开放性实验报告

（A类）

项目名称：        多功能数字钟电路设计        

专业班级：            电子2班                  

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小组成员：            何聪、范瑞              

多功能数字时钟设计

摘要

数字电子钟实际上是一个对标准频率（ 1Hz）进行计数的计数电路。

由振荡电路形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、 “分”、“秒”的数字显示出来。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。

一般由振荡电路、计数器、数码显示器等几部分组成。 

振荡电路：主要用来产生时间标准信号，由 NE555 组成的多谐振电路产生， 但是因为时钟的精度主要取决于时间标准信号的频率及稳定度，所以一般采用石 英晶体振荡器。

分频器：因为振荡器产生的标准信号频率很高，要是要得到“秒”信号，需 一定级数的分频器进行分频。 

计数器：有了“秒”信号，则可以根据 60 秒为 1 分， 24 小时为 1 天的进制， 分别设定“时”、“分”、“秒”的计数器，分别为 60 进制， 60 进制,24 进制计数 器，并输出一分，一小时的进位信号。 

校时器：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 上加一个校时电路可以对分和时进行校时。

报时器：计时过程要具有报时功能，当 时间到达整点前 10 秒开始，蜂鸣器开始鸣叫。

1.

系统原理框图

数字电子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。本设计采用 74LS160、带有译码器的数码管和适当的门电

路构成,可实现对时、分、秒等时间信息的采集和较时功能地实现。

设计一个数字计时器，可以完成 00:00:00 到 23:59:59 的计时功能，并在

控制电路的作用下具有快速校时、快速校分功能。 能进行正常的时分秒计时功

能。分另由六个数码管实现时分秒的计时。同时实现报时和闹钟的功能。

通过 Multisim10 软件平台，设计含小时，分钟，秒钟显示功能的数字时钟。

2.单元电路设计与仿真

2.1时间脉冲产生电路

直接用NE555产生1HZ的秒脉冲，由计算公式可知如果R1=15k,R2=68K,c=10uF,

就可以产生秒脉冲，电路如图

利用NE555多谐振荡器，优点： 555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差

分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。缺点：要精确

输出1Hz脉冲，对电容和电阻的数值精度要求很高，所以输出脉冲既不够准确

也不够稳定。

所以在实际应用中多用石英晶体产生32768HZ的频率，然后经过CD4060的十四分频，再用74LS74二分频，就可以产生1HZ精准的脉冲。

但是在仿真时， 1HZ 的频率太慢了，在实际中得到的时间不是 1S 计数一

次，所以仿真都是用函数发生器代替，所以在数字电子钟的电路图中没有振

荡器。

2.2时间计数器电路

秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后，分别得到“秒”个位、十位、 “分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时输出信号，然后送至显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。 “秒”和“分”计数器应为六十进制，而“时”计数器应为二十四进制和十二进制。采用10进制计数器74LS160来实现时间计数单元的计数功能。

·60进制计数器

如图所示，分、秒计数电路由 U1 和 U2 俩部分组成。当时十位 U1计数为 5， U2计数为 9 时，两片 74LS160复零，再加上一片74LS13,从而构成 60 进制计数。

·24进制计数器

如图所示，24进制计数电路由 U1 和 U2 俩部分组成。当时个位 U2计数为 3， U1计数为 2 时，两片 74LS160复零,从而构成 24 进制计数。同理可得12进制计数电路。

·12小时计数器

2.3 十二与二十四小时的切换

12/24进制得转换用的是一个单刀双掷开关，开关向上是12进制，开关向下是24进制，该设计的缺点是每当12/24进制转换后要重新启动

2.4校时电路

数字钟应具有分校正和时校正功能，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。校正信号可直接取自信号发生器产生的信号；输出端则与分或时个位计时输入端相连。

当开关打到一端时，正常输入信号可以顺利通过，故校时电路处于正常计时状态；

当开关打到一端时，信号产生校时电路处于校时状态。如图：

2.5报时电路

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 5、9 和 5，因此可将分计数器十位的 Qc 和 Qa 、个位的 Qd 和 Qa

及秒计数器十位的 Qc 和 Qa 相与，从而产生报时控制信号。

报时电路可选74HC30来构成。74HC30为8输入与非门。

2.6电路总图

见附件1

3.PCB板的制作

3.1 原理图的绘制

根据Multisim的仿真图，在protel99se上画出Sch原理图。

3.2 PCB的制作

在protel99se里先画好各个元件的封装，然后更新PCB图。

检查各条线路的连接，注意VCC和GND的连接，然后自动布线，得到PCB图。

3.3 PCB图

见附件2和附件3

4.心得与体会

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。  总的来说，这次设计的数字时钟还是比较成功的，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤的指导下，终于游逆而解，有点小小的成就感，终于觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识，而且锻炼了自己的能力，使自己对以后的路有了更加清楚的认识，同时，对未来有了更多的信心。最后，对给过我帮助的组员和老师表示忠心的感谢！

附录 原件清单

题目   多功能数字钟电路设计  

姓  名：        何昕泽             

学  号：     631326090217            

专  业：     电子信息工程        

班  级：          2班            

2015   年   12   月

导师对课程设计（论文）的评定：

指导教师签字：                                  

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