1、11.多功能数字钟的电路设计课程设计的目的1了解计时器主体电路的组成及工作原理。2掌握数字电子钟的设计、组装与调试方法。3熟悉集成电路及有关电子元器件的使用方法。课程设计的要求用中小规模集成电路组成数字电子钟，在 Multisim 软件中设计、仿真，并在数字电路实验箱上进行组装、调试。具体实现以下功能：1. 基本功能：（1） 设计一个有“时”、“分”、“秒”(23 小时 59 分 59 秒)显示的数字电子钟。（2）具有校时时、分的功能。 （3）整点报时。在 59 分 51 秒、53 秒、55 秒、57 秒、输出 750Hz 音频信号，在 59 分 59 秒时输出 1000Hz 信号，音响持续
2、1 秒，在 1000Hz 音响结束时刻为整点。 2.系统原理框图由振荡器输出稳定的高频脉冲信号作为时间基准，秒计数器满 60 向分计数器进位，分计数器满 60 向小时计数器进位，小时计数器按 “24 翻1”规律计数，计数器经译码器送到显示器；计数出现误差可用校时电路进行校时、校分、校秒，可发挥部分：使数字钟具有可整点报时与定时闹钟的功能。数字钟的结构框图如图 1 所示时显示器 分显示器 秒显示器时计数器 分计数器 秒计数器校时电路振荡器 分频器定时控制仿电台报时整点报时主体部分2图 1 数字钟的结构框图3.设计方案与论证时间脉冲产生电路方案一：由集成电路定时器 555 与 RC 组成的多谐振荡
3、器作为时间标准信号源。555 与 RC 振荡电路如图 2 所示图 1 555 与 RC 组成的多谐振荡器图方案二:振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用石英晶体构成振荡器电路。石英晶体振荡器的作用是产生时间标准信号。因此，一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一时间脉冲信号。石英晶体振荡电路如图 3 所示3图 2 石英晶体振荡器图方案三：由集成逻辑门与 RC 组成的时钟源振荡器门电路组成的振荡电路如图 4 所示图 3 门电路组成的多谐振荡器图用 555 组成的脉冲产生电路: R1=47k，R2=47k，C=10F ，则 555 所产生的脉冲的为:f
4、=1/(R1+2*R2)CLn2=1Hz,而设计要求为 1Hz,在精度要求不是很高的时候可以使用。石英晶体振荡电路:采用的 32768 晶体振荡电路,其频率为 32768Hz,然后再经过 15 分频电路可得到标准的 1Hz 的脉冲输出.R 的阻值,对于 TTL 门电路通常在 0.72K 之间;对于 CMOS 门则常在 10100M 之间。由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期不仅与时间常数 RC 有关，而且还取决于门电路的阈值电压 VTH，由于 VTH容易受到温度、电源电压及干扰的影响，因此频率稳定性较差，只能用于对频率稳定性要求不高的场合。综上分析，选择方案一，555 与 RC 组成的振荡电路较
5、简单，易调节，成本较低44.电路图及设计文件4.1 工作原理4.1.1 电路总原理如图 8 所示A7QA13B1B2C2C1D6QD0BI/RO4E9I5F15LT3QG4U174LS8A7QA13B1B2C2C1D6QD0BI/RO4E9I5F15LT3QG4U274LS8A7QA13B1B2C2C1D6QD0BI/RO4E9I5F15LT3QG4U374LS8A7QA13B1B2C2C1D6QD0BI/RO4E9I5F15LT3QG4U47LS8A7QA13B1B2C2C1D6QD0BI/RO4E9I5F15LT3QG4U574LS8A7QA13B1B2C2C1D6QD0BI/RO4E9I
6、5F15LT3QG4U674LS8D03Q0141413D2521236Q3RCO15ENP7T10CLK2OAD9MR1U774LS160 D03Q0141413D2521236Q3RCO15ENP7T10CLK2OAD9MR1U874LS160D03Q0141413D2521236Q3RCO15ENP7T10CLK2OAD9MR1U974LS160D03Q0141413D2521236Q3RCO15ENP7T10CLK2OAD9MR1U174LS160D03Q0141413D2521236Q3RCO15ENP7T10CLK2OAD9MR1U74LS1601245 6U13:A74LS201
7、2456U14:A74LS20R4 DC7Q3GND1VC8TR2 TH6CV5 U15NE5C10.uFR147kR247kRV1kC210uFD03Q0141413D2521236Q3RCO15ENP7T10CLK2OAD9MR1U1074LS6910123 8U13:B74LS2034U16:B74LS0456U16:C74LS04SW2SW-PDT-MOBUZ1BUZER12345612 8U1774LS30 12U16:A74LS04A7QA13B1B2C2C1D6QD0BI/RO4E9I5F15LT3QG4U174LS8 A7QA13B1B2C2C1D6QD0BI/RO4E9I5F
8、15LT3QG4U274LS8 A7QA13B1B2C2C1D6QD0BI/RO4E9I5F15LT3QG4U374LS8 A7QA13B1B2C2C1D6QD0BI/RO4E9I5F15LT3QG4U47LS8A7QA13B1B2C2C1D6QD0BI/RO4E9I5F15LT3QG4U574LS8 A7QA13B1B2C2C1D6QD0BI/RO4E9I5F15LT3QG4U674LS8D03Q0141413D2521236Q3RCO15ENP7T10CLK2OAD9MR1U774LS160 D03Q0141413D2521236Q3RCO15ENP7T10CLK2OAD9MR1U874L
