数电电子时钟设计，具有校时控制，整点报时功能，proteus设计，数字电子钟是一种用数字显示秒.分.时的记时装置，主要是采用先进当代电子技术，使用微型时钟芯片的时钟，与传统机械相比，它的时钟精度，显示直观，无机械传动装置，广泛应用于人们日常生活当中。此外，人们在生活和工业、农业生产中对时钟的功能也提出了许多更高的要求，如校时、定时报时等功能。广泛的应用:小到人们的日常生活中的电子手表、电子闹钟，大到车站.码头.机场等公共场所的大型数字显电子钟。
本设计是要通过简单的逻辑芯片实现数字电子钟。用74LS161(10进制计数器)、74LS00(与非门芯片)、74LS08(与门)、74LS47(译码器)等连接成60和24进制的计数器,再通过数码管显示，构成简单数字时钟显示部分。使用555(定时器)等组成构成标准时间源产生电路。使用单刀双掷开关等构成时、分、秒快速校验电路。使用74LS08(与门)和喇叭构成定时报时电路。
目录
摘要. 4
一、数字时钟设计目的及要求. 6
1.1设计目的... 6
1.2设计要求... 6
二、设计方案思路. 6
三．数字时钟设计框图. 6
四．设计内容. 6
4.1标准时间源产生电路... 6
4.2以24小时为周期的计数、译码、显示电路... 8
4.2.1.计数译码电路... 8
4.2.2.显示电路... 9
4.3数字时钟的时、分、秒快速校时电路... 11
4.4数字时钟的定时报时电路... 12
4.5数字时钟总电路原理图及PCB图... 12
六、设计心得及体会. 15
参考文献. 16
一、数字时钟设计目的及要求
1.1设计目的
总体目的：通过设计的教学实践，巩固学生的基础理论和专业知识，锻炼所学理论知识解决实际问题能力。
(1)巩固已学习的《电子技术(模拟和数字部分)》理论知识；
(2)熟悉电子系统开发技术；
(3)熟悉电子应用系统开发过程和步骤；
(4)掌握虚拟仿真软件(Multisim、EWB、Proteus等)的使用；
(5)掌握电子应用系统设计、仿真和电路图绘制(Altium Designer软件)以及PCB版生成；
(6)培养工程实践能力和创新能力。
1.2设计要求
(1)以24小时为一个周期，显示时、分、秒；
(2)具有校时功能；
(3) 采用虚拟仿真软件进行仿真调试。
(4) 设计整点报时功能；
(5)设计时间控制功能；
二、设计方案思路
本次设计先利用555定时器设计1s的时间源信号，再通过计数器进行计数，然后通过译码器和显示器进行显示时钟数字，并且增加校验控制功能和在相应的时间内进行时钟报时，通过虚拟仿真软件进行仿真调试并采用Protel软件绘出硬件电路图和PCB版图。
三．数字时钟设计框图
图1-1-1所示为数字时钟设计框图。
图1-1-1
四．设计内容
4.1标准时间源产生电路
标准时间源产生的脉冲式计时的基准信号，标准时间源产生的秒脉冲是计时的基准信号，要求有高的稳定度，通常应由晶体稳频振荡器产生。为了简便起见，也可由555定时器构成多谐振荡器来完成。图1-1-2所示为标准时间源产生电路。该555定时器构成的多谐振荡器的振荡周期为T=0.7(R:+2R)C，可通过调节电位器R2的阻值，产生振荡周期为1s的周期性脉冲信号，作为数字钟的标准时间源。信号源原理图如图2-2所示。
通过Proteus 8.0仿真软件自带的示波器观察，如图2-3所示
示波器上显示标准时间源产生电路振荡周期T为994ms近似等于1s。由于精度要求并不高，所以次电路图满足设计要求
4.2以24小时为周期的计数、译码、显示电路
4.2.1.计数译码电路
整个计数器电路由秒计数器、分计数器和时计数器串接而成。秒脉冲信号经过6级计数器，分别得到秒个位、秒十位、分个位、分十位以及时个位、时十位的计时。显示6位的“时”、“分”、“秒”需要6片中规模的计数器。其中，秒计数器和分计数器都是六十进制，时计数器为二十四/十二进制，都选用74161来实现。实现的方法采用反馈清零法。
秒计数器和分计数器各由一个十进制计数器（个位）和一个六进制计数器（十位）串接组成，形成两个六十进制计数器，其中个位计数器接成十进制形式。十位计数器选择Q1与Q2端做反馈端，经与非门输出至控制清零端MR，接成六进制计数形式（计数至0110时清零）。个位与十位计数器之间采用将个位计数器的Q1和Q3端通过74LS08（与门）连接至十位计数器的时钟信号输入端CLK，完成个位对十位计数器的进位控制。将十位计时器的反馈清零信号经74LS08与门输出，作为六十进制的进位输出脉冲信号，即当计数器计数至60时，反馈清零的低电平信号经过74LS00与非门输入MR端，同时经与门变为高电平，在同步级联方式下，控制高位计数器的计数。 创建如图2-1所示的电路。
