数字电子钟设计报告(显示、调整、报时、万年历、闹钟、秒表)

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2024年5月7日发(作者：)

目录

一、引言........................................................................................................................ 2

二、方案论证选择........................................................................................................ 3

2.1设计要求.................................................................................................................. 3

1.基本要求............................................................................................................. 3

2.发挥部分............................................................................................................. 3

2.2系统框图.................................................................................................................. 3

分钟+调整 ..................................................................................................................... 3

秒钟................................................................................................................................ 3

时钟+调整 ..................................................................................................................... 3

秒表................................................................................................................................ 3

闹钟功能........................................................................................................................ 3

定时报闹........................................................................................................................ 3

万年历功能.................................................................................................................... 3

三、电路仿真与设计.................................................................................................... 4

3.1核心芯片及芯片管脚图.......................................................................................... 4

3.2时、分计数电路模块设计...................................................................................... 4

3.3切换电路模块设计.................................................................................................. 5

3.4调整电路模块设计.................................................................................................. 6

（1）方案一：利用74125的三态。.................................................................. 6

（2）方案二：利用74162的置数端（LOAD），置数调整。 ........................ 7

3.5整点报时电路模块设计.......................................................................................... 8

3.6秒表电路模块设计.................................................................................................. 9

3.6定时报闹电路模块设计........................................................................................ 11

3.7万年历电路模块设计............................................................................................ 12

四、遇到的问题.......................................................................... 错误！未定义书签。

五、心得体会.............................................................................. 错误！未定义书签。

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一、引言

电子钟亦称数显钟（数字显示钟），是一种用数字电路技术实现时、分、秒

计时的装置，与机械时钟相比，直观性为其主要显著特点，且因非机械驱动，具

有更长的使用寿命，相较石英钟的石英机芯驱动，更具准确性。电子钟已成为人

们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧院、办

公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大地方便。

相对于其他时钟类型，它的特点可归结为“两强一弱 ”：比机械钟强在观时显著，

比石英钟强在走时准确，但是它的弱点为显时较为单调。

数字钟的核心即数字电子技术课程中有关时序逻辑电路、组合逻辑电路的

内容。这些也是我们学电子的学生应该掌握的最基本知识。通过这次试验，不仅

可以加深我对数字电子技术课程的理解，也可以提高自己的动手能力以及实际问

题中解决问题的能力，培养对数字电子技术的兴趣。事实上，在制作的过程中，

我也确实收获了很多知识。在心得与体会中，我会着重描述。

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二、方案论证选择

2.1设计要求

1.基本要求

（1）设计一个简易的数字钟，能按时钟功能进行小时、分钟、秒计时并显示时

间及调整时间。

2.发挥部分

（1）增加整点报时功能和星期计时。

（2）增加定时报闹功能。

（3）增加万年历功能。

（4）增加秒表功能，同时显示分为年、月、日、小时、分钟和秒、秒表显示。

2.2系统框图

秒钟

分钟+调整 时钟+调整

秒表

闹钟功能

定时报闹

万年历功能

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三、电路仿真与设计

3.1核心芯片及芯片管脚图

3.2时、分计数电路模块设计

电路的的核心芯片是74LS160。74LS160是一个10进制加法计数器。时钟

到达24后清零。分钟到达60后清零。时钟Cp为分钟清零信号。分钟Cp为与

秒计数进位信号。

下图是秒计数电路设计图，左为秒十位，右为秒个位。用置零法计60进制。

同理，也可以用74160置零法计24进制。具体电路如下。

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3.3切换电路模块设计

因为时分、秒、年、月日、秒表、闹钟共享一个显示屏。我通过计数器7490+

译码器74138组成一个顺序脉冲发生器，每次按动S7，产生一个脉冲，用来触

发74245三态门工作。其他时刻，其输出都为高阻。

如下图，顺序脉冲发生器生成的顺序脉冲通过IO2进入SEC_DISPLAY，触

发74125工作，从而使得电路显示秒。

同理，也可以显示时分、星期等等。

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3.4调整电路模块设计

调整电路是数字钟不可缺少的部分，每当数字钟与实际时间不符时，需要根

据标准时间进行调整。当数字钟接通电源或者计时出现错误是，需要调整时间，

校时是数字钟应具备的基本功能。为了电路简单，只对时和分进行调整。调整电

路要求在小时调整时不影响分和秒的正常计数，在分调整时不影响秒和小时的计

数。时调整电路和分调整电路都是一致的。

调整电路我设计了两种方法。

（1）方案一：利用74125的三态。

方法是控制计数电路的输入端CLK，使用两个三态门选择是把秒进位信号

加入还是把调整的按键信号S1加入，S2用来控制调整和计数切换，由于两个三

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态门U32A和U31A的使能端有效电平刚好相反，S1接地时为调整功能，S1接

