目录。设计目的 3
设计任务 4
设计指标 4
多功能数字钟设计原理 5
时钟信号振荡电路 6
秒脉冲产生信号 7
计数电路 8
小时计数电路 8
分钟计时电路 9
秒钟计数电路 10
校时信号 11
整点报时电路 13
译码驱动及显示电路 14
数字钟整体电路的实现 15
多功能数字钟设计方案二 16
设计原理图 16
电路各个组成部分 16
电路图实现 18
方案比较以及确定 19
电路的**与调试 20
元器件明细表 23
设计心得与体会 25
参考文献 27
增强对数字电子技术及相关知识的了解与掌握。
学习multisim 10.0 等相关软件的使用方法。
具备简单电路设计的能力。
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。此次设计与制作数字电子钟的目的是让学生在了解数字钟的原理的前提下，运用刚刚学过的数电知识设计并制作数字钟，而且通过数字钟的制作进一步了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及其使用方法。由于数字电子钟包括组合逻辑电路和时序电路，通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法，从而实现理论与实践相结合。
总的来说，此次课程设计，有助于学生对电子线路知识的整合和电子线路设计能力的训练，并为后继课程的学习打下一定的基础。
设计一个数字钟的电子电路，使其具有以下功能：
时”、“分”、“秒”的十进制数字显示功能，其中“时”为24进制，“分”和“秒”都是六十进制；
手动校时功能；
整点报时功能。
时间计数电路采用24进制，从00开始到23后再回到00；
各用2位数码管显示时、分、秒；
具有自动校时、校分功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；
计时过程具有报时功能，当时间到达整点时，蜂鸣器开始响，同时灯光隔一秒亮一次的显示；
为了保证计时的稳定及准确，须由晶体振荡器提供时间基准信号。
数字电子钟电路一般由振荡器、分屏器、计数器、译码器、及显示器组成，其框图如下图1-1所示：
从图1-1可以看到，石英振荡器产生的振荡信号送到分频器，经分频后得到1hz的秒脉冲，秒脉冲再送入计数器进行计数，并把累计的计数结果以“时”、“分”、“秒”的时间格式显示出来。“秒”和“分”的显示由两级计数器及译码器组成六十进制计数电路来实现，“时”的显示是由两级计数器和译码器组成的二十**制计数器电路来实现。除了基本的计时功能外，本数字电子钟还增加了手动校正和整点报时的功能。
接下来介绍各单元电路。
时钟电路的实现方案有很多，如555多谐振荡器。模拟运放振荡器及石英晶体振荡能提供频率稳定的准确的方波信号，可保证电子钟走时准确，实际中的电子钟都使用这种振荡器；而555多谐振荡器调节方便，本设计采用它作为时钟信号产生电路。利用555振荡器设计的信号振荡电路如图2-1所示。
由555多谐振荡器电路产生1khz的振荡信号，经过分频器1000分频后得到1hz的方波信号作为秒计数器的计数信号。分频器实际上就是计数器，可用3片十进制计数器74ls160来实现。为了加快**过程，便于观察实验结果，此处选用了jk触发器74ls73d构成的t触发器进行2倍分频，这样约4khz的振动信号经过3级分频器分频后，得到500hz的脉冲信号，作为秒计数器的计数信号。
小时计数为二十**制计数器，电路如图3-1所示。
在图3-1中，74ls160是十进制计数器，选用2片74ls160先构成100进制（0~99）计数器，然后在24（00100100）取出为1的端口。为了提高可靠性，所有为0的端口加非门74ls04，再经过与非门和或非门送到清零端，实现二十**制计数，其计数范围为0~23。
在图3-2中，分钟计数电路为六十进制计数电路，类似于二十**制计数电路，也选用了74ls160芯片。首先也是设计成100进制计数器，然后在60处（01100000）取出为一的端口，给所有的为0的端口加非门74ls04，再经过与非门送到清零端，实现六十进制计数。，计数范围为0~60。
与分钟计数电路同理，秒钟计数电路可以完全按照其样子做成。电路如图3-3所示。
在刚接通电源或时钟走时出现误差时，便是需要手动的对时间进行校准。校准时间电路如图 3-4所示。校时电路由“时”、“分”、“秒”校准3部分组成，分别用3个开关j1、j2、j3来完成。