二十四\十四进制计数电路 ，本实验采用二十四进制，如图2-2所示的电路，给两个芯片的使能端提供高电平，CLK接分计数电路提供过来的进位信号。当个位的Q0-Q1为1010时，Q3和Q1通过与非门的输出信号，与十位的Q1和个位的Q3通过与非门输出的信号再经过一个与门连接至个位清零端，这样就可以实现个位为10时个位清零，十钟为24时，十位和各位同时清零。
4.2.2.显示电路
用共阳极七段数码管（本实验采用八段，本质上没有区别）将译码显示电路是将计数器输出的8421 BCD码译成数码管显示所需要的高低电平。译码电路就应选接与它配套的共阴极七段数码驱动器。译码显示电路采用74LS47七段译码驱动器。译码器A、B、C、D与十进制计数器的四个输出端相连接，a、b、c、d、e、f、g即为驱动七段数码显示器的信号。根据A、B、C、D所得的计数信号，数码管显示的相对应的字型。
（1）八段数码管
使数码管能显示十进制数。必须将十进制数代码经译码器译出，然后经驱动器点亮对应的段。所以，译码器的功能就是，对应于某一组数码输入，相应的几个输出端有有效信号输出。 常用的集成七段显示译码器有两类，一类译码器输出高电平有效信号，用来驱动共阴极显示器，另一类输出低电平有效信号，以驱动共阳极显示器。 74LS47七段显示译码器的逻辑符号如所示，功能表如图3.2.3.3所示。
当输入8421BCD码时，输出低电平有效。用以驱动共阳极显示器。
（2）74LS47原理
1）LT： 试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。当LT=0时，无论输入A3，A2，A1，A0 为何种状态，译码器输出均为低电平，也就是七段将全亮，若驱动的数码管正常，是显示8。2）BI： 灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。当BI=0时，不论LT和输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极数码管熄灭。3）RBI： 灭零输入，它是为使不希望显示的0 熄灭而设定的。当对每一位A3= A2 =A1=A0=0时，本应显示0，但是在RBI=0作用下，使译码器输出全为高电平。其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。4）RBO： 灭零输出，它和灭灯输入BI（一）共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。
74LS47是BCD-7 段数码管译码器驱动器，74LS47 的功能用于将BCD 码转化成数码块中的数字，通过它来进行解码，可以直接把数字转换为数码管的数字，从而简化了程序，节约了单片机的IO开销。因此是一个非常好的芯片！ 但是由于目前从节约成本的角度考虑，此类芯片已经少用，大部分情况下都是用动态扫描数码管的形式来实现数码管显示。译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出的高、低电平信号。常用的译码器电路有二进制译码器、二--进制译码器和显示译 码器。译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系 74LS47 是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，表2.1列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系。
74LS47真值表：
图
4.3数字时钟的时、分、秒快速校时电路
为了实现数字时钟的调时问题，我们采取在秒向分、分向时的进位信号作处理。采用了 单刀双掷开关对时钟的校正功能的实现。由于单刀双掷开关属于机械开关，容易产生机械抖 动，故我们利用由74LS0中的两个与非门组成RS 触发器，对它进行消抖。电路连接如图 3-1。
电路开关的使用方法 (1) 正常工作时，开关SW1、SW2、SW3、SW5、SW6都扳到右边，此时开关SW4不影响数字钟工作。 (2)在进行对时作校正时，开关SW3或SW5扳到左边，SW4在进行左右扳动时就能实现对时个位加脉冲信号，校时完将SW3或SW5扳到右边。对分校时也相同，将要校时的位所对应的开关扳到左边，然后反复拨动开关SW4如图3.8.
