数字电子钟实验报告

目录

一、设计目的、意义 (1)

二、设计内容 (1)

1总体设计方案简介 (1)

2单元电路设计 (2)

3总电路图 (6)

4仿真结果 (7)

三、结果分析 (8)

四、设计总结 (8)

五、设计心得 (9)

参考文献 (10)

附录 (11)

一、设计目的、意义

1．巩固和加深对电子线路基本知识的理解，提高综合运用课程知识的能力。

2．培养学生根据课程需要自学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的能力。

3．通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

4．掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会简单电路的调试和整机指标测试方法，提高动手能力。

5．了解与课程有关的电子线路及元器件工程技术规范，按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计的实验结果，能正确绘制电路图。

二、设计内容

1.总体设计方案简介

电路总体框图如图2.1所示：

图2.1 数字钟原理框图

电路由振荡器、分频器、“时”“分”“秒”对应的计数器、译码显示器、校时电路、整点报时电路和闹钟电路等构成。

电路的工作原理是：振荡器产生稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器计满60后向分计数器进位，分计数器计满60后向时计数器进位，时计数器设置成24进制计数器。计数器的输出送译码显示器显示。计时出现误差时可以用校时电路进行校时、校分、校秒。由分计数器、秒计数器的结果控制整点报时电路。当时计数器、分计数器计数到与闹钟设置电路设置的时间相同时实现闹钟功能，蜂鸣器响一分钟。

2．单元电路设计

1). 振荡器

由555定时器构成的多谐振荡器

产生1kHz的脉冲信号，电路参数如图

2.2。通过调节R3在输出端得到比较精

准的1kHz脉冲信号。

2). 分频器

分频器的功能有两个：一是产生标

准脉冲信号，二是提供整点报时电路用

的1kHz的高音频信号和500Hz的低音

频信号。选用三片74LS90完成上述功

能。第一片的Q A端输出频率为500Hz，

第二片的Q D端输出为10Hz，第三片的

Q D端输出为1Hz。电路如图2.3。

图2.2 振荡器

图2.3 分频器

3).时间计数器和译码显示电路

秒和分计数器分别用两片74LS160构成60进制计数器，时计数器用两片74LS160构成24进制计数器，如图2.4。

a)

b)

图2.4 时间计数器

a)60进制计数器b) 24进制计数器

译码显示电路由6个四输入的LED显示器构成，不需要再使用译码器。

图2.5 校时电路

4). 校时电路

校时的方法是给被校时的计时电路引入一个超出常规计时许多倍的快速脉冲信号（这里使用1Hz 的秒脉冲信号），从而使计时器电路快速到达标准时间。将“秒”信号分别引到“分”和“时”的脉冲输入端以便快速校准“分”和“时”，校时电路如图2.5。 5). 整点报时电路

每当数字钟快要到整点时发出声响，四声低音分别发生在59’51’’ 、59’53’’ 、59’55’’ 及59’57’’，

最后一声高音发生在59’59’’，它们的持续时间均为1s 。如图2.6，整点报时电路由门电路构成。

图2.6 整点报时电路

6).闹钟电路

闹钟电路选用了四片74LS85四位数值比较器实现。74LS85比较器的一组输入接小时和分钟时计数器的输出，另外一组接四位拨码开关，当小时和分钟计数器的输出与拨码开关的值完全相等时，四片比较器输出都为高电平，经四位与门后输出到蜂鸣器，蜂鸣器响一分钟。例如，拨码开关依次为

0001, 0011,0100, 0000,此时表示为13时40分，

当计数器的输出也为13时40分时，四片74LS85的OAEQB输出端都为高电平。

图2.7 闹钟电路

3.总电路图

图2.8 总电路图

4.仿真结果

对计时电路进行仿真时，由于使用秒脉冲的仿真时间较长故使用1kHz脉冲代替秒脉冲。仿真结果如图2.8。

图2.9 计时电路仿真结果图

当时间为59’51’’整点报时电路开始报时，每隔一秒响一次，四个低音，一个高音，同时发光二级管亮。

二极管亮

图2.10 整点报时仿真结果图

当闹钟设置时间为13:40时，计时电路计时到13:40:00蜂鸣器开始响，直到13:41:00，闹钟结束。

a)

图2.11 闹钟电路仿真结果图

a)闹钟电路和时、分显示b) 拨码开关图

三、结果分析

经过仿真可得出本数字钟具有以24小时为周期进行计时的功能，具有校时、整点报时及闹钟功能，满足设计要求。

四、设计总结

振荡器可以用晶体振荡器实现，晶体振荡器的振荡频率稳定，性能更好，但是会使分频器的设计变得复杂，所以在精度要求不高的情况下选用555定时器构成的多谐振荡器会更方便。

闹钟电路中使用拨码开关进行闹钟的设置，虽然实现起来简单，但是不够直观。可

以仿照校时电路中引入快速脉冲信号输入计数器的方法并配合译码显示器来实现对闹钟的设置。但是对于要设置多个闹钟时间的情况，用上述两种方法就要将很多相同的闹钟设置电路并联使用，会使电路过于复杂，这时若使用RAM进行设计就会显得更简便些。

五、设计心得

本次课程设计，我们组要设计的是多功能数字钟。一开始，寻找资料，觉得数字钟的实现都挺复杂的，但当我们深入研究的时候，发现其实只要把各功能的实现电路组合在一起即可实现该多功能数字钟。

在利用multisim软件对各功能电路进行仿真时，遇到一些问题，如不知道元件在元件库中的位置，并且有些TTL元件的功能一致，但触发沿与数字电子技术课本上不同。对于这些问题，我们都是认真地一一对其单独仿真，以获得这些芯片的具体功能。

本次课程设计，我主要学会了利用中规模（MSI）器件设计具体功能的数字钟，以及进一步加深了对multisim软件的了解。本来这次课程设计可以使用多种方案来设计，例如，实现六十进制的74LS160芯片可以利用74LS290芯片（8421BCD的十进制功能）或者利用74LS161芯片（6*10的级联法），但由于时间关系，我们选用了其中较为简便的并且是利用现学的基本电路来设计实现，我相信以后也可采用稍复杂的电路来更加准确的实现多功能数字钟。