班级：电气
北京交通大学
电子技术课程设计
课设题目：简易电子钟 参与者：
xxx
xxx
xxx班
指导老师：
时间：
2013.7
摘要
在实际生活中，我们会经常用到电子钟，而随着电子技术的飞跃发展，各类智能化产品相应而出。就数字电路而言，它本身具有电路简单、可靠性高以及成本较低等优点。所以本次课程设计主要是以数字电路为核心的只能电子钟的设计。
数字钟是采用数字电路实现对时分秒显示的计时装置，广泛用于个人、家庭及办公室等多种公共场合，成为人们日常生活中不可少的必需品。其中，数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用也使得数字钟的精度远远超过了老式钟表。所以，钟表的数字化给人们的生活带来了极大的方便，也大大扩充了钟表的功能。因此，研究数字中并扩大其应用具有十分重要的现实意义。本设计电路主要由信号产生部分、计时部分、动态显示部分以及整点报时部分组成，其中数码显示管显示24小时的时刻，包括时分秒，且具有清零、保持和整点报时的功能。
数字钟计时的标准信号是1HZ秒脉冲，所以应设置标准时间源或利用555多谐振荡器或者晶体整荡器等产生信号。数字钟计时周期为24小时制，所以应设置24进制计数器，并带有60进制和24进制的计数器，时分秒分别由两个七段数码显示管显示其十位和个位。此外，该数字钟将会从59分50秒开始后，每隔两秒钟发出一次“嘟”的信号（如果用二极管，则会看到二极管会发光），连续五次后即可到达整点。 关键词：
振荡器 分频器 译码器 计数器 报时电路
一、设计目的
数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。 数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
因此，我们此次设计与制作数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。
二、设计内容及要求
（1）设计指标
① 由555多谐振荡器电路产生1HZ标准秒信号； ② 分、秒为00~59六十进制计数器；
③ 时为00~23二十四进制计数器；
④ 整点具有报时功能，计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器响1秒停1秒地响5次； （2）设计要求
① 画出电路原理图（或仿真电路图）； ② 元器件及参数选择； ③ 电路仿真与调试。
（3）制作要求
自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。
（4）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。
三、原理框图
数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。我们本次实验采用555多谐振荡器来产生信号。555集成芯片构成的振荡电路产生的信号经过分频器作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。
四、主要部分的实现方案
1 秒脉冲电路 本设计实验主要由555构成的多谐振荡器来产生1000HZ的信号，随后通过74LS90的三次分频来产生1HZ的信号。电路图如下所示：
555构成的多谐振荡器
秒脉冲发生器 2 时间计数器电路
时的计数电路为24进制的计数电路，所以利用2个74LS90来连接实现24进制的电路。而对秒和分的计数电路，由74LS92实现秒和分的十位的六进制，由74ls90实现十进制，74LS90和74LS92共同实现秒和分的24进制。其中74LS90 是4位二进制同步加计数器，
它的设置为多片集成计数器的级联提供方便。它具有异步清零，同步并行预置数，保持和计数的功能。
（１）秒计数器
74LS90是异步二——五——十进制加法计数器，既可以实现二进制加法计数器，又可以五进制和十进制加法计数器。Ro(1)、R0(2)对计数器清零，S9(1)、S9(2)将计数器置9。如果将Cp2和QA相连，计数脉冲由Cp1输入，QD、QC、QB、QA分别作为输出端，构成异步8421码十进制加法计数器；如果将Cp1与QD相连，计数脉冲由Cp2输入，则实现的是异步5421BCD码十进制加法计数器。本图中采用第一种十进制加法计数器原理实现个位的进位原理。而对秒的十位，因为其应该显示0~5的数字，所以应采用模等于六即六进制的加法计数器。74LS92是异步二---六----十二进制加法器，当输出“0110”的暂态时，QB、QC通过74LS08两输入与门接到秒计数器十位的R0(1）上，从而使整个计数器清零，并向前一位进位。实现了一个循环。 （2）分计数器
分的个位和十位计数单元的状态转换和秒的是一样的，只是它把自己的进位信号传输给时的个位计数单元。连接图同秒计数器的连接图 （3）时计数器
时计数器是24进制，所以本实验采用两片74LS90来实现。实验电路图如图：
