一、绪论1.1课题说明1.2方案设计目的1.3技术指标1.4方案设计及论证二、核心部件简介2.1 555时基电路2.2 74LS90异步加法计数器三、各部分电路组成部分及其设计原理3.1数字电子钟的构成框图3.2数字电子钟的模块及其工作原理3.2.1晶体振荡器电路3.2.2计数器电路3.3秒、分、时译码显示模块3.4校时电路四、说明各部分功能的实现4.1开始状态4.2时、分、秒分别校时4.3满60秒向分钟进位状态满60分向小时进位状态4.4 23:59:59向00:00:00进位状态五、整体电路图六、实验室调试6.1元件清单6.2调试过程6.3调试结果6.4调试心得体会一、绪论1.1 课题说明由于现代社会模拟电子技术基础和数字电子技术基础的高速发展，因而由这技术制造出来的越来越先进，数字钟体积小，安装使用方便，不仅可以作为家用电子钟，而且可以广泛用于车站、体育场馆等公共场所。
虽然数字钟的外形和功能不尽相同，但是用于制造数字钟的原理基本上都是一样的。
所谓数字钟，是指利用电子电路构成的计时器。
本次课程设计要求设计一个数字钟，基本要求为数字钟的时间周期为24小时，数字钟显示时、分、秒，数字钟的时间基准一秒对应现实生活中的时钟的一秒。
供扩展的方面涉及到整点报时、定时闹钟等。
1.2 方案设计目的用中小规模集成电路设计一台能显示时、分、秒的数字电子钟，要求如下：1．由晶体振荡电路产生1HZ的标准脉冲信号。
2．秒、分为00——59 六十进制计数器。
3．时为00——23 二十四进制计数器4．可手动校准。
只要将开关置于校准位置，即可对分别对分、时进行手动脉冲输入校准或连续脉冲校准调整。
5．用Multisim画出整个系统电路图，进行仿真与调试；6．实现整个数字电子钟电路各项任务的正常工作。
7. 撰写设计报告：写出设计过程，和调试结果，写上心得体会。
1.3 技术指标1. 显示时、分、秒的是24小时制。
3. 具有校时功能：可以对小时和分单独校时，对分校时的时候，停止分向小时进位。
6. 为了保证计时准确、稳定，由晶体振荡器提供标准时间的基准信号。
1.4 方案设计及论证1.4.1方案设计一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器和555定时器组成。
干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒、”计数器、译码器及显示器、电路组成。
首先构成一个555定时器产生一秒钟的震荡周期，由74LS90采用清零法分别组成六十进制的秒计数器、六十进制分计数器、二十四进制时计数器。
使用555定时器的输出作为秒计数器的CP脉冲，把秒计数器地进位输出作为分计数器地CP脉冲，分计数器的进位输出作为时计数器的CP脉冲。
使用LED显示器进行显示。
1.4.2方案论证1.4.2.1数字钟基础电路我们知道，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，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现，在此我们用555定时器来实现。
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。
译码显示电路将“时”、“分”、“秒”、计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。
再选用合适的集成块，本实验中使用的芯片有555时基电路一块，74LS90六块，74LS00八块以及TTL逻辑门若干、电阻电容若干、电源导线若干。
根据实验原理图进行联线就可以组成一个数字钟。
二 核心部件简介2.1 555时基电路如图4(a)所示，由555定时器和外接元件R 1、R 2、C 构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。
电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过R 1、R 2向C 充电，以及C 通过R 2向放电端 C t 放电，使电路产生振荡。
电容C 在CC V 31和CC V 32之间充电和放电，其波形如图4(b)所示。
输出信号的时间参数是 T ＝t w1＋t w2， t w1＝0.7(R 1＋R 2)C ， t w2＝0.7R 2C555电路要求R 1 与R 2 均应大于或等于1K Ω ，但R 1＋R 2应小于或等于3.3M Ω。
外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。
（a ） （b ）图4 多谐振荡器图2.2 555外部管脚图2.2 74LS90异步加法计数器74LS90由四个触发器及附加门组成，它有两个时钟脉冲输入端A CP 、B CP 。
两个清零输入端Ro(1)、Ro(2)，两个置“9”输入端R9(1)、、、R9(2)，四个输出端QDQCQBQA ，两个NC 端(空脚)。
从功能表我们便清楚地知道它的功能。
利用74LS90的Ro(1)、Ro(2)和R9(1)、、、R9(2)可以实现复位和置位功能。
当R9(1)、、、R9(2)两个输入端全为“1”时，无论Ro(1)、Ro(2)为何状态，计数器置“9”；当Ro(1)、Ro(2)都为“1”时，R9(1)、、、R9(2)中有一个为“0”时，计数器清零。
