数字电子钟课程设计报告

 题目：数字电子钟的设计与仿真

         专业：通信工程

前言

加入世贸组织以后，中国会面临激烈的竞争。这种竞争将是一场科技实力、管理水平和人才素质的较量，风险和机遇共存，同时电子产品的研发日新月异，不仅是在通信技术方面数字化取代于模拟信号，就连我们的日常生活也进于让数字化取缔。说明数字时代已经到来，而且渗透于我们生活的方方面面。

就拿我们生活的实例来说明一下“数字”给我们带来的便捷。下面我们就以数字钟为例简单介绍一下。数字钟我们听到这几个字，第一反应就是我们所说的数字，不错数字钟就是以数字显示取代模拟表盘的钟表，在显示上它用数字反应出此时的时间，相比模拟钟能给人一种一目了然的感觉，不仅如此它还能同时显示时、分、秒。而且能对时、分、秒准确校时，这是普通钟所不及的。与此同时数字钟还能准确定时，在你所规定的时间里准确无误的想你发出报时声音，提醒你在此时所需要去做的事。与旧式钟表相比它更适用于现代人的生活。

在毕业之际恰好遇上学校的毕业课题电子时钟设计毕业论文。因而在所学专业的基础上做了以下毕业设计。希望给大家带来方便的同时，使自己对所学专业有进一步的了解！

             

目录

前言................................................................................................................................. 1

一．摘要.......................................................................................................................... 1

二、 电路的总设计.......................................................................................................... 1

1. 电路的设计目的............................................................................................... 1

2. 电路的组成原理............................................................................................... 2

3.电路设计要求..................................................................................................... 3

三、 单元电路的设计...................................................................................................... 3

1.秒脉冲产生电路................................................................................................. 3

(1)1KHZ 振荡器............................................................................................ 3

2．计数器.............................................................................................................. 4

(1)二十四进制计数器..................................................................................... 4

(2)六十进制计数器......................................................................................... 5

3.组合的数字时钟................................................................................................. 5

4.校准电路............................................................................................................. 6

5.整点报时电路..................................................................................................... 6

6.复位电路............................................................................................................. 7

四、电路的总体设计与调试.............................................................................................. 8

1、具体的电路...................................................................................................... 8

六、 设计总结............................................................................................................... 11

一．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， NE555 组成的多谐振电路产生，由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， 小时为 1 天的进制，24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。  

 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。另外，计时过程要具有报时功能，当时间到达整点前 1 秒开始，蜂鸣器开始鸣叫。 

二、 电路的总设计

1. 电路的设计目的： 

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

    2. 电路的组成原理： 

电路的组成原理: 

    数字电子钟主要分为数码显示器、60  进制和  24  进制计数器、频率振荡器和校时这几个部分。数字电子钟要完成显示需要 6 个数码管，八段的数码管需要译码器械才能显示，然后要实现时、分、秒的计时需要 60 进制计数器和 24 进制计数器，在在仿真软件中发生信号可以用函数发生器仿真，频率可以随意调整。60 进制可能由 10 进制和 6 进制的计数器串联而成，而小时的 24 进制可以采用 74LS160 置数端触发实现。频率振荡器可以由晶体振荡器分频来提供，也可以由 555 定时器来产生脉冲并分频为  1HZ。

主体思路图：

 

 

 3.电路设计要求

具体要求：实现24小时的时钟显示、校准、整点报时等功能。

（1）显示功能：具有“时”、“分”、“秒”的数字显示（“时”从0~23，分0~59，秒0~59）。

（2）校时功能：当刚接通电源或数字时钟有偏差时，可以通过手动的方式去校时。

（3）整点报时：当时钟计时到整点时，能进行整点报时。

（4）复位功能：当数字时钟有偏差时，可以通过手动的方式使其恢复初始零状态。

（5）可以根据个人设想，适当的添加其他功能

三、 单元电路的设计

1.秒脉冲产生电路 

  (1)1KHZ 振荡器 

  振荡器由  555  定时器组成。图  3‐1  中是  由  555 定时器构成的 1KHZ 的自

激振荡器  ,其原理是 

  0.7(2R3+R4+R5)C4=1ms          f=1/t=1KHZ。 

2．计数器 

    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。采用10进制计数器74LS160来实现时间计数单元的计

