數電電子時鐘設計，具有校時控制，整點報時功能，proteus設計，數字電子鐘是一種用數字顯示秒.分.時的記時裝置，主要是采用先進當代電子技術，使用微型時鐘芯片的時鐘，與傳統機械相比，它的時鐘精度，顯示直觀，無機械傳動裝置，廣泛應用于人們日常生活當中。此外，人們在生活和工業、農業生產中對時鐘的功能也提出了許多更高的要求，如校時、定時報時等功能。廣泛的應用:小到人們的日常生活中的電子手表、電子鬧鐘，大到車站.碼頭.機場等公共場所的大型數字顯電子鐘。
本設計是要通過簡單的邏輯芯片實現數字電子鐘。用74LS161(10進制計數器)、74LS00(與非門芯片)、74LS08(與門)、74LS47(譯碼器)等連接成60和24進制的計數器,再通過數碼管顯示，構成簡單數字時鐘顯示部分。使用555(定時器)等組成構成標準時間源產生電路。使用單刀雙擲開關等構成時、分、秒快速校驗電路。使用74LS08(與門)和喇叭構成定時報時電路。
目錄
摘要. 4
一、數字時鐘設計目的及要求. 6
1.1設計目的... 6
1.2設計要求... 6
二、設計方案思路. 6
三．數字時鐘設計框圖. 6
四．設計內容. 6
4.1標準時間源產生電路... 6
4.2以24小時為周期的計數、譯碼、顯示電路... 8
4.2.1.計數譯碼電路... 8
4.2.2.顯示電路... 9
4.3數字時鐘的時、分、秒快速校時電路... 11
4.4數字時鐘的定時報時電路... 12
4.5數字時鐘總電路原理圖及PCB圖... 12
六、設計心得及體會. 15
參考文獻. 16
一、數字時鐘設計目的及要求
1.1設計目的
總體目的：通過設計的教學實踐，鞏固學生的基礎理論和專業知識，鍛煉所學理論知識解決實際問題能力。
(1)鞏固已學習的《電子技術(模擬和數字部分)》理論知識；
(2)熟悉電子系統開發技術；
(3)熟悉電子應用系統開發過程和步驟；
(4)掌握虛擬仿真軟件(Multisim、EWB、Proteus等)的使用；
(5)掌握電子應用系統設計、仿真和電路圖繪制(Altium Designer軟件)以及PCB版生成；
(6)培養工程實踐能力和創新能力。
1.2設計要求
(1)以24小時為一個周期，顯示時、分、秒；
(2)具有校時功能；
(3) 采用虛擬仿真軟件進行仿真調試。
(4) 設計整點報時功能；
(5)設計時間控制功能；
二、設計方案思路
本次設計先利用555定時器設計1s的時間源信號，再通過計數器進行計數，然后通過譯碼器和顯示器進行顯示時鐘數字，并且增加校驗控制功能和在相應的時間內進行時鐘報時，通過虛擬仿真軟件進行仿真調試并采用Protel軟件繪出硬件電路圖和PCB版圖。
三．數字時鐘設計框圖
圖1-1-1所示為數字時鐘設計框圖。
圖1-1-1
四．設計內容
4.1標準時間源產生電路
標準時間源產生的脈沖式計時的基準信號，標準時間源產生的秒脈沖是計時的基準信號，要求有高的穩定度，通常應由晶體穩頻振蕩器產生。為了簡便起見，也可由555定時器構成多諧振蕩器來完成。圖1-1-2所示為標準時間源產生電路。該555定時器構成的多諧振蕩器的振蕩周期為T=0.7(R:+2R)C，可通過調節電位器R2的阻值，產生振蕩周期為1s的周期性脈沖信號，作為數字鐘的標準時間源。信號源原理圖如圖2-2所示。
通過Proteus 8.0仿真軟件自帶的示波器觀察，如圖2-3所示
示波器上顯示標準時間源產生電路振蕩周期T為994ms近似等于1s。由于精度要求并不高，所以次電路圖滿足設計要求
4.2以24小時為周期的計數、譯碼、顯示電路
4.2.1.計數譯碼電路
整個計數器電路由秒計數器、分計數器和時計數器串接而成。秒脈沖信號經過6級計數器，分別得到秒個位、秒十位、分個位、分十位以及時個位、時十位的計時。顯示6位的“時”、“分”、“秒”需要6片中規模的計數器。其中，秒計數器和分計數器都是六十進制，時計數器為二十四/十二進制，都選用74161來實現。實現的方法采用反饋清零法。
秒計數器和分計數器各由一個十進制計數器（個位）和一個六進制計數器（十位）串接組成，形成兩個六十進制計數器，其中個位計數器接成十進制形式。十位計數器選擇Q1與Q2端做反饋端，經與非門輸出至控制清零端MR，接成六進制計數形式（計數至0110時清零）。個位與十位計數器之間采用將個位計數器的Q1和Q3端通過74LS08（與門）連接至十位計數器的時鐘信號輸入端CLK，完成個位對十位計數器的進位控制。將十位計時器的反饋清零信號經74LS08與門輸出，作為六十進制的進位輸出脈沖信號，即當計數器計數至60時，反饋清零的低電平信號經過74LS00與非門輸入MR端，同時經與門變為高電平，在同步級聯方式下，控制高位計數器的計數。 創建如圖2-1所示的電路。
