數字鐘是用數字集成電路構成，用數碼管顯示的一種現代化計數器。它一般由振蕩器、分頻器、計數器、譯碼器、顯示器、矯時電路等部分組成，這些都是數字電路中應用最廣的基本電路。振蕩器和分頻器構成組成標準秒信號發生器，不同進制的計數器、譯碼器和顯示器組成計時系統，通過校時校時校分電路實現對時、分的校準。數字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數的計數電路。由于計數的起始時間不可能與標準時間（北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩定。通常使用石英晶體振蕩器電路構成數字鐘。

①可以顯示時、分、秒。

②具有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間。

③計時過程具有報時功能，當時間到達整點前10秒進行蜂鳴報時。

④鬧鐘功能：可按設定的時間報時。

⑴信號發生器

由函數信號發生器給數字鐘提供一個頻率2Hz 的信號，再進行分頻處理可保證數字鐘的走時準確及穩定。

⑵時間計數器電路

時間計數電路由秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器及時個位和時十位計數器電路構成。其中秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器為60進制計數器。而根據設計要求，時個位和時十位計數器為24進制計數器。

⑶譯碼驅動電路

譯碼驅動電路將計數器輸出的8421BCD碼轉換為數碼管需要的邏輯狀態，并且為保證數碼管正常工作提供足夠的工作電流。

⑷數碼管

數碼管通常有發光二極管（LED）數碼管和液晶（LCD）數碼管。本設計提供的為LED數碼管。

⑴函數信號發生器

產生矩形脈沖波作為時鐘信號，因為是數字鐘，所以應選擇的頻率為1HZ,但為校時高赫茲信號，特改為2HZ。方便校時并使用分頻器進行分頻修改部分電路實現與標準走時相同。

⑵時間計數單元

六片74LS390芯片構成計數電路,按時間進制從右到左構成從低位向高位的進位電路,并通過譯碼顯示。在六位LED 七段顯示上顯示對應的數值。

⑶校時電源電路

當重新接通電源或走時出現誤差時都需要對時間進行校正。通常,校正時間的方法是:首先截斷正常的計數通路,然后再進行人工出觸發計數或將頻率較高的方波信號加到需要校正的計數單元的輸入端,校正好后,再轉入正常計時狀態即可。

根據要求,數字鐘應具有分校正和時校正功能。因此,應截斷分個位和時個位的直接計數通路,并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。

圖2-1系統框圖

表3-1 電路配件

圖3-2整體電路圖

（1）74LS74

撥碼開關（也叫DIP開關，撥動開關，超頻開關，地址開關，撥拉開關，數碼開關，指撥開關）是一款用來操作控制的地址開關，采用的是0/1的二進制編碼原理。每一個鍵對應的背面上下各有兩個引腳，撥至ON一側，這下面兩個引腳接通；反之則斷開。這四個鍵是獨立的，相互沒有關聯。此類元件多用于二進制編碼。

（5）數碼管

數碼管，也稱作輝光管，是一種可以顯示數字和其他信息的電子設備。玻璃管中包括一個金屬絲網制成的陽極和多個陰極。大部分數碼管陰極的形狀為數字。管中充以低壓氣體，通常大部分為氖加上一些汞和/或氬。給某一個陰極充電，數碼管就會發出顏色光，視乎管內的氣體而定，一般都是橙色或綠色。led數碼管（LED Segment Displays）是由多個發光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led數碼管常用段數一般為7段有的另加一個小數點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led數碼管根據LED的接法不同分為共陰和共陽兩類。靜態驅動也稱直流驅動。

函數信號發生器發出2HZ信號經過74LS74構成的分頻器電路提供1HZ信號，該信號經過門電路與74LS390構成的計數器電路產生8421BCD碼再經過譯碼器交由數碼管顯示。校時電路則采用2HZ信號通過74LS00與74LS51與非門將信號傳入74LS390控制端實現快速校時。鬧鐘電路則通過撥碼開關與門電路將定時時間傳入計數器中并通過產生一分鐘高電平驅動二極管發光。將計數器產生5、9、5信號與門電路結合驅動控制三極管開關從而實現蜂鳴器報時。

數字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數的計數電路。由于計數的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩定。利用函數信號發生器產生2Hz的時鐘信號，再利用74LS47構成分頻電路分頻，產生1Hz的時鐘信號供給系統使用，如圖4-1。

報時電路設計如圖4-2，原理說明：利用蜂鳴器、與非門及開關實現，當“分”計數電路為59時，四與門會產生一個高平進位信號，當秒計數電路十位為5時經過二與門輸出高電平，兩路信號再經過與門為高電平，再經過非門變為高電平，秒個位輸出為0到9時信號上路高電平經過三與門成為高電平，從而使蜂鳴器發出響聲。

圖4-2報時電路

時間計數電路由六個計數器組成，他們分別是：“秒”個位、“秒”十位計數器、“分”個位、“分”十位計數器及“時”個位、“時”十位計數器電路。其中 “秒”個位、“分”個位和“時”個位計數器采用的是10進制計數器、“秒”十位和“分”十位計數器為6進制計數器，“時”十位計數器可以采用3進制計數器。這樣六個計數器就安排好了。在時個位計數器計數時，當時十位計數器為2時，個位計數器為4進制計數器。（即時鐘為23后，下一個狀態為00）“秒”計數電路和“分”計數電路設計見下圖，原理說明：
利用74LS390和與非門分別構成0-5循環計數器和0-9循環計數器，如圖4-3-1。

鬧鐘的實現由4位撥碼開關采用8421BCD碼確定定時時間，四個撥碼開關分別對應時鐘小時的十位、個位，分鐘的十位、個位。撥碼開關與門電路結合在定時點提供一分鐘的高電平提示定時，如圖4-3-2。

電路下方的點動開關為校時按鍵“時”、“分”校時按鍵為加計數，按下按鍵不動，會有2HZ時鐘脈沖經過74LS51到達74LS390的時鐘計數端，數碼管顯示數值增加，起到校時功能如圖4-4。

圖4-4校時電路

校時電路能夠準確實現校正，分頻電路能夠實現，計數電路能夠實現準確計數，鬧鐘功能能夠實現準確報時，各項功能均能實現。

在本設計中，為了設計的順利進行，在焊接的時候進行了部分調試，由于電路過于復雜，我們根據電路的工作原理進行分步調試，保證電路各項功能順利實現。電路調試總圖如圖6-1,。

圖6-1 調試電路總圖

通過這次數字時鐘的設計，不僅加深了我對這i ]課的了解，同時也深知模電與數電的重要性，而且讓我對Multisim仿真軟件有了初步的了解和認識。使用Multisim仿真軟件，可以讓我們在虛擬的環境中實行實驗,不需要真實電路環境的介入，不必顧及儀器設備的短缺與時間環境的限制，能夠極大提高實驗效率。

Multisim仿真工程文件:

數字電子鐘.zip (8.37 MB, 下載次數: 401)

2020-5-7 17:33 上傳

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