当开关接高电平vcc时，为正常计时档；当开关接低电平（接地），为校时档。例如要校正“小时”，当开关j1扳到接地的校时位置时，此时的u30a和u31a两个与非门组成了rs触发器，门电路u30a输出为“1”，门u31a输出为“0”，使得与非门u28a打开，u29a封锁，校时信号直接接入小时计数器的时钟断clk进行快速校准，校准结束后，开关j1接到正常的计时位置，小时计数器就利用分进位正常计数。“分”和“秒”的校准与“时”校准的原理相同。
整点报时电路是由报时电路计数器、停止电报时控制电路、蜂鸣器等部分组成，如图3-5所示。报时计数电路由两块74ls192芯片组成，74ls192为可逆十进制计数器，用两片74ls192芯片构成两位十进制减法计数器。在分计时达到59分时，把当前的小时计数值作为减计数的初始值保持起来，并开始进行减计数，一直减到零；停止报时控制电路由7个或门和一个模拟开关组成，当减计数到零时，经过或门的逻辑判断，输出控制信号为低电平，模拟开关截止，蜂鸣器停止报时。
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，并为数码管提供足够的工作电流，以保证数码管的正常工作。本设计选用了74ls48设计显示译码电路，74ls48为七段数码管的译码器，是一种与共阴极级数字显示器配合使用的集成译码器，其功能是把输入的4位二进制**转换成显示器需要的7个段信号a~g。如下图3-6所示。
显示数码管有发光二极管（led）数码管和液晶显示（lcd）数码管，根据74ls48的特点，此处选用led数码管。led显示器具有工作电压低（1.5~3v）、体积小、寿命长、亮度高、响应快以及可靠性高的优点，但其工作电流较大，每个字段的工作电流约为10ma
将以上的各个单元电路组合起来，就形成了数字时钟电路，如图4-1所示。
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。一个用来计“时”、“分”、“秒”的数字钟，主要由六个部分构成。
其整体设计原理图如图4-1所示。
振荡器。振荡器主要用来产生频率稳定的时间标准（时标）信号，以保证数字时钟的走时准确及稳定。要产生稳定的时标信号，一般采用石英晶体振荡器。
现在使用的指针式电子钟或数字显示的电子钟都是使用石英晶体振荡器电路。从数字钟精确度考虑，晶体振荡器频率越高，计时的精度越高，但这样会使分频器的级数增加。所以在确定频率时应当考虑两方面因素。
分频器。振荡器产生的时标信号通常频率很高，为了得到1hz的秒信号，需要对振荡器的输出信号进行分频。分频器的级数和每级的分频次数要根据时标频率来定。
例如，目前石英电子钟多采用32 768hz的时标信号，将此信号经过15级二分频即可得到周期为1秒的秒信号。也可以选用其他频率的时基信号，确定分频次数后再选择合适的集成电路。
计数器。秒”、“分”、“时”分别为。
六十、六十、二十**制的计数器。“秒”和“分”计数器用两块十进制的计数器来实现是很容易的，他们的个位为十进制，十位为六十进制，这样符合人们通常计数的习惯。“时”计数也采用两块十进制集成块，只是做成24进制。
计数器均用反馈清零法来实现。
译码显示电路。
因为本计数全部采用十进制集成块，所以计数器的译码显示均采用8421bcd-7断译码器，采用共阴或共阳极的显示器。
校时电路。在刚开机接通电源时，由于“时”、“分”为任意值，所以需要调整。“校时”电路的基本原理是将“秒”信号直接引进“时”计数器，同时将“分”计数器置零，让“时”计数器快速计数，在“时”的指示达到需要的数字后，切断“秒”信号。
“校分”电路也按此方法进行。
整点报时电路。
数字钟一般都应具备整点报时功能，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活有节奏的音频声波，较复杂的也可以是实现语音提示。
数字钟的整体电路可如图 4-2所示。
方案二与原方案相比较有一下的优点与缺点。
优点：与原方案比较，方案二所用的元器件明显较少，也因此方案二实现的电路就看着更加简单了。
缺点：与原方案比较可知，方案二中有着不足。
方案二电路电源一接通后就会乱码，必须要手动校时后才会正常。
方案二电路能校正的只有“分”和“时”，而原方案却是“时”、“分”、“秒”都是能校正的，因此可以使校准更加简单。
蜂鸣报警电路的设计，方案二中只有蜂鸣器却没有灯光的显示。
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