浙江海洋大学东海科学技术学院 浙江 舟山 316000
【摘要】文章主要针对目前市场上机械时钟和石英时钟在无照明情况下不可见的不足点，用数字时钟来改善。该文章包括五个章节。第一章，对选题背景、研究的意义和目的进行界定，确定本文章的范围，为研究指明方向。第二章是设计要求，为多功能意义提供依据。第三章为系统设计，说明设计的具体情况。第四章进行电路仿真，对实验进行测试。第五章是结语。
【关键词】proteus；多功能；数字时钟
绪论
（一）选题背景
时钟在日常生活中十分普遍，应用在各个领域，时钟的显示方式对人们的生活非常相关，完善时钟的一些功能能大大提高人们生活的质量与效率。现在市场上的机械时钟和石英时钟，若在无照明情况下要看时间，就必须开灯才能知道，较为不便。为此，以银行、公交站等一些公共场所用到的数字时钟来改善人们的生活，对多功能数字时钟进行设计。
（二）研究意义及目的
1、研究的意义
加深对proteus仿真软件的了解及应用，对数字时钟类型的研究作补充。通过调查研究，了解目前市场上常见时钟的运用情况，得出实践概况总结，为基于proteus仿真软件的多功能数字时钟的设计提供支撑。
2、研究的目的
通过对多功能数字时钟的设计，对数字时钟的研究提出建议。
设计要求
（一）能显示24小时制的时、分、秒（如：23小时59分59秒）
（二）对时或分能单独校正到标准时间
（三）能进行整点报时
系统设计
单元电路设计
将一块74HC160计数器设置成6进制计数器，另外一块设置成10进制，两块计数器按反馈置数法串接构成60进制计数器，就是分和秒的计数器。将一块74HC160设置成2进制计数器，另一块设置成4进制，这两块串接构成的24进制计数器就是时的计数器。当秒计数器的十位状态为 0010，个位状态为0100时，计数器归零。
校时电路
在断开SW1键前提下，按下K1键，对时校时；按下K2键，对分校时；按下K3键，对秒校时；按下K4键，对时、分清零。想调整秒位时，按下K3键，秒位的进位CP脉冲会由原来的高电位变到低电位，当松开K3键的时候，会有一个上跳变使得计数器加一，从而调整了时间。但是此方法只适用于调整秒位，不适用于时位和分位。比如时位，时位的进位信号和分位的清零信号为同一个信号，如果不在两者之间加一个二极管，时位的调时信号会使分位的十位清零，从而影响分位的时间。但如果加一个二极管，由于二极管具有单向导电性，分位清零信号的高电平就不会被时位调整时所产生的低电平影响，从而解决了调整高位时间时会影响低位时间的问题，分位调时与秒位调时的情况也一样。
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整点报时电路
报时电路里用的芯片为CD4068，该芯片是一个8输入与非门，与非门的引脚和CD4511对应的输出引脚分别相接。让其在59分55秒的时候开始输出报时信号，根据要求把报时信号设计成从第55秒时输出，在这些时间时产生的BCD码为：0101 1001 0101 0101，将CD4068的引脚分别接在产生“1”的这些位上。等到第55秒时引脚4上会产生一个高电平，遇到高电平后蜂鸣器会发出“嘟嘟嘟”的声音，以达到报时效果。
秒信号发生器
555芯片可接成多谐振荡器，据公式f=1.43/(R1+2R2)C2，当调节电阻和电容到合适的值时，可以输出频率为1HZ的方波，当做秒信号来使用。
电路仿真
（一）所需芯片的部分资料
1、555计时器
其各个引脚功能：1脚：外接电源接地。2脚：TR低触发端。3脚：输出端Vo。4脚：直接清零端。5脚：VC为控制电压端。6脚：TH高触发端。7脚：放电端。8脚：外接电源VCC，一般为5V。
2、十进制计数器74LS160
计数器74LS160具有置数、计数、异步清零等功能，内部有超前进位。时钟同时加在全部触发器上，使得计数使能输入和内部门发出指令时的输出变化相互协调统一，从而实现同步计数，以这种方式，可以消除非同步计数器中高频率发生的输出计数尖峰。两个计数使能输入ENP和ENT，计数时必须设置成高电平，而且输入ENT必须为正反馈，这样才能让使能动态进位输出。计数器的功能完全是由稳态时建立时间和保持时间所需要的条件来决定的，所以尽管使能ENP、ENT或清零发生了变化，直到时钟的发生，都不会产生任何的影响。
3、CD4511
BCD码—七段码译器CD4511，用于驱动共阴极LED显示器，具有消隐和锁存控制、BCD转换、七段译码的特点，还能为有着驱动功能的CMOS电路供应较大的上拉电流，从而直接驱动LED显示器。LT为测试信号的输入端，LT=1时，显示器能正常显示，LT=0时，显示器将会一直显示着数字“8”，七段数码管全被点亮，用来检测显示器是否出现故障。BI为消隐输入控制端，处于低电平时，七段数码管均消隐也就是不显示的状态，若要正常显示，BI端应加高电平。此外CD4511还有拒绝伪码的特点，当输入的数据超过了十进制1001，显示字形也会自动消隐。LE是锁定控制端，在低电平的时候传输数据，在高电平的时候进行锁存，译码器的输出保持在低电平时的数值。a、b、c、d、e、f、g，当输出为高电平1时有效，可驱动共阴LED数码管。如果需要进行多位计数，只要把计数器级联，每级的输出端接上一个LED数码管和CD4511就可以了。
（二）仿真图
图为Proteus仿真软件中的仿真图
结语
尽管数字时钟还不普遍在家家户户，但其与人们日常的生活及现代商业发展都有着不可分割的关系，为此，它的发展速度是极快的，并且现如今的数字时钟也越来越完善，功能越来越强大了。由于数字时钟能在众多领域中应用，其功能可以起到一定作用，所以它也直接关系着我国国民经济的发展。为此，目前我们的首要任务是全面了解和掌握数字时钟设计的相关知识内容，以便使得该设计能够得到更进一步的提高与发展。
【参考文献】
[1] 贾立新. 数字电路[M]. 北京：电子工业出版社，2011
[2] 康华光. 电子技术基础 数字部分（第5版）[M]. 高等教育出版社，2008
[3] 冯伯翰，邱志明. 基于集成电路的数字时钟制作[J]. 科技信息(学术研究)，2007(7)
论文作者:胡笑颖
论文发表刊物:《科技中国》2016年10期
论文发表时间:2017/1/5
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