数字钟(闹钟+秒表+整点报时+校时)

总结设计报告

数字钟

2017-3-16

自动化B

鲁宇轩

设计内容简介

数字钟的主要由74160计数器、7447译码器和显示电路来实现基本功能，而校时、整点报时、秒表和闹钟电路实现其扩展功能。整个电路的秒脉冲（即1HZ）由事先封装好的分频电路产生，秒脉冲送入74160计数器，‘秒’‘分’‘时’的计数器分别送到对应的译码器，然后再将信号送到显示电路显示时间。本次数字钟的设计计时周期为24小时制，显示满刻度为23时59分59秒，星期显示方面为周一~周六+周日。扩展功能的校时电路为自动校时，在校准‘分’‘时’显示后，可以在这个数的基础上继续运行，在整点报时功能中，当数字钟运行至整点前4秒时（例：23时59分56秒）即开始报时，持续5秒后停止，整点报时功能不可手动关闭。秒表功能方面，设计给定脉冲为100HZ，为4位显示，最大设计计时为60.99秒，可以手动暂停/开始和清零。最后是闹钟功能，闹钟设计响应时间为60秒，并且可以手动开启/关闭闹钟。

设计框图

单元模块设计

一、‘秒’电路

秒电路由两片74161计数器加秒脉冲来实现60进制的计数，再通过两片7447译码器将信号给到显示模块来实现秒的功能。

二、‘分’电路

‘分’电路和秒电路一样为60进制，由两片74160计数器和秒进位脉冲来实现分功能，再由7447译码器将信号给至显示电路

三、‘时’电路

‘时’电路和‘秒’‘分’电路有所不同，‘时’电路为24进制，可由两片74160计数器和分进位脉冲实现‘时’功能，再由译码器将信号给显示电路。

四、星期电路

基本功能中星期显示最为复杂，因为计数器默认初始值为0，可能导致下载至实验箱初始星期显示为0，另外根据要求需显示星期一、二、三、四、五、六、日，又加大了星期电路的设计难度，为解决上述问题，此处采用逻辑门通过一些逻辑关系来实现星期功能。

通过真值表对应的关系，画出卡诺图，化简得到A、B、C、D与QA、QB、QC、QD对应的逻辑关系，虽然逻辑电路比较复杂，但是很好的解决了计数器默认初始值为0导致星期显示存在0的情况，并且实现了周六到周日到周一的完美跳转。

五、校时功能

当重新接通电源或走时出现误差时都需要进行校正，本次校时电路采用的是自动校时，校准对象为‘分’‘时’‘星期’。

初始QN端口数据为1

在没有进位脉冲和校时需求的情况下，校时取非（位0）再与1与非为1，校时（为1）与进位端（为0）取与非为1，两个1信号再取与非后为0，输出信号给到低位的置数端，此时0信号使其既不计数也不校时。

而在有进位脉冲而没有校时需求的情况下，校时端取非（为0）再和1与非为1，校时（为1）与进位端（为1）取与非为0, 此后1再与0取与非得到1，此时1信号使其计数直到进位脉冲消失（即计数一个脉冲）。

最后在有校时需求的情况下，由于T触发器的作用，使校时翻转为0，校时取非（为1）再和1与非得到0，另外无论进位信号是1还是0和校时(为0)取与非均为1,此后0再和1与非得到1，自动校时功能打开，再次给T触发器脉冲即可关掉校时。

六、整点报时功能

一般电子钟都具有整点报时功能，即在时间出现整点时，电子钟会自动报时，以示提醒。其作用方式为秒计数的个位和十位以及分计数的个位和十位都为零时，触发发声器，即其全部为0000的时候，将这16位全部接到非门，将低电平转换成高电平，然后两两相与，最后输出接上发声器，即可实现正点报时功能，本次报时时间延长至5秒从56秒时蜂鸣器便发出声响直至整点。

秒表功能实现计时，最大计时时间为60.99秒

闹钟功能的实现运用了8位数字比较器74688，来比较闹钟设定时间和当前数字钟运行时间，当其一致时触发蜂鸣器。

当前闹钟功能和秒表均可单独运行，但需让其能够在屏幕上显示，就涉及到屏幕复用的问题，要让屏幕能够实现数字钟和闹钟秒表的切换，且切换至秒表闹钟功能后数字钟仍在后台运行，就要运用到8位2选一数据选择器：

经过闹钟、秒表、校时扩展功能的添加，导致实验台按键不足，key1、key2、key3分别校时‘分’、‘时’‘星期’，key4用来手动清零秒表，key5是开始和暂停秒表计时，key6和key7原计划用来设定闹钟的时间，key8切换屏幕显示，这样一来闹钟功能就无法关闭，一旦到了设定的时间便会持续响一分钟，这显然是不符合常理的，所以决定添加按键复用，通过将key1和key8通过一些逻辑关系，实现了在数字钟显示时key1用来校准‘分’电路，而当切换至秒表和闹钟功能时，key1又可以用来调整闹钟的分钟位，相应的将key2和key8联合，实现了在数字钟显示时key2为‘时’校准按键，切换至秒表和闹钟功能时，key2同样可以调整闹钟的‘时’，至此key6和key7按键空出，再将闹钟开启和关闭功能赋予于key6，这样一来闹钟便可以自由开启和关闭，并且还多出一个key7按键，为日后增加其他扩展留下了可能。

九、总结

大二上学期，我们就学习了电子技术基础（数字部分和模拟部分），光凭课本上的知识，显得非常的枯燥无趣，并且我们也不是很清楚这个学科的具体用途，但是通过这两周的课程设计，收获可谓颇多，不仅让我学习了如何通过网络去查阅自己所需要的资料，还让我深入得运用了数电的知识去独立设计了数字钟，不论是结果还是过程，都十分的让人印象深刻，通过将自己所学的知识运用到现实生活的物件，让我们了解到大学所学知识的用途，这样更加激励我们在以后的学习中投入更多的精力。

通过这次课程设计不光有收获，而且还有一些对以后这类课程设计的反思：设计的过程中要预先给自己将来扩展留足够的空间，否则会造成电路十分的混乱，倘若出现逻辑问题，就十分的难被发现，事先将各个模块封装好这样修改电路也是个别模块的小修小改，另外在动手连接电路之前，可以再多想想有没有更加简洁的逻辑，否则太过复杂的逻辑造成电路响应时间延长，引起不必要的麻烦。