【数字电子技术基础】数字电子钟设计

序言

电子钟，又称数显钟(数字显示钟)，是利用数字电路技术实现时间和秒
与机械时钟相比，计时装置的直观性是其主要显著的特点，而且由于非机械动作，
使用寿命更长，比石英钟的石英机芯驱动更准确。
电子钟是将时、分、秒显示在人视器官上的计时装置。它的时间
周期为 24 显示满刻度为小时 23 时 59 分 59 秒具有校时功能和报时功能
因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、时、分和秒计数器组成
由时电路、报时电路和振荡器组成。
主电路系统由秒信号发生器、时、分、秒计数器、译码器和显示器组成
时间电路和整点报时电路组成。秒信号的生成和利用 NE555 多谐振荡器生产
生脉冲。将标准秒信号发送到秒计数器 60 进制计数器，每累
计 60 秒发出一个分脉冲信号，它将被用作分数器的时钟脉冲。
也采用数器 60 每累计进制计数器 60 分钟后，发出时脉冲信号
数字将被送到时计数器 24 制计时器可以实现一天 24 小
时间的积累。译码显示电路用七段显示时、分和秒计数器的输出状态
码器译码，最后通过七段数字管显示。根据计时系统进行整点报时电路
输出状态产生脉冲信号，然后触发蜂鸣器实现报告。

模拟电路图完成

(用手机看图片可能不清楚，建议用电脑看)

1、设计目的

(1)掌握数字时钟的设计方法
(2)掌握简单数字电路系统的设计方法，培养数字电路系统的设计能力
(3)提高数字电路系统的应用能力，如计数、译码、显示和调试

2、设计要求

使用基本数字电路制作小时电子钟，需要显示时分秒；并且可以实现校时
和校分的功能。

3、功能拓展

(1)根据影响电子钟走时精度的因素提出改进方案
(2)增加日期显示
(3)实现倒计时功能
(4)整点报时
(5)定时功能

4、所用元件

计数器（74LS190）——7 个 显示译码器(74LS248）——6 个
D 触发器——2 个 数字显示管-6 个
开关 ——若干个 与门——8 个
与非门——3 个 非门——5 个
四位开关-4 个 蜂鸣器——2 个
三级管（NPN)——3 个 电容、电阻-多个
NE555——1 个 二极管——1 个

5、实验原理

(1)思维导图

（2）计数器 74LS190 的功能表

6.设计实验及原理

(1)振荡电路
实际上，没有脉冲激励源，所以我们需要自己制作脉冲发生器（晶体）
振荡电路或多谐振荡电路)如图所示 NE555 多谐振荡电路通过电容器充放
电实现信号的升降，从而实现脉冲的升降。通过改变两个电阻和电阻
容量关系改变频率。计算公式和电路图如下：

（2）计时器
60 进制秒计数器 CLK 连接振荡电路输出端，60 制分计数器 CLK
接 60 制秒计数器 RO，24 进制时计数器 CLK 接 60 进制分计数器的 RO，
当秒计数器显示 59 时进位，加分计数器 一、秒计数器显示 时计数器相似
(当时计数器显示 23 下一位进位，所有计数都在 0)。电路图如下：

(3)校时电路
当数字时钟与实际时间有偏差时，可以断开分钟、秒 CLK 之前的
开关，然后按下按钮来准确时间。电路图如下:

(4)整点报时
D 触发器的 CLK 当端接分为到时进位端时 60 当有进位信号时，这个
是 Q 反转为高点平，三极管导通，蜂鸣器响秒的个位计数器 E2、E0 输出端
与非接到 D 触发器的复位端(当秒计数为 5 秒时，D 触发器复位，Q 为 0，
三极管不导通，蜂鸣器停止响，实现准时报时，持续时间为 5 秒）。电路
图如下：

(5)增加日期显示
星期计数器 CLK 计数器的进位端，端接时的23 时 59 分 59 产生下一个
进位。电路图如下：

(6)定时功能
用四个比较器接收分时计数器的输出端，然后通过四个比较器 4 位开
定时输入(以 8421BCD 以代码的形式取数)，一个开关接收 D 触发器
当四个比较器输出高电平时，复位端，再开关打开，CLK 为上升沿，
Q 变为高电平，三极管导通蜂鸣器响，然后打开开关，D 触发器复位，Q
输出为低电平，三极管不导通，蜂鸣器停止响，实现打开和关闭
功能效果。电路图如下：