如图为两片74LS90所连接成的24进制计数器。两片7490都设置成五进制，构成25进制计数器，然后遇24清零。用两片74LS90芯片，一片控制个位，为十进制；另一片控制十位，为二进制。利用74LS90本身的两控制端完成十进制，在达到1001（即十进制的九）时，给第二个芯片一个脉冲，这样反复，直到第二片达到0010（即十进制的二）且第一片达到0100（即十进制的四）时第一片和第二片同时清零，这样完成一次24的计数，且回到初态，继续重复计数。
3 数字钟的译码及显示单元电路
译码显示采用共阴极LED八段数码管和译码器74SL48组成。
其中七段共阴极数码显示管的
3、8段均接地，a、b、c、d、e、f、g七段数码显示管分别对应74LS48的相应管脚，后将74LS48的
3、
4、5管脚均接高电平，使数码显示管既不灭灵也不试灯从而处于正常的显示状态。
4.整点报时电路
电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。
当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为
5、9和5，因此可将分计数器十位的QC和QA 、个位的QD和QA及秒计数器十位的QC和QA相与，从而产生报时控制信号。
显然分十位、分个位和秒十位在整点报时电路中均保持不变，其中分十位始终为5，即0101，分个位始终为9，即1001，秒十位为5，即1001，所以有分十位中QC、QA 和分个位QD、QA以及秒十位QC和QA 始终为1，所以可以通过与门来实现逻辑。但因为实际生活中四输入与非门较多，所以实验采用74LS08四输入与非门以及74LS00两输入与非门来实现逻辑。电路图如上所示。
五、实验过程中遇到的问题及解决方法
在实验过程中，我们遇到了很多问题。虽然看起来实验没有很困难，但在这其中，各种琐碎的问题让我们学会了很多，也锻炼了很多。
下面依次列举一下我们所遇到的问题。
首先要说的是面包板的内部连接导通区域问题，在刚开始使用的过程中，因为听同学说面包板以中心对称分为两半分别导通，实则面包板的分界面不清，需要自己测试。导致芯片的无法正常供电，不知道问题所在。
解决方法：用万用表对各个连接点进行测试，利用万用表的导通可蜂鸣原理判断是否导通，最终确定出原来不是所有面包板均对称导通，且有面包板分三部分导通。 由于面包板的老化以及内部链接问题，许多芯片按照相应方式接入时并不能正常工作。如果只是盲目的查各个连接线，既费时又费力。
解决方法：我们采取了各个击破的方法，挨个排查。为了检查，我们特地将时分秒显示部分拆成六个独立的单元，分别进行检查，看其是否能够实现相应的十进制转换和六进制转换。
首先，我们检查并排除是否是电路连接有问题。于是我们将原来面包板上利用74LS48译码和数码显示管部分和主电路分开，将主电路连接到实验箱上，发现仍不能正常工作。于是，我们认真检查了主电路的连接。经检查连接管教无误后，用万用表挨着检测相应共地共电源端等相同端是否能使万用表蜂鸣，结果发现部分导线虽相应连接了，但并不导通。最终确认为有一部分是芯片坏了，还有一部分是面包板出现了问题，有一些管脚已不导通。所以换了管脚接入处。
确认电路连接无误后，再连入电路，发现数码显示管大都可以正常的单独显示示数了，但还有一个仍然有问题，后换了数码管问题解决，表明是数码管坏了的缘故。
还有有时候会在做实验的测试过程中经常会遇到导线有时候松动了的问题。经过我们一次又一次的细心检查，问题一一得到了解决。虽然说现在讲起来不是那么困难，但实际上在这次课程设计过程中，我们遇到了很多问题，以前做实验大都是在老师的指导下去完成解决问题。经过这次独立的实验，我们发现了万用表的很大的作用和用处，尤其学会了用万用表检查电路寻找电路问题。更多的，我们学会了一种解决问题的方式，学会了各个击破有头绪的去思考问题，排除错误。这种寻找问题解决问题的能力的养成，相信会给我们今后的学习带来很大的帮助。
六、心得体会
通过这次对数字钟的设计与制作，让我们了解了设计电路的程序，也让我们了解了数字钟的原理和设计理念。要设计一个电路总要对着一个参考电路图才可以连接，但是最后的成品却不一定与想象的完全一样，因为在事迹接线中有着各种各样的条件制约，所以要合理布局这样连出来的成品才比较美观。设计过程中，在一次又一次的失败面前，我们没有退缩，而是勇敢的去面对，积极的去解决，充分运用所学知识和他人的帮助，最终取得了成功。通过亲自动手连线，试验，遇到问题，解决问题，我们巩固了书本的知识，同时也学到了新的学问，明白了实践的可贵性。动手能力的提高，细心与耐心的培养，品尝自己劳动成果的喜悦，是我们在这次课程设计中最大的收获。
七、元器件
1．四连面包板1块
2．镊子1把
3．剪刀1把
4．共阳八段数码管7个
5．导线若干
6．74LS90 集成块6块
7．CD4060集成块1块
8．74LS247集成块7块
9．74LS20 集成块1块
10．74LS00 集成块1块 11．74LS08集成块2块
12．74LS32 集成块 1块 13．74LS04 集成块 1块 14 74LS74 集成块 4块 15．32.768k时钟晶体1个
16．22pF和20pF可调电容各一个 17．三极管8050一个
18．300Ω7个
22MΩ一个
1KΩ一个
八、参考资料及文献
参考资料：
《电子技术基础（数字部分）（第四版）》 《电路及电子技术实验》
《电工电子技术实践教材》
10KΩ一个
