过程具有报时功能，当时间到达整点前 10 秒进行蜂鸣报时； 为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。（2）设计要求 画出电路原理图（或仿真电路图） ； 元器件及参数选择； 电路仿真与调试；（3）编写设计报告 写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。三、重要器
3、件概述各器件的逻辑框图、逻辑符号、逻辑功能表、内部原理图及逻辑功能分别如下：1.74LS04仔细观察一下三极管组成的开关电路即可发现，当输入为高电平时输出等于低电平，而输入为低电平时输出等于高电平。因此输出与输入的电平之间是反向关系，它实际上就是一个非门。 （亦称反向器） 。所用芯片 74LS04 是一个有六个反相器的芯片，其逻辑框图如下图所示：电子钟设计 3图一、芯片 74LS04 管脚图2.74LS0074 系列与非门的电线电缆与三极管组成的 TTL 反相器的典型电路的区别在于输入端改成了夺发射极三极管。所用芯片 74LS00，其逻辑框图如下图所示：图二、芯片 74LS00 逻辑框图逻辑符
4、号图：图三、芯片 74LS00 逻辑符号逻辑功能表如下图：电子钟设计 4表一 74LS00 逻辑功能表3、石英晶体4.74LS16074LS160 为十进制同步加法计数器逻辑框图如图： 图七、74LS160 逻辑框图 图八、74LS160 逻辑符号 逻辑功能描述如下：74LS160 中 LD 为预置数控制端，D0-D3 为数据输入端，C 为进位输出端，RD为异步置零端，Q0-Q3 位数据输出端，EP 和 ET 为工作状态控制端。当 RC=0 时所有触发器将同时被置零，而且置零操作不受其他输入端状态的影响。当 RC=1、LD=0 时，电路工作在预置数状态。这时门 G16-G19 的输出始终是1，
5、所以 FF0-FF1 输入端 J、K 的状态由 D0-D3 的状态决定。当 RC=LD=1 而EP=0、ET=1 时，由于这时门 G16-G19 的输出均为 0，亦即 FF0-FF3 均处在 J=K=0的状态，所以 CP 信号到达时它们保持原来的状态不变。同时 C 的状态也得到保持。电子钟设计 5如果 ET=0、则 EP 不论为何状态，计数器的状态也保持不变，但这时进位输出 C 等于 0。当 RC=LD=EP=ET=1 时，电路工作在计数状态。从电路的 0000 状态开始连续输入 16 个计数脉冲时，电路将从 1111 的状态返回 0000 的状态，C 端从高电平跳变至低电平。利用 C 端输出
6、的高电平或下降沿作为进位输出信号。5LED LED 是发光二极管 Light Emitting Diode 的英文缩写。LED 显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品种全等特点。管脚分别接输出段的 、 、 图形显示如下图所示：图九、LED 显示屏四、电路方框图数字钟组成电路的总体框图的原理图如下图所示：时显示器 分显示器 秒显示器12 进制计数器60 进制计数器 60 进制计数器校时电路 整点报时电子钟设计 6图十、总体框图五电路各部分设计1计数部分秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后。分
7、别得到显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。 “秒”和“分”计数器应为六十进制，而“时”计数器应为二十四进制。要实现这一要求，可选用的中规模集成计数器较多，这次我用的是74160。A：“秒” ， “分”60 进制 原理图如下1HZ74160显示器图十一“秒” ， “分”电路原理图通过两片 74160 能实现六十进制计数器。一块组成十进制，另一块组成六进制。组合起来就构成六十进制计数器，通过串行的方式能实现上述功能，在串行方式里面以低位的输出信号作为高位的时钟输入信号。六十进制计数器。如图十二振 荡 器十位 个位Q3Q2Q1Q0Cr QCC CPQ3Q2Q1Q0Cr QCC CP电子钟设
8、计 7图十二，两块 74LS160 构成的六十进制计数器在 Multisim 上的实际电路图如下图图十三 60 进制电路仿真图B “时”24 进制如图所示为二十四进制计数器的原理图。电子钟设计 81HZ74160显示器十位 个位Q3Q2Q1Q0Cr QCC CPQ3Q2Q1Q0Cr QCC CP图十四 24 进制电路原理图二十四进制计数器。它由两块中规模集成十进制计数器 74LS160 构成。当高位出现 0010 状态，低位为 0100 状态，即计到第 24 个来自“分”计数器的进位信号时，产生反馈清零信号。图十五两块 74LS160 构成的二十四进制计数器在 Multisim 上的实际电路图
9、如下图电子钟设计 9图十六 24 进制电路仿真图2秒脉冲发生器秒脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，本实验可采用石英晶体发出秒脉冲即 1Hz 脉冲。电路图如下图所示。图十图十七秒脉冲发生器3.复位清零电路电子钟设计 10在刚刚开机接通电源时，由于时，分，秒是任意值。所以要对时钟进行置零操作。当 RC=0 时所有触发器将同时被置零，而且置零操作不受其他输入端状态的影响，所以将多有的 74160 的 RC端接低点位就能实现开机自动清零，舍去了开关和手动置零带来的麻烦！图十八开机清零电路4. 整点报时电路当时计数器在每次计到整点时，需要报时，这可采用译码电路来解决，即当
10、分为59 时，且秒计数到 50 时，输出一高电平，经过与门电路控制来自分和秒的信号和一千赫兹的方波发生电路能够实现上述功能。如图。图十九报时模块5.校时电路秒信号分信号电子钟设计 11在刚接通电源或者时钟走时出现误差时，则需要进行时间的校准。校时开关在手动位置，分别对时、分、秒进行单独计数，计数脉冲由连续脉冲输入。校时电路如图六所示。由与非门和二个开关组成，实现对“时” 、 “分”的校准。当校时开关 J4，J2扳到高电平端时开启与门，秒脉冲能顺利的和来自分的进位脉冲一起实现对时的校正。同理，秒脉冲和秒进位对分进行校正。电路图如图。六、系统整体电路设计本次设计的总体电路整体工作原理大体描述如下：
11、1.首先，由石英晶体和分频器得到 1HZ 的秒脉冲，秒脉冲发生器的输出端接到每个计数器的时钟输入端。2.数字钟的分、秒计数部分均为六十进制计数器（显示 0059） ，采用两片74LS160 来实现。时为 24 进制，同样采用两片 74160 实现。3.数字钟的校正部分主要是通过开关实现的。4.当计数器在每次计到整点时，需要提前十秒报时。总电路图如下：秒脉冲正常分位信号秒脉冲秒进位电子钟设计 12七收获体会在此次的数字钟设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，
12、但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。希望下次课程设计的时候老师能多加指导，这样能减少时间，获得更高的效率。八、器件明细清单74LS160 6 块 与非门 3 块74LS393 4 块 与门 5 块非门 4 块 蜂鸣器 1 块单刀双掷开关 3 个 石英晶体 1 块 150K 电阻 1 个 10M 电阻 1 个 20 微法电容 1 个电源若干 显示器 7 个九、参考文献电子钟设计 131、数字电子技术基础-阎石- 高教出版社2、 中国集成电路大全编写委员会编，中国集成电路大全 TTL 集成电路。北京：国防工业出版社，1985。3、 【美】D.H.Sheinggold 编著，模数转换技术，南京：江苏科学出版社，1982.4、彭介华编著， 电子技术数字电子系统设计指导，北京:高等教育出版社 ， 1996 年 5、杨兆选，丁润涛编， 555 定时器原理及实用电路集锦，天津：天津大学出版社
