电子技术 课程设计报告
系 （部）： 三系 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子（2）班 姓 名： 徐兰兰
学 号： 20100310209
成 绩： 开课时间： 2011-2012 学年 2 学期
指导老师： 李海霞
一、设计题目
数字钟
二、主要内容
1、 分析设计题目的具体要求
2、 完成课题所要求的各个子功能的实现 3、 用multisim软件完成题目的整体设计
三、具体要求
（1） 设计一个具有时、分、秒的十进制数字显示的计时器。 （2） 具有手动校时、校分的功能。
（3） 通过开关能实现小时的十二进制和二十四进制转换。具有整点报时的
功能，每个整点完成相应点数的报时，如3点钟响3声.
四、进度安排
第一天：介绍所用仿真软件；布置任务，明确课程设计的完整功能和要求。 第二天：消化课题，掌握设计要求，明确设计系统的全部功能，图书馆查阅资料。 第三天：确定总体设计方案，画出系统的原理框图。 第四天：绘制单元电路并对单元电路进行仿真。
第五天：分析电路，对原设计电路不断修改，获得最佳设计方案。 第六天：完成整体设计并仿真验证。
第七天：对课程设计进行现场运行检查并提问，给出实践操作成绩。 第八天：完成实践报告的撰写
五、成绩评定
课程设计成绩按优、良、中、及格、不及格评定，最终考核成绩由四部分组成：
1、 2、 3、 4、
理论设计方案，演示所设计成果，总成绩40％； 设计报告，占总成绩30％；
回答教师所提出的问题，占总成绩20％； 考勤情况，占总成绩10％；
无故旷课一次，平时成绩减半；无故旷课两次平时成绩为0分，无故旷课三 次总成绩为0分。迟到20分钟按旷课处理。
目录
1、总体设计思路、基本原理和框图 ............................................................................................. 1
1.1设计思路 ............................................................................................................................. 1 1.2基本原理 ............................................................................................................................. 1 1.3总体设计框图 ..................................................................................................................... 2 2、单元电路设计（各单元电路图） ............................................................................................. 3
2.1各芯片的用法和功能 ......................................................................................................... 3
2.1.1七段数码显示器 ...................................................................................................... 3 2.1.2 BCD十进制计数器 74Ls160 ................................................................................. 4 2.1.3 74LS192 ................................................................................................................ 5 2.1.4 or8 ......................................................................................................................... 6 2.1.5 7400N及7408 ......................................................................................................... 6 2.1.6 BUZZER ............................................................................................................. 6 2.2单元模块（除图外还应有功能介绍） ............................................................................. 7
2.2.1 24小时或12小时进制计数器 .......................................................................... 7 2.2.3整点报时 .................................................................................................................. 9
3.总设计.......................................................................................................................................... 10