当Ro 、R9，输入端都为低电平时，74LS90方可计数。
计数功能如下：①时钟脉冲从A 端输入，从QA 端输出，则是二进制计数器。
②时钟脉冲从B 端输入，从QD 、QC 、QB 。
端输出，则是异步五进制加法计数器。
③当QA 和CPB 端相连，时钟脉冲从A 端输入，从QD 、QC ，QB 、QA 端输出，则是8421码十进制计数器。
④当A 端和QD 端相连，时钟脉冲从B 端输入，从QD 、Qc 、QB 、QA 端输出，则是5421码十进制计数器。
图2.3为 74LS90的逻辑图及管脚图。
图2.374LS90的逻辑图及三、各部分电路组成部分及其设计原理3.1 数字电子钟的构成框图数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路。
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3.1所示为数字钟的一般构成框图。
图3.1 数字钟的组成框图3.2 数字电子钟的模块及其工作原理3.2.1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。
采用由逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器，使振荡频率f=1HZ。
图3.2 晶体振荡器电路（在OUT端产生1HZ的信号脉冲）秒脉冲发生器产生的波形：3.2.2计数器电路数字钟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,而根据设计要求,时个位和时十位计数器为24进制计数器。
(1) 两片74LS90构成的60进制计数器电路, 电路如图（a）所示。
74LS90为十进制计数器, C0为进位端, 74LS90为十进制计数器和与门组成六进制计数, 当74LS90计数至6(0110) 时, 与门发出清零信号使74LS90（2）清零。
同时74LS90（1）也清零, 完成60进制计数。
秒和分的计数器结构完全相同。
当秒的十位在清零时也同时向分的个位发一个脉冲, 使分加1。
60进制电路（a）：(2) 两片74LS90构成的24进制计数器电路,电路如图9所示。
由74LS90（1）和74LS90(2)组成, 将74LS90(1)的Q1与74LS90(1)的Q2作为与门输入端,当74LS90(2)加至2(0010)时, 74LS90（1）加至4 (0100) 时与门发出清零信号使74LS90(2)和74LS90(1)同时清零, 实现二十四进制计数。
电路如图（b）所示。
24进制电路(b)：3.3 秒、分、时译码显示模块数码管按照其发光二极管的连接方式不同，可分为共阳极和共阴极两种。
共阴极是指数名观众所有发光二极管的阴极连在一起接低电平，而阳极分别由a,b,c,d,e,f,g输入信号驱动，当某个输入为高电平时，相应的发光二极管点亮；共阳极数码管则相反。
它的所有发光二极管的阳极连在一起接高电平，而阴极分别由a,b,c,d,e,f,g输入信号驱动，当某个输入为低电平时，相应的发光二极管点亮。
由于计数器输出的事8421BCD码，数码管不能直接显示成数字，为了让计数数码管显示人们能看懂的数字，就需要把计数器输出的8421BCD码转换成数码管显示的阿拉伯数字，这就需要译码显示器的翻译。
本次设计我们用的是共阴极七段数码管，显示器引脚从左到右依次为1，2，3，4，5，6，7。
该显示器不包涵译码功能，所以我们采用74LS48D来实现译码功能，如图（c）所示。
译码显示电路（c）：3．4 校时电路校时电路是数字钟不可缺少的部分，每当数字钟与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。
J1、J2分别是时校正、分校正开关。
不校正时，J1、J2开关是断开的。
当校正时位时，需要把J1、J2开关闭合，就能使时位增加1，校正完毕后把J1、J2开关断开。
J1调节时、J2调节分。
其电路图如下:四、说明各部分功能的实现4.1 开始状态图（e）开始状态图4.2 时、分、秒分别校时图（f）秒校时图（g）分校时图（h）时校时4.3 满60秒向分钟进位状态图（i）4.4 满60分向小时进位状态图（j）4.5 23:59:59向00:00:00进位状态图（k）23:59:59的状态图（l）00：00：00状态五、整体电路图图（ｍ）六、实验室调试6.1元件清单6.2 调试过程在Multisim软件中，完整的接好数字电子钟电路，当秒的开关接由晶体振荡器直接生成的1HZ信号，分、时的开关分别接来自秒、分的进位时，LED显示器可准确显示00：00：00——23：59：59，24小时制的时间计数。
通过对时、分两开关的即“Ｊ１”、“Ｊ２”调节，可分别实现调时调分的功能。
6.3 调试结果数码管能正常显示，按照课程设计的要求，结果均能一一显示出来。
如下图（ｎ）:图（ｎ）6.4 调试心得体会这次的数字电子钟设计，是按一个小组的形式进行一个电路的设计与制作的。
由于刚开始对设计思路并不是很清晰而且对Multisim软件的使用方法并不是很熟悉，以至于整个过程花了我不少时间，可当做完时才发现做这个数字钟并不是很难很难，主要是在调试时花了不少时间，其间换了不少器件，有的器件在理论上可行，但在实际运行中就无法看到效果，所以调试花了我不少时间，有时无法找出错误便更换器件重新接线以使电路正常运行。