二十四\十四進制計數電路 ，本實驗采用二十四進制，如圖2-2所示的電路，給兩個芯片的使能端提供高電平，CLK接分計數電路提供過來的進位信號。當個位的Q0-Q1為1010時，Q3和Q1通過與非門的輸出信號，與十位的Q1和個位的Q3通過與非門輸出的信號再經過一個與門連接至個位清零端，這樣就可以實現個位為10時個位清零，十鐘為24時，十位和各位同時清零。
4.2.2.顯示電路
用共陽極七段數碼管（本實驗采用八段，本質上沒有區別）將譯碼顯示電路是將計數器輸出的8421 BCD碼譯成數碼管顯示所需要的高低電平。譯碼電路就應選接與它配套的共陰極七段數碼驅動器。譯碼顯示電路采用74LS47七段譯碼驅動器。譯碼器A、B、C、D與十進制計數器的四個輸出端相連接，a、b、c、d、e、f、g即為驅動七段數碼顯示器的信號。根據A、B、C、D所得的計數信號，數碼管顯示的相對應的字型。
（1）八段數碼管
使數碼管能顯示十進制數。必須將十進制數代碼經譯碼器譯出，然后經驅動器點亮對應的段。所以，譯碼器的功能就是，對應于某一組數碼輸入，相應的幾個輸出端有有效信號輸出。 常用的集成七段顯示譯碼器有兩類，一類譯碼器輸出高電平有效信號，用來驅動共陰極顯示器，另一類輸出低電平有效信號，以驅動共陽極顯示器。 74LS47七段顯示譯碼器的邏輯符號如所示，功能表如圖3.2.3.3所示。
當輸入8421BCD碼時，輸出低電平有效。用以驅動共陽極顯示器。
（2）74LS47原理
1）LT： 試燈輸入，是為了檢查數碼管各段是否能正常發光而設置的。當LT=0時，無論輸入A3，A2，A1，A0 為何種狀態，譯碼器輸出均為低電平，也就是七段將全亮，若驅動的數碼管正常，是顯示8。2）BI： 滅燈輸入，是為控制多位數碼顯示的滅燈所設置的。當BI=0時，不論LT和輸入A3，A2，A1，A0為何種狀態，譯碼器輸出均為高電平，使共陽極數碼管熄滅。3）RBI： 滅零輸入，它是為使不希望顯示的0 熄滅而設定的。當對每一位A3= A2 =A1=A0=0時，本應顯示0，但是在RBI=0作用下，使譯碼器輸出全為高電平。其結果和加入滅燈信號的結果一樣，將0熄滅。4）RBO： 滅零輸出，它和滅燈輸入BI（一）共用一端，兩者配合使用，可以實現多位數碼顯示的滅零控制。
74LS47是BCD-7 段數碼管譯碼器驅動器，74LS47 的功能用于將BCD 碼轉化成數碼塊中的數字，通過它來進行解碼，可以直接把數字轉換為數碼管的數字，從而簡化了程序，節約了單片機的IO開銷。因此是一個非常好的芯片！ 但是由于目前從節約成本的角度考慮，此類芯片已經少用，大部分情況下都是用動態掃描數碼管的形式來實現數碼管顯示。譯碼器的邏輯功能是將每個輸入的二進制代碼譯成對應的輸出的高、低電平信號。常用的譯碼器電路有二進制譯碼器、二--進制譯碼器和顯示譯 碼器。譯碼為編碼的逆過程。它將編碼時賦予代碼的含義“翻譯”過來。實現譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應關系 74LS47 是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數碼管配合使用，表2.1列出了74LS47的真值表，表示出了它與數碼管之間的關系。
74LS47真值表：
圖
4.3數字時鐘的時、分、秒快速校時電路
為了實現數字時鐘的調時問題，我們采取在秒向分、分向時的進位信號作處理。采用了 單刀雙擲開關對時鐘的校正功能的實現。由于單刀雙擲開關屬于機械開關，容易產生機械抖 動，故我們利用由74LS0中的兩個與非門組成RS 觸發器，對它進行消抖。電路連接如圖 3-1。
電路開關的使用方法 (1) 正常工作時，開關SW1、SW2、SW3、SW5、SW6都扳到右邊，此時開關SW4不影響數字鐘工作。 (2)在進行對時作校正時，開關SW3或SW5扳到左邊，SW4在進行左右扳動時就能實現對時個位加脈沖信號，校時完將SW3或SW5扳到右邊。對分校時也相同，將要校時的位所對應的開關扳到左邊，然后反復撥動開關SW4如圖3.8.