3.1静止图 ............................................................................................................................... 10 3.2运行图 ............................................................................................................................... 11 4、故障分析 ................................................................................................................................... 12
4.1故障分析与解决 ............................................................................................................... 12 4.2电路改进 ........................................................................................................................... 12 5、总结........................................................................................................................................... 12 6、心得体会 ................................................................................................................................... 13 7、元件清单 ................................................................................................................................... 14 8、参考文献 ................................................................................................................................... 15
前言
人类的计时器已有几千年历史。
如今我们只需瞧一下钟就能说出时间，我们把这看成是很自然的事。但在长达几千年的时间里，根本就没有任何测定时间的精确方法。人们通过太阳在天空中的位置，或者通过像日晷或沙漏这样的装置来判断时间。在沙漏中，是通过沙子从一个双头玻璃容器中漏落下来来指示时间的。
至今为止，在中国历史上有留下记载的四代计时器分别为：日晷、沙漏、机械钟、石英钟。目前在中国市场上，大多数家庭使用的普通时钟即为石英钟。
时钟，自从它被发明的那天起，就成为人们生活中必不可少的工具，尤其是在现代这个讲究效率的年代，时钟更是在人类生产、生活、学习等多个领域得到广泛的应用。
时钟的种类很多，有古代的计时仪器，以前的指针式时钟，今日，时钟已实现数字化，更加精准，而且时钟已不仅仅是一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。诸如闹钟功能、日历显示功能、温度测量功能、湿度测量功能、电压测量功能、频率测量功能、过欠压报警功能等。
并且时钟功能也得以扩展：诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。
钟表的数字化给人们的生产生活带来了极大的方便，可以说，设计多功能数字时钟的意义已不只在于数字时钟本身，更大的意义在于多功能数字时钟在许多实时控制系统中的应用。
在很多实际应用中，只要对数字时钟的程序和硬件电路加以一定的修改，便可以得到实时控制的实用系统，从而应用到实际工作与生产中去。
因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。
数字钟
1、总体设计思路、基本原理和框图
1.1设计思路
（1）．设计指标
a.时间以24小时为一个周期； b.显示时、分、秒；
c.有校时、较分功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；
d计时过程具有报时功能，当时间到达整点时整点报时，几点钟响几下； （2）．设计要求
a.画出电路原理图（或仿真电路图）； b.元器件及参数选择； c.电路仿真与调试； （3）．编写设计报告
写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 1.2基本原理
数字钟是由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器以及具有正点报时功能的扩展电路所构成的。
欲设计一个数字电子钟，首先应该有一个脉冲源（能够自动的产生稳定的标准时间脉冲信号），即为振荡器；但是一般脉冲源所产生的脉冲信号的频率较高，所以，就需要使用分频器对其进行分频，从而得到适合用来计时的秒脉冲信号，即频率为1Hz的秒脉冲信号；经过分频器输出的秒脉冲信号，再进入计数器当中进行计数，又由于在计数时，北规定60秒为一分钟，60分钟为一小时，24小时或12小时为一天，因此就需要两个60进制的计数器和一个24和12进制的计数
1
器；计数器计数完毕后再经过译码器进行译码；最后在显示器中将累计结果以“时”、“分”、“秒”的形式显示出来。
能够整点报时的扩展电路完成了对整时的提示， 使人们能够更清楚地掌握时间，同时提供校时较分功能，以便在时钟不准时可以校准。 1.3总体设计框图
时显示器 分显示器 秒显示器 分计数器 时计数器 秒计数器 校时 较分 减计数器 报时
