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电子技术课程设计报告
——多功能数字钟电路的设计与仿真
上海大学机自学院自动化系 电气工程及其自动化专业
:*** 学号:****** 指导老师:徐昱琳 2015年6月26日
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一、任务及要求
用中小型规模集成电路设计一个多功能数字钟电路，在EDA软件上完场硬件系统的仿真。
多功能数字钟电路的技术指标如下： ①时间以24小时为一个周期; ②数值显示时、分、秒;
③有校时功能,可以分别对时及分进行单独校时,使其校正到标准时间; ④具有整点报时功能,当时间到达整点前5秒进行蜂鸣报时; ⑤具有闹钟功能，当时间到达预设的时间进行蜂鸣闹铃；
⑥为了保证计时的稳定及准确须由石英晶体振荡器提供时间基准信号。
二、数字钟介绍。 数字钟的构成：
数字式计时器应由秒发生装置、计秒，计分，计时部分、时间显示部分、时间校正和闹钟报时等几部分组成。所涉及的电子器件主要有振荡器、加法计数器、译码器、显示器、寄存器、比较器等。其中，振荡器组成标准秒信号发生器；由不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时，显示系统；寄存器和比较器构成定点报时系统。其结构原理图如下：
三、详细的电路模块及电路设计过程如下： （1）、秒脉冲器。秒脉冲器可以产生频率为1Hz的方波信号。其精确程度直接影响到电子钟计时的精确程度。实验要求使用石英晶体振荡器作为秒脉冲器，提供时间基准信号。
石英晶体构成的秒脉冲器结构图如下：
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CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成。其中的振荡器与石英电路构成石英振荡器，可产生频率为32768Hz=2^15Hz的方波信号。再通过14级二进制计数器分频。通过14次分频后可产生频率为2Hz的方波信号。再将2Hz的方波信号通过D触发器进行分频，可获得频率为1Hz的秒脉冲信号。
74LS74芯片介绍：
74LS74是双路D 型上升沿触发器 ，带独立的数据（D）输入、时钟 （CP）输入、设置（SD）和复位（RD）输入、以及互补的Q和Q输出。设置和复位为异步低电平有效，且不依赖于时钟输入。74LS74数据输入口的信息在时钟脉冲的上升沿传输到Q口。为了获得预想中的结果，D输入必须在时钟脉冲上升沿来临之前，保持稳定一段就绪时间。
仿真中可用74LS74中的D触发器来对2Hz的方波信号进行分频以获得频率为1Hz的秒脉冲信号。
最终的石英晶体秒脉冲电路如下图所示：
由于Mulitisim软件不能仿真4060的晶体振荡电路，无法生成秒脉冲。故仿
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真电路中暂时以电压为5V，频率为1Hz的方波信号代替石英晶体振荡电路。实际中则使用上图中的石英晶体秒脉冲电路。
（2）、计时电路：
分和秒的计时电路由60进制的计数器构成，其中个位为十进制计数器；十位为六进制计数器。二者级联即可构成60进制计数器。
小时的计时电路由24进制，其中个位为十进制计数器，只不过十位为2时个位需要满四清零；十位为二进制计数器，实现方法是个位为4，十位为2时反馈清零。二者级联即可构成24进制计数器。
计数芯片选用74HC160。74HC160芯片的管脚与74HC161的管脚完全相同，不过160为10进制计数器，161位四位二进制即16进制计数器。相比之下160使用起来更简单。计数方法采用反馈清零法。
分秒计时电路如下：
其中IO1~8是状态输出端，接译码器；IO9是进位端，接下一个计时电路的CP端；IO10是初始CP输入端，接秒脉冲信号。
U2为十进制计数器，当个位计数到9时，RCO会输出一个高电平，个位清零时高电平立即消失，其余时刻均为低电平。即刚刚到9时，会输出上升沿，刚刚清零时，输出下降沿。通过非门，则可以在刚刚清零时输出上升沿，从而实现对十位的进位。
U1为六进制计数器，通过反馈清零法实现计数。当清零信号与电源VCC信号的与非即可获得进位信号。
小时计时电路如下图：
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其中IO1~8是状态输出端，接译码器；IO9是CP输入端，接分计时器的进位端。
U1为十进制计数器，当个位计数到9时，RCO会输出一个高电平，个位清零时高电平立即消失，其余时刻均为低电平。即刚刚到9时，会输出上升沿，刚刚清零时，输出下降沿。通过非门，则可以在刚刚清零时输出上升沿，从而实现对十位的进位。当小时的十位数值为2时，则U1必须满四清零，这个通过与非门U3A实现。
U2为二进制计数器，实现方法个位4和十位2的同时反馈清零。这个通过与非门U3A实现。
（3）、译码电路及显示电路
为了能够使计时电路的状态能够变为十进制数字显示，必须要将计时电路输出的二进制数值通过译码器输出到显示器。译码芯片选择CD4511芯片。显示器选用七段数字显示器。
CD4511芯片介绍：
CD4511 是一片 CMOS BCD—锁存/7 段译码/驱动器，用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码。特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动共阴LED数码管。
A0~A3：二进制数据输入端 CD4511引脚图
BI：输出消隐控制端 LE：数据锁定控制端 LT：灯测试端
Ya~Yg：数据输出端 VDD：电源正 VSS：电源负
CD4511真值表如下
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多功能数字钟电路的设计与仿真_上海大学