  数功能。

(1)二十四进制计数器 

如下图所示，时计数电路由  U3  和  U4  俩部分组成。当时个位  U4  计

数为  4，U3  计数为  2  时，两片  74LS160复零,从而构成  24  进制计数。 

 

(2)六十进制计数器 

如下图所示， 秒计数电路由  U11 和  U12 俩部分组成。分、当时十位 U11计数为  5时，两片  74LS160，构成  60 进制计数。

3.组合的数字时钟 

数字时钟系统的组成利用上面的六十进制和二十四进制递增计数器子电路

构成的数字钟系统如图3.11所示

4.校准电路 

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

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.

                      时，分校准电路

5.整点报时电路

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 59 秒到 00分 00 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7个74F08D 来构成

整点报时前的电路                           整点报时后的电路

6.复位电路

在任意时间将时钟的时、分、秒位均恢复到00-00-00状态

控制电路如下

四、电路的总体设计与调试

由电路各个部分的子电路构成的各个部分的功能，再由数字时钟的系统原理框图，可以清楚的知道了总体的电路情况。

由总图可以看出和清楚的整个数字时钟的总体工作原理和整个工作过程：

由555和RC构成的振荡器产生的秒脉冲信号，进入60进制的“秒”计时，“秒”的分位进入60进制的“分”计时，由分的“时”进位进入24进制的“时”计时。

在电路中，还有由门电路和开关构成的校时电路对电路的“时”，“分”进行校时，得到正确的时间。

1、具体的电路

本次基于Multisim10的数字电子钟的设计实现了基本的时钟以及对时钟的校准，整点报时，各个子电路的设计如第五部分子电路设计的结构电路一样，将各个部分连接在一起的整机连调的电路图为：

1时钟00-00-59

2时钟00-59-59

3时钟23-59-59

4任意时间复位前、后结果

六、 设计总结

转眼间，为期一周的数字电路课程设计就结束了。通过这一周的课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到较大提高。

设计，给人以创作的冲动。但凡涉及设计都是一件良好的事情，因为她能给人以美的幻想，因为她能给人以金般财富，因为她能给人以成就之感，更为现实的是她能给人以成长以及成长所需的营养，而这种营养更是一种福祉，一辈子消受不竭享用不尽。安排课程设计的基本目的，在于通过理论与实际的结合、人与人的沟通，进一步提高思想觉悟。尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。

课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”，便重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。

课程设计的过程中，由于对理论掌握的不熟练，或者是操作过程中发生失误，都会导致最后结果出不来。至善至美，是人类永恒的追求。但是，不从忘却“金无足赤，人无完人”，我们换种思维方式，去恶亦是至善，改错亦为至美。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。

对我们通信工程专业的本科生来说，实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。这也是一次预演和准备毕业设计工作。通过课程设计，让我们找出自身状况与实际需要的差距，并在以后的学习期间及时补充相关知识，为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备，从而缩短从校园走向社会的心理转型期。

通过课程设计，我更加明白了一个真理，“实践是检验真理的唯一标准”。课程设计达到了专业学习的预期目的。课程设计之后，我们普遍感到不仅实际动手能力有所提高，更重要的是通过对设计过程的了解，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。

第二篇：数字电子时钟课程设计报告-3

目    录

1 设计任务及要求……… ……………………………………………………………….……(2)

2 系统总体设计方案……… ………………………………………………….………… ….（3）

3 器件选择……………… ……………………………………………………………………(4)

