数字电子钟课程设计方案实验报告

中北大学

信息与通信工程学院

通信工程专业

《电子线路及系统》课程设计任务书2016/2017 学年第一学期

学生姓名：张涛学号：1405024119

李子鹏学号：1405024125 课程设计题目：数字电子钟的设计

起迄日期：2017年1月4日～2017年7月10日

课程设计地点：科学楼

指导教师：姚爱琴

2017年月日

课程设计任务书

中北大学

信息与通信工程学院

通信工程专业

《电子线路及系统》课程设计开题报告2016/2017 学年第一学期

题目：数字电子钟的设计

学生姓名：张涛学号：1405024119

李子鹏学号：1405024125 指导教师：姚爱琴

2017 年 1 月 6 日

中北大学

信息与通信工程学院

通信工程专业

《电子线路及系统》课程设计说明书2016/2017 学年第二学期

题目：数字电子钟的设计

学生姓名：张涛学号：1405024119

李子鹏学号：1405024125 指导教师：姚爱琴

2017 年月日

目录

1 引言 (6)

2 数字电子钟设计方案 (6)

2.1 数字计时器的设计思想 (6)

2.2数字电路设计及元器件参数选择 (6)

2.2.1秒信号电路 (6)

2.2.2 时、分、秒计数器 (7)

2.2.3 计数显示电路 (8)

2.2.4校时电路 (9)

2.2.5 整点报时电路 (10)

2.2.6 总体电路 (10)

2.3 安装与调试 (11)

2.3.1 数字电子钟PCB图 (11)

3 设计单元原理说明 (11)

3.1 555定时器原理 (12)

3.2 计数器原理 (12)

3.3 译码和数码显示电路原理 (12)

3.4 校时电路原理 (12)

4 心得与体会 (12)

1 引言

数字钟是一种用数字电子技术实现时，分，秒计时的装置，具有较高的准确性和直观性等各方面的优势，而得到广泛的应用。此次设计数字电子钟是为了了解数字钟的原理，在设计数字电子钟的过程中，用数字电子技术的理论和制作实践相结合，进一步加深数字电子技术课程知识的理解和应用，同时学会使用Multisim电子设计软件。

2数字电子钟设计方案

2.1 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，24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”、“秒”得以数字显示出来。

值得注意的是：任何记时装置都有误差，因此应考虑校准时间电路。校时电路一般采用自动快速调整和手动调整, “自动快速调整”可利用分频器输出的不同频率的脉冲使显示时间自动迅速调整时间。“手动调整”可利用手动的节拍调准显示时间。

2.2数字电路设计及元器件参数选择

2.2.1 秒信号电路

它是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定于数字中的质量.通常晶体振荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。

多谐振荡器电路与分频电路如图1.1所示。多谐振荡器与分频电路为计数器提供计数脉冲和为计数器提供校时脉冲。

图1.1 多谐振荡器电路与分频电路

f=1/0.7(Rw+2R)C

多谐振荡器的频率设计为2Hz，R为50kΩ,C为4.7μF。

f=1/0.7(Rw+2R)C=1/0.7(50+2*51)*103*4.7*10-6≈2Hz

调节电位器Rw，使多谐振荡器产生频率为2Hz的方波信号。多谐振荡器产生的2Hz 脉冲信号经过CD4013组成的分频器，进行2分频，输出1Hz的秒脉冲为计数器的计数脉冲。

2.2.2 时、分、秒计数器

秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后。分别得到显示电路，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，这里推荐74LS160

（1）采用两片十进制计数器74LS160N扩展连接，设计60进制的计数器，显示0到59，在59时采用置数的方法，将两片74LS160N同时置数至0，以循环显示0到59。

图 1.2 两块74LS160构成的六十进制计数器

（2）24进制亦采用两片十进制计数器74LS160N扩展连接，设计24进制的计数器，显示0到23，在23时采用置数的方法，将两片74LS160N同时置数至0，以循环显示0到23。

图1.3 两块74LS160构成的二十四进制计数器

（3）利用秒钟的置数信号（为低电平），取反后作为分钟各位的使能端（EP和ET）的控制信号，以实现分秒之间的进位功能。同理可以实现分时之间的进位功能。

（4）显示功能采用Multisim里面的DCD_HEX显示管进行时分秒的显示。将DCD_HEX显示管的四个针脚对应接到74LS160N的四个输出端。

2.2.3 计数显示电路

选用器件时应当注意译码器和显示器件相互配合。一是驱动功率要足够大，二是逻辑电平要匹配

秒计数器、分计数器、和时计数器的计数分别输送给各自的显示译码器CD4511，在数送给各自的数码管，显示出时、分、秒的计时。电路如图1.4所示为计数、译码显示电路。

图1.4 计数显示电路