数字钟的设计与仿真

综合实践（论文）

题目数字钟

学院通信与电子工程学院

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摘要：本次设计主要是利用数字电路实验箱上的74LS160、555定时器、74LS00与七段显示译码器设计简易数字钟,实现准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间和校时功能。由于采用纯数字硬件设计制作，与传统机械表相比，它具有走时准、显示直观、无机械传动装置等特点。它的小时周期为12，分和秒的周期为60。

关键字：数字时钟时计数器分计数器秒计数器校时器

目录

摘要：......................................................................................... I

第1章绪论 (1)

1.1 设计要求 (1)

1.2 设计任务 (1)

第2章总体框图 (2)

2.1 总体框图 (2)

2.2 设计思路及模块功能 (2)

第3章选择器件 (3)

3.1 74LS160（本实验需要6片） (4)

3.2 74LS04（本实验需要1片） (6)

3.3 74LS00（本实验需要2片） (7)

3.4 74LS20（本实验需要1个） (8)

3.5 LED（本实验需要6个） (9)

3.6 三极管8099（本实验需要1个） (11)

3.7 小灯泡（本实验需要1个） (11)

第4章功能模块 (13)

4.1 秒脉冲发生器 (13)

4.2 计数译码显示 (13)

4.3 整点报时电路 (17)

第 5章总体设计电路图 (19)

结论 (21)

参考文献 (22)

附录 (23)

第1章绪论

1.1 设计要求

能进行正常的时，分，秒计时功能，分别由6个数码管显示24h,60min,60s.

Sb键进行校时：按下Sh键时，时计数器一秒速度递增，并按24循环，记满23后再回00.

Sm键进行校分：按下Sm键时，分计时器以秒速度递增，并按60计数循环，记满59后再回00，但不能向“时”进位。

Sc键进行秒清零：按下Sc键时，可对秒清零。

扬声器整点报时：当计时器达59'51、59'53、59'55及59'57时，鸣叫声频率为500Hz；到达59'59是为最后一声整点报时，频率为1k Hz。

1.2 设计任务

按具体要求设计出各部分电路图，并画出整体电路图。

利用multisim软件对可编程器件进行设计输入、设计仿真和器件编程，使器件具有所规定的逻辑功能。

安装调试所设计的电路，使之达到技术指标要求。

分析实验结果，写出设计说明书。

第2章总体框图

2.1 总体框图

图2-1总体框架

2.2 设计思路及模块功能

根据设计任务与要求，得出总设计思路：由秒脉冲发生器产生的秒脉冲信号送入秒计数器电路，秒计数器电路计满60后触发分计数器电路，分计数器电路计满60后触发时计数器电路，当计满24小时后又开始下一轮的循环计数。通过校时电路可以对分和时进行校时。

（1）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的计时准确度。下图是采用555定时器组成的多谐振荡器，改变电阻和电容调整振荡器输出信号的频率，使其发出1kHZ脉冲。

（2）分频电路。

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。因为74LS90是二-五-十进制计数器，所以3片级联就可以获得所需频率信号：第1片的QA端输出频率为500HZ，第二片的QD端输出频率为10HZ，第三片的QD端输出为1HZ。

由总系统框图可知，数字钟需要两个60进制计数器分别用作“分”和“秒”的计数，还需要一个二十四进制计数器作“小时”的计数。秒、分计时电路显示00～59，它们的个位为十进制，十位为六进制。时计时电路显示为00～23，个位仍为十进制，而十位为三进制，但当十进位计到2，而个位计到4时清零，就为二十四进制了。

（4）校正电路。

在计数器开始或计时出现误差时，必须和标准时间校准，这一功能由校时电路完成。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，从而使计时电路快速达到标准时间。将“秒”信号分别引到“分”和“时”的脉冲输入端一边快速校准“分”和“时”。A、B用作校时切换，其中A做校“时”用，B做校“分”用。

（5）报时电路。

根据题目要求，每当数字钟快要到达整点时发出声响，设4声低音（500HZ）分别发生在59'51、59'53、59'55及59'57，最后一声音发生在59'59，它们的持续时间为1s，如下图所示。

表1持续时间表

由表可得，QC=“0”时，输入500HZ音响

QC=“1”时，输入1k HZ音响

只有当分十位的QCQA=11，分个位的QDQA=11，秒十位的QCQA=11及秒个位的QA=1时，音响电路才能工作。

第3章选择器件

表2元件表

1 74LS160 6片

2 74LS00 2片

3 74LS0

4 1片

4 74LS20 4片

5 单刀双掷开关5个

6 LED 6个

7 直流稳压电源5V 1个

8 三极管1个

9 喇叭1个

10 数字电子技术试验箱1个

3.1 74LS160（本实验需要6片）

74LS160为十进制同步加法计数器

图3-1 74ls160引脚图

表2 74ls160的逻辑表

CP EP ET 工作状态×0 ×××置零

1 0 ××预置数

× 1 1 0 1 保持

× 1 1 × 0 保持（但C=0）