4.4数字时钟的定时报时电路
由于该整点报时数字钟要求在59分50秒开始报时，并且报时10秒（即报完时刚好到整点）。因此我们要把分十位上取5(即把分十位上输出端Q0和Q2通过74LS08与门输出)作为74LS08的一个与门输入，和分个位上取9(即分个位上输出端口Q0和Q3通过与门输出)作为74L5S08 的一个与门输入， 5(即秒十位上输出的Q1和Q3通过与门输出)作为74LS08 的一个与门输入。最后把 再把该与门输出与秒5接到与门后，再连到蜂鸣器。
4.5数字时钟总电路原理图及PCB图
在前面设计好的单元电路以及图1-1所示的框图的基础上，我们便可以可以设计出整机的电路图。 把555振荡器产生的标准信号送入分频器，分频器将时基信号分频为每秒一次的方波作为秒信号送入计数器进行计数，并把得到的累计结果分别通过时显示器、分显示器、秒显示器以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。具体的，在本数字计时电路系统中，利用两级计数器和译码器组成的60进制计数器可分别实现对“秒”和“分”的显示，而利用两级计数器和译码器组成的12进制计数电路则可实现对“时”的显示。 有些时候，计时器的计时会出现一些误差，这时候，则可以利用此系统中的校时电路分别对时、分进行校对。校时电路可通过两只功能键进行操作，即工作状态选择键S1和校时键S2配合操作完成计时和校时功能。当按动S1键时，系统可依次选择计时、校时、校分、校秒这四种工作状态。连续按动S1键时，系统则按上述顺序循环选择(通过顺序脉冲发生器实现)。若希望此系统以2Hz的速率分别实现各种校准，只需要在系统处于上述后三种状态时(即系统处于校时状态下)，再次按下S2键即可实现。各种校准必须互不影响，即在校时状态下，各计时器间的进位信号是不允许传送的。当时间校对完毕时，释放S2键，校时功能就会停止，再按动S1键，系统就会返回计时状态重新开始计时。 此数字计时电路系统的整机图见图5-1。
图5-1
使用proteus 8.0进行仿真，如图5-2和图5-3所示，在59分50秒到1小时之间10秒类进行了整点报时，喇叭发出10s的声响，整点后结束。
图5-2
图5-3
通过proteus 8.0进行pcb图绘制，如图5-4所示。 图5-4
3D视图如5-5所示（由于proteus没有7段数码管和单刀双掷开关的pcb封装，要自制封装，但自制封装在3D视图中并无法呈现7段数码管和单刀双掷开关的3D视图，即在3D视图中呈现红色方框）
六、设计心得及体会
从上个世纪末到现在，电子产品已经悄无声息地渗透到社会的各行各业。随着社会的快速发展，我们的生活节奏越来越快，电子产品的性能也越来越好、更新速度也越来越快，对社会生产力的提高、现代化和信息化社会的建立提供了持续的动力并给人们生产生活带来了极大的方便。当今社会，数字计时器的应用越来越广泛。由此可见，掌握数字计时电路并对其作深入研究，不断地从各个方面扩大其应用，有着非常实际的意义。基于数字计时电路系统的重要性，本次设计选取其作为设计课题，并对其电路系统进行了初步的设计。数字计时电路使用灵活，应用广泛，具有使用安全、性能可靠、价格低廉、适用性强等特点。通过本次对数字计时电路系统的设计，我感觉我在以下几个方面都有很大的进步：首先，我在资料搜集方面得到一定的提高。任何一种高水平的工程设计，都必须有丰富的科学书目作为必要的参考资料，这次设计中通过英文翻译，使我在专业英语能力方面有了进一步的提高。其次，通过所学理论知识解决实际问题的能力有了一定的提高，专业知识也有得到巩固。通过这次设计，我从分析实际工作的过程中，学会怎样利用理论知识去解决实际的问题。 另外，当代的大学生在日常的学习中，早已不再局限于对书本上知识的死记硬背，而是在传统教学模式的基础上再配以实践训练，培养自己的动手能力，学会自己解决问题的本领，以此来加强我们的实际操作能力。通过自己的努力，完成文档设计，把我所学的知识系统地回顾一遍并享受其带给我们的乐趣。而且在设计过程中不断地发现并解决问题，对我自己的逻辑思维能力提高也有很大帮助，对我以后的应聘和就业也会有莫大的好处。
参考文献
1. 康华光著. 电子技术-数字部分. 北京：高等教育出版社出版社，2006年.
2. 康华光著. 电子技术-模拟部分. 北京：高等教育出版社出版社，2006年.
3. 邱关源. 电路(第6版). 高等教育出版社出版社，2006年.
4. 周润景, 张丽敏, 王伟. Altium Designer原理图与PCB设计. 北京：电子工业出版社, 2009年.
5. 张新喜. Multisim10电路仿真及应用. 北京：机械工业出版社, 2011年.
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