4六十进制“秒”计数器设计

   4.1所需器件符号及说明……………………………………..…………..……………..（8）

   4.2 原理图介绍………….…………………………………………………………….. （8）

5 六十进制“分”计数器设计

   5.1所需器件符号及说明……………………………………..………..…………….. （9）

   5.2 原理图介绍………….……………………………………………………………..（9）

6 二十四进制计数器设计

   6.1所需器件符号及说明……………………………………..………..…………….. （10）

   6.2 原理图介绍………….……………………………………………………………..（10）

7 秒脉冲电路设计

   7.1所需器件符号及说明………………………………………..………..……………..（10）

   7.2 原理图介绍………….…………………………………………………………….. （11）

8校分校时电路设计

   8.2所需器件符号及说明……………………………………..….. …....…………….. （11）

   8.3 原理图介绍………….…………………………………………………………….. （11）

9整点报时电路设计

   9.1所需器件符号及说明…………………………………….. ..………..…………….. （11）

   9.2 原理图介绍………….…………………………………………………………….. （12）

10系统整体电路设计

   10.1所需器件符号及说明……………………………………..………..………………..（12）

   10.2 原理图介绍……….……………………………………………………………….. （12）

11 改进意见及收获体会…………...…………………………………………………………（15）                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

1.设计任务及要求

设计要求及任务

数字钟是一种用数字显示秒、分、时的计时装置，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，因而得到了广泛的应用：小到人们日常生活中的电子手表，大到车站、码头、机场等公共场所的大型数显电子钟。多功能数字钟由以下几部分组成：555定时器组成的多谐振荡器构成秒脉冲发生器；校正电路；六十进制的秒、分计数器和二十四进制的时计数器；秒、分、时的数码显示部分；报时电路等。

具体要求如下：钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置。通过数字钟的制作进一步了解中小规模集成电路。

设计要求：

1、时间以24小时为一个周期；

2、显示时、分、秒；

3、具有校时功能，可以分别对时、分进行单独校时，使其校正到标准时间；

4、计时过程具有整点报时功能；

5、具有开机清零功能；

6、设计所需的脉冲电路。

设计任务：

1、画出电路原理图

2、元器件及参数选择；

3、电路仿真；

4、接线及调试；

5、基于multisim仿真。

2．系统总体设计方案

数字电子钟需要显示“时”、“分”、“秒”，它的周期为24小时，“时”采用二十四进制，“分”采用六十进制，“秒”采用六十进制。另外系统具有整点报时功能，荡“分”变为59时，通过与非门控制蜂鸣器，进行整点报时。由555定时器构成的多谐振荡电路，为“秒”计时器的个位听周期为1s的方波脉冲，“秒”计时器通过串联进位方式与“分”为、“时”位进行连接，计时器芯片为74LS160，再通过译码芯片7448，与BS201进行连接，对数据进行显示，利用7448芯片可以简化电路结构，使电路故障发生率降低，布线也更加容易，系统原理图如下。

3.器件选择

1.由555定时器构成的多谐振荡器

它是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定于数字钟的质量。555定时器引脚图如下，多谐振器电路。多谐振荡器为计数器提供计数脉冲和为计数器提供校时脉冲。本电路产生振荡信号的周期为1s。

            

2.时、分、秒计数器

秒信号经秒计数器、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。“秒”和“分”计数器应为六十进制，而“时”计数器为二十四进制。要实现这一要求，可选用的中规模继承计时器较多，这里推荐74LS160或161。

六十进制计数器，它由凉快中规模集成十进制计数器74LS160，一块组成十进制，另一块组成六进制。组合起来就构成六十进制计数器，如下图。

    

二十四进制计数器，它由两块中规模集成十进制计数器74LS160构成。荡高位出现0010状态，低位为0100状态，即记到第24个来自“分”计数器的进位信号时，产生反馈清零信号，如图为二十四进制计数器。

     