2
数字钟的设计原理
2、单元电路设计（各单元电路图）
2.1各芯片的用法和功能 2.1.1七段数码显示器
U20DCD_HEX_BLUE
七段数码显示器是微机系统常用的输出设备。多个发光二极管封装在一起的七段数码显示器按其连接形式可分为共阳显示器和共阴显示器。
A 0 0 0 0 0 0 0 0 B 0 0 0 0 1 1 1 1 C 0 0 1 1 0 0 1 1 3
D 0 1 0 1 0 1 0 1 输出 0 1 2 3 4 5 6 7
1 1
0 0 0 0 0 1 8 9 2.1.2 BCD十进制计数器 74Ls160
U13456710912ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO141312111574160N
74LS160是可预置BCD异步清除计数器。
ABCD为输入端，QA—QD为输出端。
ENP和ENT为使能端，LOAD为置数端，CLR为清零端，CLK为时钟信号输入端，RCO为进位输出端。
功能表 CLR LOAD ENP ENT CLR A B C D QA QB QC QD 1 × × × × ×××× 0 0 0 0 0 1 × × ↑ ×××× A B C D 0 0 1 1 ↑ ×××× 计数
4
2.1.3 74LS192
U12151109111454ABCD~LOADCLRUPDOWNQAQBQCQD~BO~CO3267131274192N
74LS192是可预置BCD双时钟可逆计数器，ABCD为输入端，QA—QD为输出端。
LOAD为置数端，CLR为清零端，UP为加计数，DOWN为减计数，BO为借位端，CO为进位端。
当UPup为1，给DOWN一个脉冲时，该芯片实现的就是减计数功能。 功能表
UP DOWN CLR LOAD A B C D QA QB QCQD A B C D × × 0 1 ×××× 1 ↑ 0 0 ×××× 减计数 ↑ 1 0 0 ×××× 加计数 × × 1 × ×××× 0 0 0 0
5
2.1.4 or8
U13OR8
功能8输入或门
2.1.5 7400N及7408
U5A7400N
2输入与非门
U21A7408J2输入与门
2.1.6 BUZZER
U23
BUZZER1000 Hz
当一端高电平，一段低电平时蜂鸣器工作
6
2.2单元模块（除图外还应有功能介绍） 2.2.1 24小时或12小时进制计数器
IO9IO9IO8IO7IO6IO5IO4IO3IO2IO1U93456710912ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO1413121115IO6IO5IO8IO73456710912ABCDENPENTU10QAQBQCQDRCO1413121115IO2IO4IO3IO1~LOAD~CLRCLK74160N1IO11IO12U7A74160NIO127400NIO11IO13U8AIO137400NIO10IO10
IO1至IO4是个位数码管的显示输出端，IO5至IO8为十位数码管的显示输出端，IO9接电源，给两个芯片的使能端提供高电平，LOAD端由于用不到，所以也接在IO9里，连到高电平。IO10接分计时电路的CLK端。IO11连接了两个计时器的清零端，通过双向开关连IO12和IO13以实现对与非门的选择，从而完成24进制和12进制的转换。
7
2.2.2分和秒的60进制计数
IO9IO8IO7IO6IO5U13456710912ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO1413121115IO8IO5IO7IO63456ABCDENPENTIO1U3QAQBQCQDRCO1413121115IO1IO2IO3IO4IO2IO3IO4IO9U2A7400N1710912~LOAD~CLRCLK74160NIO11IO11IO1074160NIO10
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QB和QC端作为反馈端，经与非门输出至控制清零端CLR，接成六进制计数形式（计数至0110时清零）。
IO1至IO4是个位数码管的显示输出端，IO5至IO8是十位数码管的显示输出端，IO9接电源，给两个芯片的使能端提供高电平，IO10在此电路作为秒计数电路时接秒信号产生电路，接至秒计数器的CLR端。IO11作为低位计数器的进位输出，与高位计数器的时钟信号端相连。
8
2.2.3整点报时
IO11IO10IO9IO5IO6IO7IO8IO11IO10IO9IO5IO6IO7IO8151109111454ABCD~LOADCLRUPDOWNU12QAQBQCQD~BO~CO3267131274192NIO4IO3IO2IO11IO1IO2IO3IO4151109111454ABCD~LOADCLRUPDOWN43225U13IO13IO13U11QAQBQCQD~BO~CO3267131276529OR874192NIO12IO12
报时电路由报时计数电路、停止报时控制电路和蜂鸣器组成。其中，报时计数电路由两个可逆十进制计数器74192组成，在分进位信号触发下，从计时电路保持当前小时数，并开始递减，一直减到0为止，停止计数控制电路经过逻辑电路判断给出低电平，封锁与门，阻止蜂鸣器工作，停止报时。
两个计数器采用同步级联方式连接，即将个位报时计数器的借位端BO接至十位报时计数器的减计数控制端DOWN。IO1至IO4将时计数器的个位输出引入作为报时计数器个位的预置数，IO5至IO8将时计数器的十位输出引入作为报时计数器十位的预置数。IO9接电源，给两芯片的加计数控制端提供高电平。IO10接地，给两芯片的清零端提供低电平。IO11接分计数器的分进位信号输出端。两报时计数器的输出端通过一个8输入或门输出一个信号给IO13，当两计数器都减为0时，可以向外输出低电平以关闭使蜂鸣器工作的与门。与门的输出反馈给IO12，给报时计数电路提供计数脉冲，从而实现蜂鸣器每响一次报时计数器
9
正好减1，完成整点报时。
3.总设计
3.1静止图
