电子时钟课程设计

引言120世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快近年来随着数字技术的迅速发展，各种中、大规模集成电路在数字系统、控制系统、信号处理等方面都得到了广泛的应用这就迫切要求理工科大学生熟悉和掌握常用中、大规模集成电路功能及其在实际中的应用方法，除通过实验教学培养数字电路的基本实验方法、分析问题和故障检查方法以及双踪示波器等常用仪器使用方法等基本电路的基本实验技能外，还必须培养大学生工程设计和组织实验能力数字钟已成为人们日常生活中必不可少的生活用品，广泛用于个人家庭以及办公室的公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便本次设计以数字电子为主，实现对日、时、分、秒数字显示的计时装置，周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，并具有校时功能的数字电子钟电路主要采用规模TTL集成电路本系统的设计电路由脉冲逻辑电路模块、电源模块、校时模块、计数模块、译码显示模块等几部分组成本设计采用555构成定时电路集成器件555芯片是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路，其逻辑功能强，使用灵活，可方便组成多种逻辑功能电路，能够更加简单更加快捷的实现定时功能数字电子钟的发展广泛，现在处于集成电路控制阶段它也可以用单片机理论来实现，现利用仿真软件MultisimlO实现数字电子钟的模拟参考文献刘全忠，刘艳莉.电子技术.北京高等教育出版社

[1].

2008.11康华光主编.电子技术基础（数字部分）.第四版.北京高等教育出版社，

[2]2001应用教程.韩力.电子工业出版社，

[3]multisimlO2008数字电子钟概述2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，故需要再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振荡器电路构成数字钟与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用数字电子钟是一个将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时等附加功能数字电子钟需要显示“日”“时”、“分”、“秒”，它的周期为24小时，“日”采用七进制，“时”采用二十四进制，“分”采用六十进制，“秒”采用六十进制主电路系统由秒信号发生器、“日”，”时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路组成秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度,一般用555定时器加分频器来实现将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”“时计数器”采用24进制计时器,可实现对一天24小时的累计每累计24小时发出一个“日脉冲信号”，该信号被送到“日计数器”译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态用七段显示译码器译码，通过七段显示器显示出来校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整图原理方框图

2.1单元模块3信号发生模块

3.1信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器振荡电路可选用结构较为简单的555定时器构成的多谐振荡器，555定时器能够极方便的构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器由于使用灵活、方便，所以在施密特触发器的基础上改接成多谐振荡器555内部结构包括两个电压比较器C1和C2,一个基本RS触发器和一个集电极开路的放电三极管TD三部分构成555定时器如图所示图定时器

3.1555计数模块模块

3.2秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后分别得到显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求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、时个位和时十位计数器和星期计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位时十位计数器为24进制计数器,星期计数器为7进制计数器计数器的实现用的是74LS161,时间计数有星期计数、时计数、分计数和秒计数4部分计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等但是并无法显示计算结果，一般都是要通过外接LCD或LED屏才能显示U2174LS161D田出〜图计数器

3.2译码显示模块

3.3译码是把给定的代码进行翻译，将星期、时、分、秒计数器输出的四位二进制代码翻译为相应的十进制数，并通过LED显示器显示，通常LED显示器与译码器是配套使用的我们选用的七段译码驱动器74LS248和数码管LED是共阴接法，通过计数器加到译码器，从而实现共阴极七段LED显示器的计数显示功能译码显示电路如图所示U1474LS248D图译码显示

3.3其中4BI/RBI、5RBL3LI引脚具有消隐、输入/串引消隐输出、串行消引输入、灯测试的功能，且为使74LS248正常工作，须将控制信号端BI/RBO、RBL LT的引脚全部高电平它们分别对星期、时、分、秒计数器的输出进行译码，与LED数码器连接LED数码器采用共阴接法，阴极采用接地设备作为发光二极管的接地时钟校准模块

3.4当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正.通常，校正时间的方法是: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在实验实现过程中使用的是通过开关（普通开关）来实现高低电平的切换，手动赋予需要的高低电平来实现脉冲的供给，将脉冲提供到所需要的输入端口，实现校时，仿真过程中能够正常校时并且在校时的时候达到了预定的效果；而在我们进入实际电路连接的时候，利用开关（手控导线点触实现）来实现校时再不像仿真那样的精确了，原因分析是由于使用的是普通的开关同时利用的是手动的对输入端口赋予脉冲信号，在实现手动生成脉冲信号的过程中产生了扰动，即相当于产生了多个的脉冲信号对需要的数码管进行校时，如此，并没有达到仿真的精确效果，但是在实验中通过改进电路的校时方式，不是用手触开关产生脉冲信号（如若需用手触则需要使用一个锁存器实现去抖动，才能够在脉冲生成时候不产生干扰的脉冲，实现zudNooxNNacnIm正常的校时），而是使用信号发生器实现信号的提供，对需要校时的数码管在相对应的输入端口提供脉冲信号实现校时，利用此方式实现校时则比手触开关方式效果要好时钟校准电路如图所示图校准电路图