9、S160D03Q0141413D2521236Q3RCO15ENP7T10CLK2OAD9MR1U974LS160D03Q0141413D2521236Q3RCO15ENP7T10CLK2OAD9MR1U174LS160D03Q0141413D2521236Q3RCO15ENP7T10CLK2OAD9MR1U74LS1601245 6U13:A74LS2012456U14:A74LS20R4 DC7Q3GND1VC8TR2 TH6CV5U15NE5C10.uFR147kR247kRV1kC210uFD03Q0141413D2521236Q3RCO15ENP7T10CLK2OAD9MR1U107
10、4LS6910123 8U13:B74LS2034U16:B74LS0456U16:C74LS04SW2SW-PDT-MOBUZ1BUZER12345612 8U774LS30 12U6:A74LS04图 8 多功能数字钟的总原理图4.2 电路设计5A2555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIC5330nFC610uFR1747kR1847kR192kKey=A50%0VCC98765图 10 秒脉冲发生器4.2.2 基于 74ls160 的 2460 进制计数器的设计图 11 74ls160 的引脚图6表 1 74ls160 的功能表D03Q014D14Q113
11、D25Q212D36Q31RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U1 74LS160 D03Q014D14Q113D25Q212D36Q31RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U1274LS16012456U14:A74LS20图 12 采用同步置数法设计 60 进制计数器7A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14 U174LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14 U274LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4
12、QE9RBI5QF15LT3QG14 U374LS48D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7 ENT10CLK2 LOAD9 MR1U774LS160D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7 ENT10CLK2 LOAD9 MR1U874LS160D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7 ENT10CLK2 LOAD9 MR1U974LS1601245 6U13:A74LS20R147k56U16:C74LS04图 13 采用同步置数法设计 24 进制计数器A7QA13B1QB12C2QC1
13、D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14 U574LS48A7QA13B1QB12C2QC1D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14 U674LS48图 14 译码及驱动显示电路图84.2.4 整点报时电路BUZ1BUZER123456112 8U1774LS301 2U16:A74LS04用 8 输入与非门，8 个端口分别分和秒都为 59 时的高电平状态，这时，蜂鸣器就会发出持续 1S 的响声。4.2.5 校时电路SW2SW-SPDT-MOM数字种启动后,每当数字钟显示与实际时间不符进,需要根据标准时间进行校时。由于采用了 74HC160 芯片，只
14、需要让 HC160 的置数端有效，然后在各个 HC160 的输入端口上输入标准时间，在再启动电路时，第一个上升沿9到来时，也就置数成功，也就校准时间成功了。 上图左端连的是 74HC160 的置数端 LOAD，低电平有效。所以只要把开关打到下面的接地端，并且在 74HC160 的各个输入端，输入标准时间，在启动电路，等第一个上升沿到来就置数成功。5.测试方法与数据5.1 测试步骤如下：5.1.1 用示波器检测脉冲信号发生器部分，看其输出的秒脉冲信号的波形、频率和周期等是否符合要求，必须确保秒脉冲信号的频率准确（F1HZ） ，这关系整个数字钟的准确性。5.1.2 分别将时、分、秒计数器的脉冲信号
15、输入端调至较时脉冲，检查各计数器是否按所要求的进制形式进行，显示是否正常。同时看较时电路是否达到较时的目的。5.1.3 时、分、秒计数器接回计时脉冲，看总体工作是否正常。仿真结果正常。6.元件清单器件型号 用途介绍 数量7SEG-COM-CAT-GRN 数码显示器 674LS160 十进制计数器 674LS20 4 输入与非门 3BUZZER 蜂鸣器 1Resister 47K 欧姆电阻 2Pot 2K 电位器 1103 0.01u 电容 1Switch 开关 11074LS30 8 输入与非门 1以及若干接地和，电源。表 2 元件清单表7 总结结果基本符合要求，实现了相关功能，能正常显示时间。通过这次课程设计，让我感觉整体规划很重要，同时必须要有足够的耐心，脚踏实地一点一点的完成。在拿到课程设计题目的时候，第一步要根据设计要求，思考原理以及实现方案。第二步要根据自己所选定的方案确定选用那些元器件，然后查阅相应芯片的资料，掌握其引脚分布以及用法。第三部将整体的设计分成各个子模块，然后一个模块一个模块的进行设计，最后将各个子模块整合在一起进行整体仿真。整个仿真过程中必须仔细认真，而且要有足够的耐心，不厌其烦的进行测量校正修改。直到得到预想的结果。通过本次课程设计，通过借助网络搜集,查阅相关资料巩固了所学知识。从中提高了自己的实践能力。
