电子时钟设计方案.doc

电子时钟设计方案

吴新光 01210150
唐斌 01210134
李浩罡 01210116

一、设计目标
数字钟是一种用数字显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用：小到人们日常生活中的电子手表，大到车站、码头、机场等公共场所的大型数显电子钟。多功能数字钟由以下几部分组成：555定时器组成的多谐振荡器构成秒脉冲发生器；校时电路；六十进制的秒、分计数器和二十四进制的时计数器；秒、分、时的数码显示部分；报时电路；闹铃电路。

二、设计方案
数字电子钟主要由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码显示器、校时电路等组成。秒信号发生器主要由石英晶体振荡器或555振荡器分频后得到；秒、分 都是60进制，故由60进制计数器构成；时为24进制，即由24进制计数器构成；显示部分由译码和数码显示构成；校时电路由门电路和开关等构成。
利用函数信号发生器来进行脉冲信号的输出、利用74160N来设置十进制和六进制的进位输出、利用数码显示器来显示时间、利用或门、与门、非门、与非门、等电路元件进行组合、级联后得到设计所要求的电路图。
由于要对时钟进行校队，电路选择串行的进位方式，使每个位都可以快速接入脉冲，进行校时
计时电路：
用DCD_HEX

用DCD_HEX为时分秒的显示译码器，74LS160十进制的计数器，分别计60进制、60进制24进制，这里使用异步清零法。

校时方案：放置开关选择正常计时模式和校时模式，时分秒计时电路分别连接一个单刀双掷开关，每个单刀双掷开关连接VCC和GND，每次接通VCC给单次脉冲，此时产生上升沿信号，74LS160计数加一，这样就可以实现时间的校准，如图

闹钟电路：
该电路只需要小时和分钟设定，电路连接方法与计时电路相同，是一个六十进制计数器和二十四进制计数器，通过连接VCC和GND开关的切换产生单次脉冲信号，每次74LS160接到一个脉冲信号，计数器加一。为了可以实现定时，在下面连接一个相同的电路，用数值比较器将其连接起来，即可得到当是中与所定的时间相同时，相连的响铃开始响铃，这样设置数字钟打铃系统

四、具体电路设计
1、用两片74LS160级联，其中左边一片为十进制，右边一片为六进制，总体为六十进制。它们实现的功能为进行时间秒的输出，当时间到六十后，进位为一。得到秒计时，以异步清零法，LD接0，首先把两片以并联的方式连成百进制计数器，计数器从0开始计数，当十片计数为Q3Q2Q1Q0=0110时，个片计数为Q3Q2Q1Q0=0000，即计入60个进位信号时，十位片Q2Q1经与非门产生反馈清零信号，且该片160同时置零，实现六十进制计数器。

2. 用两片74160N级联，其中左边一片为十进制，右边一片为六进制，总体为六十进制。它们实现的功能为进行时间分的输出，当时间到六十后，进位为一。得到分计时，在数字钟的控制电路中，分和秒的控制都是一样的，在电路的设计中采用反馈置数法来实现六十进制功能。

3、用两片74LS160级联，总体为二十四进制。它们实现的功能为进行时间小时的输出，当时间到二十四后，时钟信号全部置零

4.三块时间模块的级联如下图：

5、555多谐震荡，给脉冲信号，使得输入的f=1Hz
555定时器中为了得到1Hs的频率，由公式可知：T=（R1+2*R2）Cln2
f=1/T=1/（R1+2*R2）Cln2 R1=R2=25000欧 C=20uF时 即可得到f=1Hz

6、校对:当数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间。校时是数字钟应具备的基本功能。校时时应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。对校时电路的要求是，在小时校正时停止分和秒的正常计数；在分校正时停止秒和小时的正常计数。校时脉冲由开关提供。
校时电路

7、.在完成以上的步骤后，一个能显示时间的时间控制器已经完成了，接下来是设定输出。以74LS85D为数值比较器，分别比较时分，诸位进行比较，一旦比较结果全部相同，则输出“1”。

8、闹钟时间设置，与时间设定原理相同，给74LS160单次脉冲使得“时”“分”皆可调制，然后，等到自己要得到的时间，若相同，开始打铃。

9、整点报时电路
当分钟和秒钟计时为“0000”和“0000”时既启动。

五、画出完整的电路图
总体电路图

本电路是使用555定时器作为输入脉冲，以计数器分别60进制、60进制、24进制的显示有时钟，并在单独加入，不同频的输入脉冲，使之可以校对的更加快捷，后再设置定时器，与上述相同，再将其与数据比较其分别相连，在输出端，链接指示系统，使之数值比较器的输出为一时，给以信号，使指示系统开始工作。
六、 列出系统使用的元器件
1、74LS160D 10个

74LS160为十进制同步加法计数器

逻辑功能描述如下：
74LS160中LD为预置数控制端，D0-D3为数据输入端，C为进位输出端，RD为异步置零端，Q0-Q3位数据输出端，EP和ET为工作状态控制端。
当RC=0时所有触发器将同时被置零，而且置零操作不受其他输入端状态的影响。当RC=1、LD=0时，电路工作在预置数状态。这时门G16-G19的输出始终是1，所以FF0-FF1输入端J、K的状态由D0-D3的状态决定。当RC=LD=1而EP=0、ET=1时，由于这时门G16-G19的输出均为0，亦即FF0-FF3均处在J=K=0的状态，所以CP信号到达时它们保持原来的状态不变。同时C的状态也得到保持。如果ET=0、则EP不论为何状态，计数器的状态也保持不变，但这时进位输出C等于0。当RC=LD=EP=ET=1时，电路工作在计数状态。从电路的0000状态开始连续输入16个计数脉冲时，电路将从1111的状态返回0000的状态，C端从高电平跳变至低电平。利用C端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。

2、DCD_HEX 10个
LED是发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写。
LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品种全等特点。管脚１２３４分别接输出段的Ｑ０、Ｑ１Ｑ２、Ｑ３．图形显示如下图所示：

3、74LS22N 与非门（4管脚）2个、74LS04D 非门 3个 、与非门（2管脚） 74LS00D 6个
4、74LS85D 4个
5、555多谐振荡器 1个

该图国产双极型定时器CB555内部电路结构原理图。它是由比较器C1和C2，基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。
其中VH是比较器C1的输入端，v12是比较器C2的输入端。C1和C2的参考电压VR1和VR2由VCC经三个五千欧电阻分压给出。在控制电压输入端VCO悬空时，VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。如果VCO外接固定电压，则VR1=VCO,VR2=1/2VCO.
RD是置零输入端。只要在RD端加上低电平，输出端v0便立即被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。正常工作时必须使RD处于高电平。图中的数码1—8为器件引脚的编号。
其逻辑框图如下：

图五、逻辑框图
逻辑符号如下：

6、开关，接地，电源等若干。
七、功能设想
1、考虑整点报时提前十秒开始，推迟十秒结束。
2、考虑闹铃在设定时间启动后，每隔5分钟启动一次。
3、考虑关闭闹铃必须按下特定的开关。
4、考虑加入世界时、夏时令、秒表等功能。
5、考虑加入自动校时功能，通过无线网络利用互联网时间校时。