3.4电源模块

3.5电源有电池供电和整流供电两种电源核心器件7805固定三端集成稳压器的外形，它将调整器、取样放大器等环节集于一体，内部包含限流电路、过载保护电路，基本上可防止任何情况的过载，具有较高的稳定度和可靠性这样连接便能得到5V直流稳定电压，但由于其输出电压固定不变，固此极大地限止了它的应甩范围7805属串联型集成稳压器，其输出电压由内部决定如果将7805的公共端与地断开，通过一只电位器接到负5V左右的电源上，这样在改变电位器阻值的同时，集成稳压器的取样电压也随之发生了改变，于是输出电压也发生了变化电源电路如图所示图电源

3.5电路仿真与调试4Multisim10概述通过直观的电路图捕捉环境，轻松设计电路通过交互式SPICE仿真，迅速了解电路行为借助高级电路分析，理解基本设计特征通过一个工具链，无缝地集成电路设计和虚拟测试通过改进、整合设计流程，减少建模错误并缩短上市时间MultisimlO是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，其元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库有超强板级的模拟/数字电路板的设计工作它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力MultisimlO软件进行设计仿真分析的基本步骤为:设计创建仿真电路、原理图电路图、选项的设置、使用仿真仪器、设定仿真分析方法，启动MultisimlO仿真仿真分析开始前可双击仪器图标打开仪器面板准备观察被测试波形按下程序窗口右上角的启动/停止开关状态为1,仿真分析开始若再次按下，启动/停止升关状态为0,仿真分析停止电路启动后，需要调整示波器的时基和通道控制，使波形显示正常用仿真软件实现其功能运用的是MULISIM仿真软件，该软件是一个完成原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件,它具有较为先进的电路分析功能,可以完成电路的瞬态，稳态分析，时域，频域分析等；可以设计测试和演示各种电子电路，包括模拟电路，数字电子路等电路的连接与仿真是我们这次课程设计的主要任务之一，也是整个过程的最难的阶段仿真这部分工作在multisim仿真软件上进行对于电路的仿真分为几个部分，分别对电路各个部分的功能都进行仿真调试之后，每连接一部分都要调试一次，才能确保最后的成功Multisim这个仿真软件以前用的很少，对它的基本仿真过程不是很了解，而且有些器件的位置也不是很明确，只能一边学习，一边仿真，过程很慢但收获很多基本过程按照电路原理图僵仿真分为几部分依次连接电路并测试；连接晶体振荡电路并调试，观察发出的是否为1KHZ的信号；连接

7、

60、24进制的计数器电路并调试，观察是否符合要求；将输出信号连接到计数电路，观察时钟是否正常运行在仿真过程中出现了许多错误，在处理错误的过程中必须一步一步进行检查，而且在调试过程中必须认真，将“日”“时•”“分”“秒”逐一进行调试利用信号发生器，示波器进行信号分析，逐一排除故障设计总结5通过这次数字电子钟的课程设计，我们才把学到的知识与实践相结合在此次的数字钟设计过程中，我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也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计进行更复杂的设计奠定了坚实的基础在此次设计过程中，我充分运用了电子技术课程中所学的基本电子知识和所有数字电路的内容，在此基础上，通过查阅相关资料，结合设计任务，参考先人经验，设计出最终产品通过几天的数字钟设计过程，将从书本上学到的知识应用于实践，学会了初步的电子电路仿真设计,虽然过程中遇到了一些困难，但是在解决这些问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高当最终调试成功的时候也是对自己的一种肯定在此过程中我学会了仿真Multisim软件的使用，正确的设计出了电子钟仿真电路，更学到了课本上没有的知识，在这几天中我同样学会了团队的重要性，我们一起设计一起解决问题通过几天的学习我明白了专业的方向，和以后要走的路在今后的学习中不再漫无目的的学习，而是有方向有针对性的学习，对我以后的学习有莫大的帮助。