河南城建学院。
数字电子技术基础课程设计报告。
题目：数字钟。
姓名： 姚松
学号： 132411151
专业班级： 应用物理学
指导老师： 樊晓虹周焱
所在院系： 数理学院
2023年01月02日。
成绩评定·一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。
课程设计成绩评定。
摘要。本设计是本次设计采用multisim12**软件进行**。
数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。
数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。目前，数字钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。数字钟适用于自动打铃、自动广播，也适用于节电、节水及自动控制多路电器设备。
它是由数子钟电路、定时电路、放大执行电路、电源电路组成。
为了简化电路结构，数字钟电路与定时电路之间的连接采用直接译码技术。具有电路结构简单、动作可靠、使用寿命长、更改设定时间容易、制造成本低等优点。
从有利于学习的角度考虑，这里主要介绍以中小规模集成电路设计数字钟的方法。
目录。1 概述1
1.1 课程设计题目及要求1
1.2 设计组成部分1
2 系统总体方案及硬件设计2
2.1 系统总体方案2
2.2 系统硬件设计2
2.3 设计所用器材3
3 各模块设计4
3.1 时钟振荡电路4
3.2 秒脉冲产生电路5
3.3 计数电路5
3.4 校正电路7
3.5 整点报时电路8
4 软件**9
5 课程设计体会10
参考文献11
附录1系统原理图12
1 概述。1.1 课程设计题目及要求。
第一题：数字钟。
设计要求：要求用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分、秒的数字电子钟，技术要求如下：由晶振电路产生１hz标准秒信号，秒、分为00~59六十进制计数器，时为00~23二十**制计数器，周显示从1~日为七进制计数器。
可手动校正，且具有整点报时功能。
1.2 设计组成部分。
该设计电路主要包括以下几方面：晶体振荡电路、分频器电路、时间计数器电路、译码驱动电路、整点报时电路、时间校正电路等。
2 系统总体方案及硬件设计。
2.1 系统总体方案。
数字钟实际上是一个对标准频率（1hz）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1hz时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。
图1所示为数字钟的一般构成框图。
图1 数字钟的一般构成框图。
2.2 系统硬件设计。
晶体振荡器电路：晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768ｈz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。
分频器电路：分频器电路将1000hz的高频方波信号经1000次分频后得到1hz的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。
时间计数器电路：时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中小时为二十**制，分钟和秒六十进制，输出可用数码管显示，所以要求二十**制为00000000~00100011计数，六十进制为00000000~01100000计数，并且均为8421bcd码编码形式。
译码驱动电路：译码驱动电路将计数器输出的8421bcd码转换为数码管需要。
的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。
校时校分电路：在接通电源或者时钟走时出现误差时，则需要进行时间的校准。通常可以在整点时刻和利用电台或者电视台的信号进行校准，也可以在其他时刻利用别的时间进行校准。
整点报时电路：时钟一般都具有整点报时功能，即在时间出现整点前数秒内，数字钟会自动报时，以示提醒。其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波，较复杂的也可以是实时语音提示。
显示数码管：数码管通常有发光二极管数码管和液晶显示数码管，本设计提供的是发光二极管数码管。
2.3 设计所用主要器材。
1. 通用实验底板。
2. 直流稳压电源。
3. 电位器。
4. 数码显示器。
5. 电容：10nf、3～22pf之间。
6. 电阻kmω
7. 主要集成电路：74ls160
8. 晶振：32768hz
9. 开关：单刀双掷开关。
10. 三极管：8050
11. 蜂鸣器：0.45w
3 各模块设计。
3.1 时钟振荡电路。
时钟电路设计有很多设计方法，比如555多谐振荡器、模拟运放振荡器、石英晶体**器等，其中555多谐振荡器调节方便，并且multsim中有非常实用的向导，而石英振荡器准确性最高。
方案一：石英晶体**电路。
如图2所示为电路通过cmos非门构成的输出为方波的数字式晶体振荡电路，这个电路中，cmod非门与晶体、电容和电阻构成的晶体振荡电路；实现整形缓冲功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较为理想的方形波；与石英晶体串联的微调电容可以对振荡器频率做微调，从而在输出端得到较为稳定的脉冲信号。电路中输出反馈电阻为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。两个电容与晶体构成一个谐振网络，完成对谐振频率的控制功能，同时提供一个180度相移，从而和与非门构成一个正反馈网络，实现振荡器的功能。
图2 石英晶体**电路图。
方案二：555多谐振荡器电路。
555多谐振荡器电路产生1khz的电路原理图如图3所示：
图3 555多谐振荡器电路。
通过比较可知，555组成的脉冲产生电路产生的脉冲误差不高，而且电路简单经济。
3.2 秒脉冲产生电路。
秒脉冲产生电路主要功能有两个：一是产生标准秒脉冲信号；二是可提供整点报时所需要的高、低音频率信号。
方案一：555多谐振荡器产生1khz信号，故想得到秒脉冲需要将分频比设置为1000，正好选用三个十进制计数器实现，即利用74ls160。
方案二：石英晶体振荡器产生32768hz信号，故想要得到1hz信号，就要进行分频，利用4位二进制计数器74ls161计数分频可以得到。
3.3 计数电路。
利用四位十进制的芯片74ls160级联分别来实现分、秒的六十进制，时的二十**制以及周的七进制。
1.周计数——七进制电路。
利用与非门反馈到置数端，当=0111时，置数端输入变成“0”，使输出变成置的数0001，利用置数法实现，计数范围1~7。
图4 七进制电路**。
2.小时计数——二十**制电路。
首先设计一个一百进制的计数器，在24（00100100）处直接取出所有为一的端口，经过与非门给清零端，适用清零法完成二十**制，计数范围0~23。
图5 二十**制计数器**。
3.分钟、秒计数——六十进制电路。
首先设计一个一百进制的计数器，在59（01100000）处直接取出所有为一的端口，经过与非门给清零端，适用清零法完成二十**制，计数范围0~59。
图6 六十进制计数器**。
3.4 校正电路。
方案一：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。根据要求，数字钟应具有分校正、时校正、日校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。
图7 方案一校正电路。
方案二：校正周、时、分电路基本一致，这里只**校分电路，如图7所示，方法是控制六十进制的时钟输入端cp，使用两个三态门或者把秒进位信号加入，用来控制校分和计分的切换，由于两个三态门和的使能端有效点评刚好相反，接地时是校分功能，不接地时是计分功能，其他校正电路与校分电路基本一样。
图8方案二校正电路。
通过比较可知，方案二比方案一的电路复杂，成本也更高，通过比较选择方案二，电路既简单又经济。
3.5 整点报时电路。
根据要求，电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为和5，因此可将分计数器十位的和、个位的和及秒计数器十位的和相与，从而产生报时控制信号。
选蜂鸣器为电声器件，蜂鸣器是一种压电电声器件，当其两端加上一个直流电压时酒会发出鸣叫声，两个输入端是极性的，其较长引脚应与高电位相连，图19的三极管时为了驱动蜂鸣器。
图9 整点报时电路。
4 软件**。
整体**电路图如图10所示：
图10 整体电路图如图所示。
5课程设计体会。
在此次的数字钟设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。这学期数电实验课的考试就是做的数字钟，所以在计数模块上面有以前的经验，设计技术模块很快就得出了正确的结果，虽然跟实验室用得芯片不一样，但原理不一样，我也得出结论，不同的电路可以实现同样的功能，我们应该设计最简单，最经济，最实用的电路。当然这个不一定所有条件都符合，找到一个最大限度满足各种条件的方案是我们设计的目标。
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