4.4數字時鐘的定時報時電路
由于該整點報時數字鐘要求在59分50秒開始報時，并且報時10秒（即報完時剛好到整點）。因此我們要把分十位上取5(即把分十位上輸出端Q0和Q2通過74LS08與門輸出)作為74LS08的一個與門輸入，和分個位上取9(即分個位上輸出端口Q0和Q3通過與門輸出)作為74L5S08 的一個與門輸入， 5(即秒十位上輸出的Q1和Q3通過與門輸出)作為74LS08 的一個與門輸入。最后把 再把該與門輸出與秒5接到與門后，再連到蜂鳴器。
4.5數字時鐘總電路原理圖及PCB圖
在前面設計好的單元電路以及圖1-1所示的框圖的基礎上，我們便可以可以設計出整機的電路圖。 把555振蕩器產生的標準信號送入分頻器，分頻器將時基信號分頻為每秒一次的方波作為秒信號送入計數器進行計數，并把得到的累計結果分別通過時顯示器、分顯示器、秒顯示器以“時”、“分”、“秒”的數字顯示出來。具體的，在本數字計時電路系統中，利用兩級計數器和譯碼器組成的60進制計數器可分別實現對“秒”和“分”的顯示，而利用兩級計數器和譯碼器組成的12進制計數電路則可實現對“時”的顯示。 有些時候，計時器的計時會出現一些誤差，這時候，則可以利用此系統中的校時電路分別對時、分進行校對。校時電路可通過兩只功能鍵進行操作，即工作狀態選擇鍵S1和校時鍵S2配合操作完成計時和校時功能。當按動S1鍵時，系統可依次選擇計時、校時、校分、校秒這四種工作狀態。連續按動S1鍵時，系統則按上述順序循環選擇(通過順序脈沖發生器實現)。若希望此系統以2Hz的速率分別實現各種校準，只需要在系統處于上述后三種狀態時(即系統處于校時狀態下)，再次按下S2鍵即可實現。各種校準必須互不影響，即在校時狀態下，各計時器間的進位信號是不允許傳送的。當時間校對完畢時，釋放S2鍵，校時功能就會停止，再按動S1鍵，系統就會返回計時狀態重新開始計時。 此數字計時電路系統的整機圖見圖5-1。
圖5-1
使用proteus 8.0進行仿真，如圖5-2和圖5-3所示，在59分50秒到1小時之間10秒類進行了整點報時，喇叭發出10s的聲響，整點后結束。
圖5-2
圖5-3
通過proteus 8.0進行pcb圖繪制，如圖5-4所示。 圖5-4
3D視圖如5-5所示（由于proteus沒有7段數碼管和單刀雙擲開關的pcb封裝，要自制封裝，但自制封裝在3D視圖中并無法呈現7段數碼管和單刀雙擲開關的3D視圖，即在3D視圖中呈現紅色方框）
六、設計心得及體會
從上個世紀末到現在，電子產品已經悄無聲息地滲透到社會的各行各業。隨著社會的快速發展，我們的生活節奏越來越快，電子產品的性能也越來越好、更新速度也越來越快，對社會生產力的提高、現代化和信息化社會的建立提供了持續的動力并給人們生產生活帶來了極大的方便。當今社會，數字計時器的應用越來越廣泛。由此可見，掌握數字計時電路并對其作深入研究，不斷地從各個方面擴大其應用，有著非常實際的意義。基于數字計時電路系統的重要性，本次設計選取其作為設計課題，并對其電路系統進行了初步的設計。數字計時電路使用靈活，應用廣泛，具有使用安全、性能可靠、價格低廉、適用性強等特點。通過本次對數字計時電路系統的設計，我感覺我在以下幾個方面都有很大的進步：首先，我在資料搜集方面得到一定的提高。任何一種高水平的工程設計，都必須有豐富的科學書目作為必要的參考資料，這次設計中通過英文翻譯，使我在專業英語能力方面有了進一步的提高。其次，通過所學理論知識解決實際問題的能力有了一定的提高，專業知識也有得到鞏固。通過這次設計，我從分析實際工作的過程中，學會怎樣利用理論知識去解決實際的問題。 另外，當代的大學生在日常的學習中，早已不再局限于對書本上知識的死記硬背，而是在傳統教學模式的基礎上再配以實踐訓練，培養自己的動手能力，學會自己解決問題的本領，以此來加強我們的實際操作能力。通過自己的努力，完成文檔設計，把我所學的知識系統地回顧一遍并享受其帶給我們的樂趣。而且在設計過程中不斷地發現并解決問題，對我自己的邏輯思維能力提高也有很大幫助，對我以后的應聘和就業也會有莫大的好處。
參考文獻
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2. 康華光著. 電子技術-模擬部分. 北京：高等教育出版社出版社，2006年.
3. 邱關源. 電路(第6版). 高等教育出版社出版社，2006年.
4. 周潤景, 張麗敏, 王偉. Altium Designer原理圖與PCB設計. 北京：電子工業出版社, 2009年.
5. 張新喜. Multisim10電路仿真及應用. 北京：機械工業出版社, 2011年.
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