1 设计任务书

1.1设计目的

(1)使学生进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生工程设计能力和综合与分析问题、解决问题的能力；
(2)使学生基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力；
(3)熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。

1.2 设计任务

(1)设计一个准确计时，以数字显示时，分，秒并能校正的时钟。
(2)小时的计时要求为“24翻1”，分和秒要求为60进制进位。
(3)扩展功能：具有整点报时功能。

2 电路总体设计

2.1 设计思路

利用555定时器构成多谐振荡器，调整其电阻和电容大小，使其输出信号频率为1kHz，通过三个74LS90分频即构成了秒脉冲发生器产生1HZ的脉冲。
用74LS92和74LS90级联构成60进制计数器，用来计“秒”，其CP输入为秒脉冲；另有74LS92和74LS90级联构成60进制计数器，用来计“分”，其CP输入为“秒”变为0时产生的一个下降沿信号；另外用74LS191和74LS74来“时”，即当数字时钟运行到23时59分59 秒时，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字时钟自动显示为01时00分00秒。
它们的输出用六片译码显示的数码管显示。对“时”，“分”的调节采用将原来使他们计时加“1”的信号切换为可控脉冲信号的方法。报时电路由555定时器构成的多谐振荡器，三极管和蜂鸣器组成，这样蜂鸣器输出的音频信号有高低变化。报时电路的驱动信号要在报时时间段内使振荡器工作。

2.2 方案设计

根据数字钟的设计思路，可以将它分为六个单元电路：振荡器，分频器，校时电路，计数器，译码器和显示器六部分组成。扩展电路有两部分：定时控制，整点报时。它们之间的连接关系见原理方框图。

由原理方框图可以看出，在整个数字钟电路中，计时电路是主体。它不仅是显示电路的基础，还要与分频器，校时电路，译码电路配合来实现相应的功能。而数字钟的准确性则依赖于由多谐振荡器构成的秒脉冲源的准确性，在连接实物时要将其输出信号的频率控制为1KHz。

3 各部分电路设计

3.1 555多谐振荡电路

由555定时器和外接元件R、R、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，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R、R向C充电，以及C通过R向放电端D放电，使电路产生振122c荡。电容C在2/3V和1/3V之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的cccc矩形波。

3.2 秒脉冲发生器

由以上多谐振荡器输出的1ms脉冲通过三个74LS90进行十进制分频经第一片分频后为500HZ，经第二片分频后为10HZ,经第三片分频后为1HZ,即可得到1秒脉冲，如图3-2所示。

3.3 秒和分计时电路

由一片74LS90D和74LS92D构成。74LS90为个位，74LS92为十位。
将74LS90的输出与7段数码管 相应的管脚连接起来，将R01，R02，R91，R92接地,IXA接脉冲,IXB接QA。这样数显管就能正常显示十进制计数。90向92的进位可以将90的QD接到92的IXB。而后，将92的IXA接到VCC(5V),R01，R02接地。并将92的QB,QC,QD分别于数显管的A,B,C相连，数显管的D端接地。在用一个74LS00将92的QD引出到清零端 实现六进制。如此，就实现了00-01-02-58-59-00的转化。电路如图3-3和图3-4所示

3.4 小时计时电路

小时计数器是一个“12”翻“01”的特殊进制计数器。当数字时钟运行到12时59分59秒时，秒的个位再输入一个脉冲时数字时钟应该显示为01时00分00秒。

3.5显示电路设计

所采用的译码和显示器件为DCD_HEX。此器件为译码和显示一体器件。此处只需按照相应的引脚连接即可。只要将以上所做好的秒和分的计时电路，以及小时的计时电路，再加上数码管的连接电路，所有的串接起来就构成了译码的显示电路。

3.6 校时电路

对校时电路的要求是，在小时校正时，不影响分和秒的正常计数；在分校正时，不影响秒和小时的正常计数。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；慢校时是通过手动产生单脉冲作为校时脉冲。图3-6为校时，校分电路，其中S1为校分用的控制开关，S2为校时用的控制开关。他们的控制功能如表3-1所示。校对脉冲采用1HZ脉冲，当S1或S2分别为“0”时，可以进行“快校时”。

S2 S1 功能
1 1 计数
1 0 校分
0 1 校时
调时调分的原理是将“时”“分”计时电路原来所接的进位信号切换为单脉冲，各通过一个单刀双掷开关实现信号切换。单脉冲由一个带弹簧的开关模拟，把它接在与电源相连的线路中，当开关按下去时线路连通为高电平，弹起时线路断开为低电平，开关一次按下和弹起就是一个下降沿脉冲，可以使计时器计数加1，这样可以通过这个开关调时和调分。电路图如图所示 ：

3.7 整点报时电路

整点报时电路如图10所示。它由一个多谐振荡器，一个三极管和一个扬声器组成，当振荡器工作时，三极管驱动扬声器发出震荡音频。但是这个振荡器的4脚和VCC之间接了一个上拉电阻，那么4脚处就不一定是高电平，当它为低电平时振荡器不工作，只有当它为高电平时振荡器才工作，那么只要找到合适的信号接到4脚，当需要报时信号为高电平，其他时间为低电平，就可以实现报时功能。
想把报时功能设置成整点前十秒蜂鸣器开始鸣叫，十秒后停止鸣叫即为整点。注意到某点59分50秒后的十秒钟内，“5”“9”“5”对应的8421BCD码为0101 1001 0101，将3块芯片上对应的输出为“1”的输出端相与输出为高电平，把它接到振荡器4脚上，在整点前十秒蜂鸣器会报时。在其它时间这六个输出端不可能同时为“1”，即他们相与的输出为低电平，振荡器不会工作，不会报时。如此可以实现整点报时功能。

3.8部分芯片功能

（1）芯片：555定时器
555定时器（又称时基电路）是一个模拟与数字混合型的集成电路。555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。
目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555(或5G555)和C7555等多种。它们的结构及工作原理基本相同。通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时器具有低功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为5～16V，最大负载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压范围为3～18V，最大负载电流在4mA以下。

（2）芯片：74LS90
74LS90是二－五－十进制异步计数器，你要做八进制的就先把7490接成十进制的（CP1与Q0接，以CP0做输回入，Q3做输出就是答十进制的），然后用异步置数跳过一个状态达到八进制计数．
以从000计到111为例．先接成加法计数状态，在输出为1000时（既Q4为高电平时）把Q4输出接到R01和R02脚上（即异步置0），此时当计数到1000时则立刻置0，从新从0开始计数．1000的状态为瞬态．

4 仿真结果

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