多功能数字钟设计课程设计1

课程设计说明书题目：基于multisim数字时钟的设计所属课程：数字电路

基于multisim数字时钟的设计

摘要

自改革开放以来我国科技得以高速发展，尤其是电子技术的飞速发展。各种各样的电器器材凭空而出。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。

经过了数字电路设计这门课程的系统学习，特别经过了关于组合逻辑电路与时序逻辑电路部分的学习，我已经具备了设计小规模集成电路的能力，借由本次设计的机会，充分将所学的知识运用到实际中去。

一、设计要求及指标

基本要求和功能

设计任务与要求如下：用同步十进制集成计数器74160设计一个数字电子钟，能显示小时、分钟和秒钟；能进行24h与12h的计时转换；具有小时和分钟的校时功能。设计要求如下：

1)画出数字电子钟的结构框图。

2)设计一个输出5 V的直流稳压电源。

3)用555定时器设计一个秒钟脉冲发生器。

4)用同步十进制集成计数器74160设计一个秒钟计数器和分钟计数器。即六十进制计数器。

5)用同步十进制集成计数器74160设计一个24/12小时计数器，通过转换开关可实现二十四

与十二进制计数值的转换。。

6)数字电子钟具有小时校时和分钟校时的功能。

7)用七段译码显示器观察各单元电路和连机后数字电子钟的仿真（用multism或Proteus软

件进行仿真）实验结果。

可在以上基本要求基础上增加其它功能（即发挥部分），也可用单片机实现（要编程，用Proteus 软件仿真成功）

二、方案论证与比较

方案一：使用555多谐振荡器来产生1HZ的信号。通过改变相应的电阻电容值可使频率微调，不必使用分频器来对高频信号进行分频使电路繁复。虽然此振荡器没有石英晶体稳定度和精确性高，同时由于12/24进制、60进制计数器均由集成计数器级联构成，且都包含有基本的十进制计数器，芯片选择同步十进制计数器74160。

方案二：是利用专用时钟芯片（如DS1302）实现。此方案首先选择能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号，在由分频器使高频信号变成适合于计时的低频脉冲信号，即秒脉冲信号，秒脉冲信号到计数器中进行计数，各计数器输出信号经译码器、驱动器到数字显示器，是时、分、秒得以数字显示出来。此方案可设计功能更多的数字钟，如带有日历等。

方案三：是利用大规模专用集成电路实现。大规模集成电路是将中小规模集成电路

（如计数器、译码器、门电路等）集成在专用集成器件上。设计电子钟只须将LED数码管及相关线路按方案中的电路连接上即可。此方案易实现。适用于做产品。

综上述，从电路的复杂程度以及对题目设计要求的满足技术指标考虑，方案一由于设计方便，操作简单，最终选择第二种方案。

三、单元电路设计与参数计算

数字式计时器一般由直流稳压电源、振荡器、分频器、时﹑分﹑秒计数器、译码器、显示器以及校时电路等几部分组成。在本设计中555振荡器及其相应外部电路组成标准秒信号发生器，由不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以‘时’、‘分’、‘秒’的数字显示出来。‘时’显示由二十四进制或十二进制计数器、译码器、显示器构成，‘分’、‘秒’显示分别由六十进制计数器、译码器、显示器构成。其原理框图如下图所示。

图 1电子钟原理框图

图 2电路简图

3.1、电路原理分析

3．1.1 +5V稳定电源设计

图 3电源电路

如图所示，输入220V的交流电经过变压器变为约9伏交流电，经过桥式整流电路后，然后用7805稳压就可以得到稳定的+5V的直流稳压电源。

3.1.2振荡器电路

图 4振荡器电路 利用555定时器组成的多谐振荡器接通电源后，电容C1被充电，当电压上升到一定数值时里面集成的三极管导通，然后通过电阻和三极管放电，不断的充放电从而产生一定周期的脉冲，通过改变电路上器件的值可以微调脉冲周期。555定时器与RC 组成的多谐振荡器给数字钟提供一个标准频率（1Hz ）的方波脉冲信号。其中OUT 为输出。

由555定时器和电阻、电容组成的周期为一秒多谐振荡器。此多谐振荡器可以作为我们要设计的数字电子时钟的时钟源。

接通电源后，电容C 1被充电,V C 上升，当V C 上升到2/3 V CC 时，触发器被

复位，同时放电 BJT 导通，此时V O 为低电平，电容C 1 通过R 2和T 放电，使V C 下降。当V C 下降到1/3 V CC 时，触发器又被置位，Vo 翻转为高电平。电容器C 1

放电所需的时间为

t PL =R 2 C 1ln2≈0.7R 2C 1 （1）

当C 放电结束时，T 截止，V CC 通过R1、R 2向电容器C 1充电，V C 由1/3 V CC 上升到32 V CC 所需的时间为

t PH =(R 1+ R 2) C 1ln2≈0.7(R 1+ R 2) C 1

当V C 上升到2/3 V CC 时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端（3端）就得到一个周期性的方波，其频率为

f=PH PL t t +1

≈121)2(43.1C R R +

因此，我们可以选择阻值为400K Ω的电阻作为R 1,300K Ω的电阻作为R 2 ，电容为1.43uF 的电容器作为C 1,于是有

f=121)2(43.1C R R +=6331043.1)10300210400(43

.1-⨯⨯⨯⨯+⨯=1(s)

输出波形如下图：

图 5振荡波性

3.1.3分频器电路

EWB 软件本身提供任意频率的时钟，因此分频器不需设计。

3.1.4时间计数器电路

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12/24进制计数器.

3.1.5数字时钟的计数显示控制

在设计中，我使用的是74160十进制计数器，来实现计数的功能，实验中主要用到了160的置数清零功能（特点：消耗一个时钟脉冲），清零功能（特点：不耗时钟脉冲），在上级160控制下级160时候通过组合电路（主要利用与非门）实现，在连接电路的时候要注意并且强调使能端的连接，其将影响到整一个电路的是否工作。

3.2电路的控制原理：

3.2.174160的功能分析