多功能电子钟设计

《数字电子技术》课程设计

设计题目：多功能数字电子钟电路设计

专业：电子信息科学与技术

班级：09电子信息（本）

学生姓名： ***** 学号：********

起止日期：2011·4·25—2011·6·10

指导教师： ********

多功能数字电子钟电路设计

摘要：数字电子钟电路的设计主要是为了实现准确计时，并且以数字形式显示时、分、秒的时间。

该电路设计中分和秒的设计是按计时要求为60进制进位，小时计数器不仅能够实现“12翻1”

还加入了“24小时进制”，可以在电路中随意进行切换。当计数器出现误差时可以用校时电路进行校时、校分、校秒。电路在Multisim10仿真软件中连接后，模拟测试电路运行正常，功能也都能实现。在试验箱上通过相关元件组装后的电路通过测试，功能实现良好。

关键词：电子钟；计时电路；课程设计

Abstract: Digital electric clock circuit is designed to realize accurate timing, and indicated in digital form, minutes and seconds of time. The circuit design points and seconds of design is hourly requirements for 60 into binary system can realize hours carry by "12 turn 1" ,it have joined the "24 hours carry system", can be in a circuit switching at will. When the counter in a serious error，it can be corrected. Circuit in Multisim10 simulation software after connection of the normal operation, the simulation test circuit, function can come true also. In the test cases by related components on after assembly through test, function realization circuit is good. Keywords: Electric clock; Timing circuits; Course design

1 设计要求

①准确计时,以数字形式显示时、分、秒的时间。

②小时的计时要求是能够实现“12翻1”，分和秒的计时要求为60进位制。

③能够实现校正时间。

2 题目分析

该电路的工作原理是电路接收到时钟脉冲后，秒计数器计数满60后向分计数器进位，分计数器计数满60后向小时计数器进位，小时计数器能够按照“12翻1”规律计数。计数器的输出经译码器送显示器。计时出现误差时可以用校时电路进行校时、校分、校秒。

3 整体构思

分和秒计数器都是模数M=60的计数器；时计数器是一个“12翻1”的特殊进制计数器，为了实现日常生活中习惯用的计时规律，电路还增加了“24小时制”的切换电路可以根据实际需要进行切换。实验中选择74LS191作为各计时单元的计数器，通过预置数法来可以完成各计数单元的清零和实现“12翻1”的特殊进位。

整体框架图如图1所示。

图1 整体框架图

4 具体实现

设计中用74LS191计数器和门电路组成主体计时部分，通过显示译码器与数码显示管，将时间显示出来。校时电路由电阻、电容、开关和一些门电路构成。校时开关M 与H打开为计时状态。当时间出现错误后闭合开关M，可进行“分校时”操作；闭合开关H，可进行“时校时”操作，当时间得到校正后，打开开关，电路重新开始进入计时状态。切换双向开关则可以切换“12小时进制”与“24小时进制”。总体仿真电路图如图2所示。

图2 总体仿真电路图

5 各部分定性说明以及定量计算

5.1分、秒进位电路

分和秒计数器都是模数M=60的计数器，其计数规律为00—01—…—58—59—00…按照这种计数规律进行循环计数，每完成一个循环就向高位输出一个脉冲信号。每个计数单元分别由个位、十位组成，个位为10进制计数，十位为6进制计数，将两者级联起来后就构成了60进制计数器，再将两个这样的60进制计数器级联在一起就能够实现分与秒的计数功能。在完整电路中分与秒的级联并不是直接的，其中还要接入校时电路，由校时电路和上一级计时电路一起提供进位脉冲，才能使电子钟实现计时和校时。分、

秒进位电路如图3所示。

图3 分、秒进位电路图

5.2小时进位电路

当计时选择12小时进制时，时计数器是一个“12翻1”的特殊进制计数器，即当数字钟运行到12时59分59秒，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为01时00分00秒，为了实现“12翻1”的特殊进位，采用预置数法在小时显示为12时，将置数端的0000置为0001，从而在小时计数到13时完成置数操作，将小时跳过00，直接变位01，从而实现“12翻1”的特殊进位。12小时制电路如图5所示。

