1、 设计目的 1）掌握数字钟的设计、组装与调试方法。 2）熟悉集成电路的使用方法。 2、 设计任务与要求 1）时钟显示功能，能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。 2）具有校准时、分的功能。 3）整点自动报时，在整点时，便自动发出鸣叫声，时长1s。 选做： 1）闹钟功能，可按设定的时间闹时。 2）日历显示功能。将时间的显示增加“年”、“月”、“日”。 3、 数字钟的基本原理及电路设计 一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等七部分组成。石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器译码，并通过显示器显示时间。数字钟的整机逻辑框图如下：
图 1数字钟整机逻辑图
1）振荡器 石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整，它是电子钟的核心，用它产生标准频率信号，再由分频器分成秒时间脉冲。用反相器与石英晶体构成的振荡电路如图2所示。利用两个非门G1和G2自我反馈，使它们工作在线形状态，然后利用石英晶体Z1来控制振荡频率。振荡器振荡频率的精度与稳定度基本上决定数字钟的准确度,晶振频率越高，计时准确度越高。目前常见的石英晶振频率是4MHz时，则振荡器输出频率为4MHZ。
振荡器还可以采用555时基电路代替。 2）分频器 时间标准信号的频率很高，要得到秒脉冲，需要分频电路。例如，振荡器输出4MHZ信号，可通过D触发器（如74LS74）进行4分频变成1MHZ，也可以将10分频计数器74LS160（或74LS90）行4分频变成1MHZ，然后送到10分频计数器74LS160（或74LS90），经过6次10分频而获得1HZ的方波信号。 图2 石英晶体振荡电路 3） 计数器 整个计数器电路由秒计数器、分计数器、时计数器串接而成。秒计数器和分计数器各自由 一个十进制计数器和一个六进制计数器串接组成，形成两个六十进制计数器。时计数器可由两个十进制计数器串接并通过反馈接成二十四制计数器。 4） 译码器 译码器由六片74LS247（或74LS48）组成，74LS247驱动器是与8421BCD编码计数器配合用的7段译码驱动器。一片74LS247驱动一只数码，72LS247是集电极开路输出，为了限制数码管的导通电流，在72LS247的输出与数码管的输入端之间均应串有限流电阻。 5） 显示器 本系统用七段发光数码管来显示译码器输出的数字，发光数码管有两种：共阳极或共阴极。74LS247驱动器是低电平输出，采用共阳极数码管。 6） 校时电路 刚接通电源或走时不准时，都需要进行时间校准。实现校时电路的方法有很多，采用基本 R-S触发器构成单脉冲发生器是其中的一种，电路如图3。
4、 设计要点 1）画出整个系统的电路图，并列出所需器件清单。 2）采购器件，并按电路图接线，认真检查电路是否正确，注意器件管脚的连接，“悬空端”、 “清零端”、“置1端”要正确处理。 3）调试振荡器电路，用示波器观察振荡频率输出。 4）将振荡输出频率送入各分频器，观察其输出频率是否符合设计要求。 5）检查各级计数器的工作情况。 6）察校时电路的功能是否满足校时要求。 7）分频器和计数器调试正常后，观察电子钟是否正常准确地工作。 图3 校时电路 5、需要的材料： 74LS00 4片，74LS90 2片，74LS03（OC） 2片，74LS92 2片， 74LS04 2片，74LS93 2片，74LS20 2片，74LS191 2片， 74LS48 4片，发光二极管 4只， 74LS74 2片，数码显示器 4只，555 2片。
555定时器构成的多谐振荡器的电路图及工作波形如右图所示：
工作原理： 接通电源后，电容C被充电，Vc上升，当Vc上升到2Vcc/3时，触发器被复位，同时放电BJT T导通，此时Vo为低电平，电容C通过R2和T放电，使Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为 tPL=R2 C ln2≈0.7 R2 C； 当C放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2向电容器C充电，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的时间为 tPH=(R1+R2) C ln2≈0.7 (R1+R2) C； 当Vc上升到2Vcc/3时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得 图4多谐振荡器的电路图 了一个周期性的方波，其频率为 f=1 / (tPL+tPH)≈1.43 /[ (R1+2 R2) C] 由于555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。 当要产生1S的脉冲时，只要组合R1、R2和C的值使tPH为1S就行了。 最右侧的电阻、电容从上至下依次为R1、R2、C
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