数字钟课程设计

多功能数字钟设计与制作

摘要：数字钟采用数字电路实现对时，分，秒数字显示的计时装置，应用较为广泛，成为人们日常生活中不可少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表。

本设计利用protel99SE软件完成电路原理图设计，PCB图的绘制，以及proteus进行仿真，完成多功能数字钟的设计与制作。 关键词：数字钟、protel99SE、PCB

1 引言

1. 系统工作原理：振荡器产生的稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再

经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器计满60后向分计数器进位，分计数器计满60后向小时计数器进位，小时计数器按照“24翻1”规律计数。计数器的输出经译码器送数码管显示器。计时出现误差时可以用校时电路进行校时、较分、较秒。 2. 数字钟电路系统的组成框图：

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2 数字钟单元电路设计 1.振荡器的设计

振荡器是数字钟核心，振荡器的稳定度及频率的精度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用石英晶体构成振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高。

此次实验我用的是由集成电路定时器NE555和RC组成的多谐振荡器，产生1HZ标准脉冲。

图2 振荡器电路

2.校时电路设计

校时电路的作用是：当数字钟接通电源或出现误差时，校正时间。校时是数字钟应具有的基本功能。一般电子表都具有时、分、秒等校时能。为了使电路简单，在此设计中只进行分和小时的校时。校时有“快校时”和“慢校时”两种，快校时”是通过开关控制， 使计数器对1Hz“校时脉冲计数。慢校时”是用手动产生单脉冲作校时脉冲。图中S1校“分 用的控制开关，S2（总图）为校时用的控制开关，它们的控制功能如表4所示，校时脉冲 采用分频器输出的1Hz脉冲，当S1或S2分别为“ 0”时可以进行“快校时”。如果校时 脉冲由单次脉冲产生器提供 ，则可以进行“慢校时”。表1为校时开关的功能。

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表一： S2 1 1 0

S1 1 0 1 功能 计数 校分 校秒

图3 校时电路

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3.计数电路设计

有了时间标准“秒”信号后，就可以根据60秒为1分、60分为1小时、24小时为1天的计数周期，分别组成两个六十进制(秒、分)、一个二十四进制(时)的计数器。将这些计数器适当连接，就可以构成秒、分、时的计数，实现计时功能。

由于秒和分的显示均为60进制，因此它们可由二级十进制计数器组成，其中秒和分的个位为十进制计数器，十位为六进制计数器，可采用置零法来实现。用四片74LS160计数器完成分秒的六十进制。时计数器为二十四进制计数器，也采用二片74LS160集成电路利用整体置零法来实现。当时计数器输出的第24个进位信号时，时计数器复位，即完成一个计数周期。

图4 分、秒六十进制电路

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图5 时二十四进制电路

4.译码显示驱动电路

译码显示电路是将数字钟的计时状态直观清晰地反映出来，被人们的视觉器官所接受。在译码显示电路输出信号的驱动下，显示出清晰、直观的数字符号。译码显示电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。

3 用protel99SE进行电路原理图设计及PCB布线 1.设置原理图设计环境

进入Protel 99 SE 界面，执行菜单 File/New 命令，创建一个新项目，然后 再选择 File 菜单下的 new...,则弹出如下对话框，从框中选择原理图服务器。

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建立原理图设计文档 看到（Schematic Document）图标，双击图标，建立原理图设计文档。双击 文档图标(设计所设的文件名为 XIN.Sch)，进入原理图设计主界面。执行菜单 Design/Options 和 Tool/Preferences，设置图纸大小、捕捉栅格、电气栅格等。 2.放置元件

在设计管理器中选择 Browse SCH 页面，在 Browse 区域中的下拉框中选择 Library， 然后单击 ADD/Remove 按钮，添加库文件。 3.原理图布线

利用 Protel 99 SE 提供的各种工具（常用的有三个工具条，分别为数字实 体 Digital Objects、绘图工具条 Drawing Tools、连线工具条 Writing Tools）、 指令进行布线，将工作平面上的器件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构 成一个完整的电路原理图。 4.PCB布线

画好原理图后生成PCB，然后按照其连接关系进行合理布局，连线。 4 调试心得与体会

在此次的数字钟设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。对于与此专业相关的软件，如multisim、prteus、protel，能熟练的应用它们。为此次设计以及今后的学习打下了良好的基础。

此次基础课程设计，虽然用的是关于数电的简单知识，但是从软件到硬件实物之间还需要做出大量的努力。

对于PCB图的绘制，做的不是特别好，以致于板子太大，看着不美观，而且焊接的时候容易出问题。在以后的实践中，要注意此点。

实物调试时刚开始没有一点头绪，那是因为之前书本知识没有充分应用到实践当中。经过测试计数脉冲，计数电路，以及焊接问题，找到了许多错误，这可以让自己在以后的设计中少走许多弯路。

由于本人设计水平有限，设计中错误在所难免，希望老师给予批评指正。

参考文献

[1]阎石 .《数字电子技术基础》（第五版） 高等教育出版社。 [2]童诗白、华成英《模拟电子技术基础》（第四版） 高等教育出版社。 [3]吉雷.《Protel 99 从入门到精通》 西安电子科技大学出版社.2000. [4]张伟、王力.《Protel 99SE 基础教程》北京：人民邮电出版社.2006.

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