3.译码显示电路

    选用期间是应当注意译码器和西那是期间相互配合。一是驱动功率要足够大，而是逻辑电平要匹配。秒计数器、分计数器、和时计数器的技术分别输送给各自的显示译码器7448，在数送给各自的数码管，显示出时、分、秒的计时。输入A3、A2、A1和A0接受四位二进制码、输出a~g为高电平有限，可直接驱动共阴极显示器，三个复制控制端，以增强期间的功能呢，扩大期间应用。电路如图所示为计数、译码显示电路。

  

4.整点报时电路

整点报时功能呢是通过四路与非门将分为的各位于十位连接在一起，当个位变为9并且十位变为5时，输出低电平信号，再通过非门变为高电平信号，非门连接在NPN型三极管的基极，当基极为高电平时三极管导通，蜂鸣器工作。在其他时刻蜂鸣器不工作。整点报时电路如图

5.LED显示屏

LED是发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写。

LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品种全等特点。目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。管脚１２３４分别接输出段的Ｑ_０、Ｑ_１Ｑ_２、Ｑ_３．图形显示如下图所示：

图、LED显示屏

四、功能模块

10．系统整体电路设计               6.电路总图

总体电路原理图如下图九所示。

   本次设计的总体电路整体工作原理大体描述如下：

   1.首先，由555定时器组成一个多谐振荡器得到1HZ的秒脉冲，秒脉冲发生器的输出端接到每个计数器的时钟输入端。

2.数字钟的分、秒计数部分均为六十进制计数器（显示00～59），采用两片74LS160来实现。个位为十进制，十位为六进制，当个位计数到9时，再来一个脉冲变成0，同时产生一个进位信号，给十位提供一个脉冲，使十位计数加1。而数字钟的时计数部分为二十四进制计数器（显示00～23），也是采用两片74LS160实现。当开始计数时，个位按十进制计数，当计到23时，这时再来一个脉冲，回到“零”。所以，这里必须使个位既能完成十进制计数，又能在高低位满足“23”这一数字后，十计数器清0，图中采用了十位的2和个位的3相“与非”后再清0。当秒计数器计到59时，再来一个脉冲变成00，同时产生一个进位信号给分计数器的CP输入端；当分计数器计到59时，再来一个脉冲变成00，同时产生一个进位信号给时计数器的CP输入端；当时计数器计到23时，再来一个脉冲变成00。

   3.数字钟的校正部分主要是通过开关实现的。当需要进行校正时，将开关J1打开，J2打到+5V时为分校正,J4打到+5V,J4打到上面时为时校正。

   4.当计数器在每次计到整点时，需要提前十秒报时，这可采用译码电路来解决，即当分为59时，且秒计数到50时，输出一高电平，经过一系列门电路驱动灯泡发光，完成整点报时。

   利用Multism软件对整个电路进行仿真，分别对每一部分调试仿真，清零部分有开关J1控制，开关打到+5V时电路正常工作，打到0时，电路清零。

11 改进意见及收获体会

1．         设计体会

通过这次对数字钟的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。

通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。本次实验是基于multisim的基础上做的，通过本次实验我也比较全面的了解了multisim软件的使用。

2．         对设计的建议

我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资料、原理，以及如何检测电路的方法，因为我们对multisim软件很陌生，所以希望老师再做设计之前能给我们系统的讲解一下multisim的使用方法，这样会有助于我们进一步的进入状况，完成设计，能保证一定的效率，如果我对multisim有了比较全面的了解，就不会浪费那么多时间去找器件，这样我们就能有充足的时间去弄清楚数字钟的设计原理，以便更好的做好数字时钟。

3．         .结论

由震荡器、秒计数器、分计数器、时计数器、BCD-七段显示译码/驱动器、LED七段显示数码管设计了数字时钟电路，经过仿真得出较理想的结果，说明电路图及思路是正确的，可以实现所要求的基本功能：计时、显示精确到秒、时分秒校时。

参考文献

1.《数字电子技术基础》 第五版 阎石主编

2.百度文库《电子时钟设计》

3.道客88《电子时钟课程设计》

4.百度文库Multisim基础教程

5.超星文库《计数器基础应用》