数字时钟

基于555的数字时钟显示

1引言

随着科技的快速发展，数字电子钟在实际生活中的应用越来越广泛，小到普通的电子表，大到航天器等高科技电子产品中的计时设备。数字钟是一个将“时”，“分”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分，另外应有整点报时附加功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”计数器、报时电路和振荡器组成。作为自动化的一名学生掌握并能够独立自主设计一个数字电子钟是必要和必须的，既可以加深对课本上理论知识的理解又能锻炼自己的思考和解决问题的能力。于是，经过查阅许多相关书籍和浏览许多网络资源，我做了这款简单数字电子钟的设计。

2 方案论证

2.1 原理设计和功能描述

2.1.1 数字计时器的设计思想

要想构成数字钟，首先应选择一个脉冲源——能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。而脉冲源产生的脉冲信号地频率较高，因此，需要进行分频，使得高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号，即“秒脉冲信号”（频率为1Hz）。经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数。由于计时的规律是：60秒=1分，60分=1小时，24小时=1天，就需要分别设计60进制，12进制计数器，并发出驱动信号。各计数器输出信号经译码器、驱动器到数字显示器，是“时”、“分”得以数字显示出来。

图1框架图

2.2 单元电路的设计

2.2.1 振荡电路

555定时器

其中R2=10kΩ, R2=10.2 kΩ, C3=47nF,C4=10nF

根据f=1/[0.7*(R1+R2)*C3]，要想使输出为1000HZ,R1=10k,R2=10k, 振荡电路由555构成的自激多谐振荡器直接产生 1000Hz时钟脉冲频率。

图3 555定时器

2.2.2 分频电路

本次设计采用一片74LS191D与74LS00、74LS08构成10分频电路，该电路运用74LS00构成的复位电路，将两信号进行与非运算，即当计数达到10的时候与非输出为0，能够将分频器复位，而采用74LS08则构成进位器，当两信号输入均为1的时候则输出为1。

2.2.2 计数电路

数字钟的计数电路是用一个六十进制计数电路和一个十二进制计数电路实现的。数字钟的计数电路的设计可以用反馈清零法。当计数器正常计数时，反馈门不起作用，只有当进位脉冲到来时，反馈信号将计数电路清零，实现相应模的循环计数。以六十进制为例，当计数器从00，01，02，……，59计数时，反馈门不起作用，只有当第60个秒脉冲到来时，反馈信号随即将计数电路清零，实现模为60的循环计数。

在计数部分我们同样采用了两种方案，分别是使用74ls191和74ls00，74LS08连接成60进制计数器和24进制计数器的介绍。

采用74LS191与74LS00、74LS08分别连成60进制计数器和24进制计数器

图5 60进制计数器

60进制计数器使用U26构成一个10进制计数器，这个10进制计数器由与非门控制其复位功能，U27构成一个6进制计数器，其脉冲由10进制的进位构成。

图6 24进制计数器2.2.3 译码与显示电路

图7

译码是编码的相反过程，译码器是将输入的二进制代码翻译成相应的输出信号以表示编码时所赋予原意的电路。常用的集成译码器有二进制译码器、74ls4511制译码器和BCD—7段译码器、显示模块用来显示计时模块输出的结果。

a.译码器74LS4511

译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的工作是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数字分配，存储器寻址和组合控制信号等。译码器可以分为通用译码器和显示译码器两大类。在电路中用的译码器是共阳极译码器74LS4511用74LS4511输入的8421BCD码ABCD译成七段输出a-g，再由七段数码管显示相应的数。

图8

b.显示器

在此电路图中所用的显示器是共阴极形式，阴极必须接地。

图9显示器

3电路原理图

图11

3.5设计总结

本数字电子钟的设计是由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器所组成。但本设计电路的缺点是：没有整点报时电路，即据该方案进行生产得到的产品并无报时功能。该设计方案的优点是：采用北京时间计时，直接将时间以数字形式表现出来、精确度较高、走时稳定、使用方便。本设计采用有集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器组成，由它得到高频信号；再将此信号传至由3片中规模集成电路计数器74LS191相串联得到的分频器中，从而得到我们计时所需要的秒信号（频率为1Hz的秒信号）；之后再将该信号传至计数器，计数器计数的准确性直接影响数字表的准确，且计数器部分是我们《电子技术》课程学习的重点，计数器包括两部分，即12进制计数和60进制计数，本设计12进制计数采用74LS191和74LS00、74LS08共同来实现，60进制采用74LS191和74LS00、74LS08共同来实现；经过准确计数后，再将信号传至译码器，由于我对74LS4511的用法非常熟悉，所以就选用它作译码器来进行对来自计数器信号的译码；最后将时间以数字形式体现在显示器上，显示器由七段发光二极管采用共阴极接法组成。

4结论

通过这次对数字电子钟的课程设计，我觉着最大的收获就是增强了自己独立收集资料的能力，锻炼了自己独立思考、独立解决问题的能力。虽然我们至此已经完成了电子技术课程（模电部分和数电部分）的学习，但在本次课设的实际应用当中仍然遇到了很多未曾想到的问题。实际操作是我们的目的，而理论知识是我们实际操作的基础，这使我更加体会到了理论联系实际的重要性，同时也增加了自己解决实际问题的能力，对独立设计电路的过程、对各个分块电路的工作原理和功能的实现过程都有了更加清楚的了解。同时对所学到的理论知识有了更近一部的理解（尤其是计数器部分）。

此外，通过这次的课程设计，使得我对word等应用软件的应用能力有了更进一步的提高，为以后的工作和日常生活中的应用打下了结实的基础。

参考文献

1阎石，数字电子技术基础，第四版，北京：高等教育出版社，1998；

2谢自美，电子线路设计*实验*测试，第三版，武汉：华中科技大学出版社，2006；