电子技术课程设计一评分：数字显示电子钟
班级：1308106
学号：**********
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日期：2015年6月9日
一、设计目的
1、掌握数字钟的结构，各部分的工作原理；
2、学会将各部分（单元）电路组成系统电路的方法；
3、掌握中规模集成电路和显示器件的使用方法；
4、了解简单数字系统的调试方法。

二、设计要求
1、LED数码管显示小时、分、秒；
2、可以快速校准小时、分，秒计时可以校零；
3、最大显示为23小时59分59秒；
4、绘制电气原理图；
5、给出各功能块的原理说明。

三、设计原理概述
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。

实验中的数字电子钟使用555集成芯片构成多谐振荡器产生计时脉冲信号，通过分频器（74LS90集成芯片）使脉冲信号达到标准的秒脉冲信号（即产生频率为1HZ的信号）。

秒、分、时分别为60、60和24进制计数器。

秒、分均为六十进制，即显示00--59，它们的个位为十进制，十位为六进制。

分秒功能的实现是用两片74LS161组成60进制递增计数器。

时为二十四进制计数器，显示为00--23，当十进位计到2，而个位计到4时清零，就为二十四进制。

时功能的实现也是用两片74LS161组成24进制递增计数器。

对计数信号采用74LS48集成芯片实现译码，使用6个共阴极七段数码管显示时、分、秒的计数。

通过组合逻辑电路对时钟的“分”、“时”进行校时，为避免校时中机械开关产生的抖动，所以在校时电路中加入RS锁存器，开关每按压一次，输出信号改变一次。

时钟电路框图如图一。

图一
四、单元电路设计与分析
1.振荡器
振荡器是数字电子时钟的核心部分，其作用是产生一个标准频率的脉冲信号，信号振荡频率的精度和稳定度决定了数字钟的质量。

本实验中采用555集成芯片与RC构成多谐振荡器产生脉冲信号（如图2），信号从“3”脚输出，。

调节Rp可以改变脉冲信号的频率。

一般来说，振荡频率越高，产生信号的精确度越高，但是，同时振荡频率增大耗电量也会增加。

实际操作中，微调Rp使信号的输出频率为1MHZ。

图二
2.分频器 由于振荡器产生的频率很高（f =1MHZ ），要得到标准的秒脉冲信号，需要分频电路。

本实验由集成电路定时器555与RC 组成的多谐振荡器，产生1MHz 的脉冲信号。

因此，可以采用六片74LS90集成芯片（二--五--十分频器）来实现分频。

计数脉冲从A CP 输入，若A Q 为输出时实现二分频；当B CP 与A Q 相连，C Q 作为输出端时，电路实现十分频。

六片74LS90均采用十分频连接，从而得到需要的1HZ 标准秒脉冲信号，电路如图三。

图三
3.计数器
标准秒脉冲信号经过6级计数器，分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时。

“秒”、“分”计数器为六十进制计数，“时”为二十四进制计数。

①六十进制计数器
由分频器来的脉冲信号，首先送到“秒”计数器进行累加，秒计数器应完成一分钟之内的秒数目的累加，并达到60秒时产生一个向分钟的进位信号。

因此，可以选用两片74LS161集成芯片组成60进制计数器。

其中，“秒”个位为十进制，“秒”十位为六进制，电路如图四。

由图可知CR （MR ）接高电平，秒信号脉冲从CLK 端输入进行十进制记数，满十输出进位信号，即5U 中的0123Q Q Q Q =1010时计数器清零，同时输出进位信号，此信号用于控制秒十位计数器的记数。

秒十位计数器为六进制计数器，Q1、Q2的输出端通过与非门输出构成清零复位信号给CR （MR ）端，当6U 中的0123Q Q Q Q =0110时计数器清零，从而构成六进制计数器，同时输出向“分”计数
器的进位信号。

图四
分计数器的组成电路与秒计数器的组成电路完全相同。

不过进入CP 的脉冲信号为秒十位进位信号输入的信号。

②二十四进制计数器
数字电子钟采用24小时制计时法，因此在“时”计数上采取二十四进制计数器。

由“分”十位进位的脉冲信号，首先送到“时”个位计数器，“时”个位计数器由74LS161集成芯片构成十进制计数，计数信号满10向十位进位，“时”十位也是用74LS161芯片构成3进制计数器，电路如图五。

图五
由图可知，来自“分”十位的进位信号进入“时”个位计数器，计数器满10清零，即当计数器9U 的0123Q Q Q Q =1010时，同时向“时”十位计数器送入脉
冲信号。

当9U 中的0123Q Q Q Q =0100且10U 中的0123Q Q Q Q =0010时，计数器9U ，
10U 同时清零，即完成24进制计数。

4.译码器及数码管
译码是把给定的代码进行翻译, 将时、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。

设计中选用的七段译码驱动器(74LS48集成芯片) 和数码管(LED) 采用共阴极接法。

电路如图六。

图六
5.校时电路
①通常情况下，时钟开始计时与标准时间不同，时钟采用输入脉冲信号给“时”，“分”校正，电路如图七。

图七
由图7可知，当开关S向A闭合（自动闭合）时，时钟正常计数，当开关向B闭合（手动闭合）时，每按压一次输出一个脉冲，即计数器计数增加1。

在按压按开关键时，由于机械开关的接触抖动，往往在几十毫秒内电压会出现多次抖动，相当于连续出现了几个脉冲信号。

显然，用这样的开关产生的信号直接作为
电路的驱动信号可能导致电路产生错误动作，这些情况下是不允许的。

为了消除开关的接触抖动，因此在机械开关与被驱动电路间接接入一个基本RS触发器。

当S为＝0， R＝1（即开关向B闭合时），可得出CP＝l，CP＝0。

当按压按键时，开关向A闭合，S＝1，R＝0，可得出 CP＝0，CP＝1，改变了输出信号的状态。

若由于机械开关的接触抖动，则R的状态会在0和1之间变化多次，若 R ＝l，由于A＝0，因此G2（
U A）门仍然是“有低出高”，不会影响输出的状态。

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同理，当松开按键时， S端出现的接触抖动亦不会影响输出的状态。

因此，图7所示的电路，开关每按压一次，输出信号CP仅发生一次变化。

这样就可以对时钟的“时”，“分”进行手动校正。

②为使时钟具有更加准确的计时，可采用等待校时对”秒“进行校正。

如图八。

图八
当开关SW3闭合时，时钟正常计数；当开关断开时，计数器停止计数，时钟可以进行对“秒”的校正，当标准时间与时钟显示的时间相同时，闭合开关SW3，这样就实现了对“秒”的校正。

五、总电路原理图
六、操作说明
1.SW1为计时器开关及秒调节开关，断开SW1，计时器停止，可用于秒对时。

2.SW2为分调时开关，按下分“+1”。

3.SW3为时调时开关，按下时“+1”。

七、参考资料
[1] 杨世彦. 电工学（中册）电子技术. 北京：机械工业出版社，2005.。