VCC时为正常计数功能。

（2）方案二：利用74162的置数端（LOAD），置数调整。

模块SC7SC8内部如下图所示，用74126三态门控制ss端和4017的输出相

连，高电平时有效，向74160置数。SR2是用来控制置数时小时数不超过24，

分钟数不超过60.当置数达到所设上限时，SR2为高电平，给7490置零。

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如上图，4017做顺序脉冲发生器，通过按键S10输出5个顺序脉冲，分别

表示计数、调整时高位、调整时低位、调整分高位、调整分低位。用S11控制

7490的输入时钟端，每次按下S11时，计数一次，并输出到74160的置数端，

即调整74160的数字加1.

3.5整点报时电路模块设计

我制作的整点报时是从每个小时的59分50秒开始鸣响，直至整点。为了符

合人们正常作息时间，每天的0点到6点不报闹。

首先，整点报时在7点到24点响，因此buzzer=高B（23、24点）+高A（10-19

点）+低C（8、9点）+低D’CBA（7点）。小时部分的电路设计如下：

其次，从每小时59分50秒开始鸣响，分钟和秒的电路设计分别如下：

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3.6秒表电路模块设计

秒表模块的设计思路与秒模块类似，但是功能有所不同（电路如下图）。本

设计中，秒表能够进行如下功能：1.计数；2.暂停；3.清零；4.记录。S12是暂停

键，每次按下就能触发74160保持住现在的数字。S13是清零键，每次按下能够

使得74160清零。

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3.6定时报闹电路模块设计

闹钟功能模块，是建立在时分调整模块基础上的。关键点在于使用同或门，

对时和分的每一位进行比较。当设定的时间和此时时间一样时，同或门输出为1，

蜂鸣器发出响声。此时数字钟还在继续计时，1分钟之后，设定时间和此时时间

不一样，同或门输出为0，蜂鸣器自动关闭。

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3.7万年历电路模块设计

万年历功能模块的基础是74160为核心芯片的计数器和调整电路。其中年和

月、日的切换是利用之前所提到的切换电路。日的时钟信号由小时计数器的进位

信号而来，月和年依次是日和月的进位信号。

由于月分为大月、小月和平月，因此要分情况讨论。只有在大月（即1、3、

5、7、8、10、12月）才会令日在31日，日信号清零，月进位。而同理平月在

28日，小月在30日，日信号清零，月进位。通过卡诺图，可以求得大月=低位

(D’A+DC’B’A’)*高位0+低位D’C’A’*高位1，小月=低位(D’CA’+DC’B’A)*高位

0+低位D’C’BA’*高位1，平月=低位D’C’BA’*高位0.通过与非门等相连，即可

得到月份的不同情况。具体电路如下图。

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注意由于月份和日期都是从1开始，因此计数器应该使用同步置数法。在获

得了月份中，大月、小月和平月的信号以后，把它们分别输给日计数器的31进

制、30进制和28进制。用三态门控制哪一个日期输出到显示屏上。具体电路如

下图。

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因为闰年的规律是非百年，逢4年闰，百年，逢400年闰。当逢4年润时，

对于一个数来说，只要后两位能被4整除，这个数就能被4整除，因而看十位和

个位就可以了。当十位为奇数时，个位为2、6，则可以被4整除。当十位为偶

数时，个位为0、4、8，则可以被4整除。显而易见，当十位用8421BCD码表

示时，A=0，则十位为偶数，A=1，则十位为奇数。因此十位A=0，个位为2（0010）

或6（0110），或者十位A=1，个位为0（0000）、4（0100）、8（1000）时，为闰

年。当年份为整百时，即个位和十位DCBA=0000时，千位和百位应该是4的倍

数，和上面分析同理。因此可用与非或门来判断闰年。

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本文标签： 调整电路设计模块数字钟