U18U19U16U17U14U15DCD_HEX_BLUEDCD_HEX_BLUEDCD_HEX_BLUEDCD_HEX_BLUEDCD_HEX_BLUEDCD_HEX_BLUE13VCC5V2423X32221IO12IO1220IO1319IO9IO1318IO8IO9IO817IO7IO73231IO6IO5IO4IO3IO2IO1IO6IO5IO4IO3IO2IO11091211IO1IO2IO3IO4IO11IO10IO1IO2IO3IO4IO11IO10413876X25IO9IO8IO7IO6IO5IO9IO8IO7IO6IO5IO1IO2IO3IO4IO11IO10IO1IO2IO3IO4IO11IO10IO11IO10IO11IO101615142X1IO9IO8IO7IO6IO5IO9IO8IO7IO6IO5VCC2927sy分sy秒sy时J330X4IO5IO5IO6IO6IO7IO7IO8IO8IO12IO12IO11IO11IO10IO10IO9IO9IO1IO1IO3IO3IO4IO4IO2IO2IO13IO13J2J12826Key = AKey = BKey = C35U21A7408J33C11uF3736U23BUZZER01000 Hz V1300 Hz 5 V 报时
10
3.2运行图
U18U19U16U17U14U15DCD_HEX_BLUEDCD_HEX_BLUEDCD_HEX_BLUEDCD_HEX_BLUEDCD_HEX_BLUEDCD_HEX_BLUE13VCC5V2423X32221IO12IO1220IO1319IO9IO1318IO8IO9IO817IO7IO73231IO6IO5IO4IO3IO2IO1IO6IO5IO4IO3IO2IO11091211IO1IO2IO3IO4IO11IO10IO1IO2IO3IO4IO11IO10413876X25IO9IO8IO7IO6IO5IO9IO8IO7IO6IO5IO1IO2IO3IO4IO11IO10IO1IO2IO3IO4IO11IO10IO11IO10IO11IO101615142X1IO9IO8IO7IO6IO5IO9IO8IO7IO6IO5VCC2927sy分sy秒sy时J330X4IO5IO5IO6IO6IO7IO7IO8IO8IO12IO12IO11IO11IO10IO10IO9IO9IO1IO1IO3IO3IO4IO4IO2IO2IO13IO13J2J12826Key = AKey = BKey = C35U21A7408J33C11uF3736U23BUZZER01000 Hz V1300 Hz 5 V 报时
开关A:24与12进制的转换
连接在小时计时器上的IO11，而 IO11连接了两个计时器的清零端，通过双向开关连IO12和IO13以实现对与非门的选择，从而完成24进制和12进制的转换。 开关B:校时功能
双掷开关一端连接在分进位信号输出端，即当分钟为60时，时钟才会开始计 一个数.另一端直接接在脉冲源上，也就是，无需分进位的触发，时计数自动开 始计时。实现校时功能。 开关C：较分功能同上校时功能。
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4、故障分析
4.1故障分析与解决
电路接好后，蜂鸣器一直响，经过排查电路，得知是由于没有接通秒脉冲发生器，经过接通，实现了错误的改正，使蜂鸣器滴滴正常。 4.2电路改进
开始的电路比较繁琐，接线没有规律，经过修改，实现了实用、美观和精准。
5、总结
数字电子钟的设计是由计数器、译码器、显示器和整点报时电路所组成。 电路采用北京时间计时，直接将时间以数字形式表现出来、使用方便、且它具有整点报时功能。
本设计计数采用74160来实现，且用异步清零法来组成24、12及60进制计数器；经过准确计数后，再将信号传至译码器，最后将时间以数字形式体现在显示器上，显示器由七段发光二极管采用共阴极接法组成。
本设计还有一个能够整点报时的扩展电路，它的功能是每当整点到来时，按整点发出间断声响，它由74ls192实现，通过置数，将时钟显示的整点数字传递到192，再利用其减计数的功能，连到蜂鸣器上，实现整点报时功能。
我们要学会分析电路，查寻错误根源，加以改正，并有全局意识，将各元件连成一个整体，再加以分析其功能，才能彻底掌握设计奥妙。
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6、心得体会
通过这次数电实习，我收获很大。我学会了数字电子钟的原理设计，学会了使用Multisim软件，熟悉了其基本的操作。
我们学习过数字电子电路，对电子技术有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西，通过这次数字电子钟的课程设计，我更加深入的理解了所学内容，而且把学到的东西与实践相结合，进行了综合运用。从中对我们学的知识有了更进一步的理解。
这次实习也锻炼了我自己，让我能独立思考问题，学会了通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。
这次实习给了我很多启发，比如说，实际的时候我们要考虑各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点。同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。
当问题出现了，我会寻找问题的原因，及时改正，我想这才是我这次实习获得的最宝贵的经验，我会经久受益。
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7、元件清单
74ls160N 74LS192N 5v电源 单单刀双掷开关 7408J 7400N与非门 接地Ground 脉冲源clock-voltage 蜂鸣器 OR8 电容c1 LED数码显示管 6个 2个 1个 3个 1个 4个 2个 1个 1个 1个 1个 6个
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8、参考文献
A.【电子技术基础】数字部分第五版 高等教育出版社 主编：康华光 B．【数字逻辑电路实验及课程设计指导书】 宿迁学院 三系电工电子教研室 2011年4月 C．
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