图5 12小时制电路图

当计时选择24小时进制时，时计数器是一个普通24进制计数器，个位实现10进制计数，十位和个位共同通过门电路实现24置0，如此构成的24进制计数器即可实现24小时进制的计时功能。24小时进位电路如图6所示。

图6 24小时进位电路图

5.3校时电路

当数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间（或称校时）。校时是数字电子钟应具备的基本功能。一般电子手表都具有时、分、秒等校时功能。为使电路简单，这里只进行分和小时的校时，秒计时单元只设置清零。校时电路的要求是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数。校时方式有“快校时”和“慢校时”两种，“快校时”是通过开关控制，使计数器对1Hz 的校时脉冲计数。“慢校时”是用手动产生单脉冲作为校时脉冲。如图7所示的为校“时”、校“分”电路。其中1S 为校“分”用的控制开关，2S 为校“时”用的控制开关，它们的控制功能如表1所示。当1S 或2S 分别为“0”时可进行“快校时”。如果校时脉冲由单次脉冲产生器提供，则可以进行“慢校时”。

图7 校时电路图

将校时电路按照原理图连接好接入分钟电路测试，当开关“A”开启时，电位为1，电路正常计数，此时不进行校时操作；当开关“A”闭合时，电位为0，此时可以进行“快校时”。校时电路仿真测试如图8所示。

图8 校时电路仿真测试图

6 在实验室实现过程中遇到的问题及排除措施

6.1所用模拟软件的某些仿真元件工作不正常。在Multisim10仿真软件中的八脚显示器通过译码器接入电路无反应，对该元件进行电位测试也无任何显示输出；最终采取了不通过译码器而直接选用四角显示器的方式来解决此问题。

6.2时序逻辑电路中存在竞争—冒险现象，导致电路工作不稳定。在设置“12翻1”

的置1电路时有竞争，在计时为12时将所置的二进制数由0000变为0001，而当小时显示的计时变为13时完成置数操作，但这一瞬间很短，几乎在屏幕上看不出，而将小时显示的13直接变为01。而有时由于电路响应的速度问题就会产生竞争—冒险现象，所置的二进制数会又变回0000，所以小时在显示12后就变成了00，这就与实现“12翻1”的设计要求不符。最后在电路中加了两个“非门”相串联的延时电路，使得小时为13时的置数操作早于电路所置数0001变为0000的操作，从而消除了竞争，实现了“12翻1”的小时计数要求。

6.3计数器初始化时分钟显示异常。初始化时分钟显示直接置为01而实际应该是00，在初始的那一刻分钟计时电路个位进位接口存在震荡，而震荡被判为一个进位脉冲，所以初始显示变成了01，为了使电子钟初始化显示为00:00:00，在分钟计时电路中加入了置零功能电路，可以人工通过开关将初始化时的分钟显示的数字01重新置为00，从而解决了初始化不正常的问题。

7 设计心得体会

这次课程设计，使我将已经学过的模电和数电知识运用到了实际中。通过亲自设计和制作不仅使自己进一步熟悉了电子元器件的使用和电路工作的原理，也锻炼了自己独立思考问题和解决问题的能力。同时也培养了自己查看资料解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计使我了解了课程设计的一般步骤和设计中应该注意的问题。课程设计的本身并不是非常重要，重要的是通过课程设计端正自己对待问题的态度和提升自己解决问题的能力，培养自己善于思考的学习方式。课程设计的过程就是一个收获的过程，最后的作品也许会给自己带来一丝喜悦和成就感，但设计的过程却让我得到了更多，在设计过程中我懂得了电路中各个部分的功能是如何实现的，各个芯片能够实现什么样的功能，使用芯片注意哪些要点等在书本中无法学到的知识和技能，为自己今后的学习和工作打下了更好的基础。

参考文献：

[1]谢自美主编 .电子线路设计·实验·测试[M] ．武汉：华中科技大学出版社，2006.8.

[2]阎石主编 .数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版设，2006．5.