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数字钟是用数字集成电路构成，用数码管显示的一种现代化计数器。它一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、矫时电路等部分组成，这些都是数字电路中应用最广的基本电路。振荡器和分频器构成组成标准秒信号发生器，不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统，通过校时校时校分电路实现对时、分的校准。数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。
1设计内容及要求
1.1设计内容及要求①可以显示时、分、秒。 ②具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间。 ③计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时。 ④闹钟功能：可按设定的时间报时。
2系统原理及系统框图
2.1数字钟的构成⑴信号发生器 由函数信号发生器给数字钟提供一个频率2Hz 的信号，再进行分频处理可保证数字钟的走时准确及稳定。 ⑵时间计数器电路 时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成。其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器。而根据设计要求，时个位和时十位计数器为24进制计数器。 ⑶译码驱动电路 译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。 ⑷数码管 数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管。本设计提供的为LED数码管。 2.2工作原理⑴函数信号发生器 产生矩形脉冲波作为时钟信号，因为是数字钟，所以应选择的频率为1HZ,但为校时高赫兹信号，特改为2HZ。方便校时并使用分频器进行分频修改部分电路实现与标准走时相同。 ⑵时间计数单元 六片74LS390芯片构成计数电路,按时间进制从右到左构成从低位向高位的进位电路,并通过译码显示。在六位LED 七段显示上显示对应的数值。 ⑶校时电源电路 当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。通常,校正时间的方法是:首先截断正常的计数通路,然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端,校正好后,再转入正常计时状态即可。 根据要求,数字钟应具有分校正和时校正功能。因此,应截断分个位和时个位的直接计数通路,并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。 2.3系统框图
图2-1系统框图 
表3-1 电路配件 图3-2整体电路图 （1）74LS74 74LS74是一个D触发器，触发器具有两个稳定状态，即"0"和"1"，在一定的外界信号作用下，可以从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。分频用同一个时钟信号通过一定的电路结构转变成不同频率的时钟信号。而二分频就是通过有分频作用的电路结构，在时钟每触发2个周期时，电路输出1个周期信号。 （2）74LS390 74ls390是LSTTL型双四位十进制计数器。A和B触发器都有独立的时钟，可以构成两个2分频和两个5分频计数器每个计数器都有直接清除有效提高系统密度缓冲输出减小集电极转换的可能性。这种双单片电路有八个主从触发器和附加门，以构成两个独立的4位计数器，可以实现等于2分频、5分频乃至100分频的任何累加倍数的周期长度。当连成二—五进制计数器时，可以用独立的2分频电路在最后输出级形成对称波形（矩形波）。每个计数器又有一个清除输入和一个时钟输入。由于每个计数级都有并行输出，所以系统定时信号可以获得输入计数频率的任何因子。 （3）CD4511 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-七段码译码器。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。其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。a～g是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。 （4）拨码开关 拨码开关（也叫DIP开关，拨动开关，超频开关，地址开关，拨拉开关，数码开关，指拨开关）是一款用来操作控制的地址开关，采用的是0/1的二进制编码原理。每一个键对应的背面上下各有两个引脚，拨至ON一侧，这下面两个引脚接通；反之则断开。这四个键是独立的，相互没有关联。此类元件多用于二进制编码。 （5）数码管 数码管，也称作辉光管，是一种可以显示数字和其他信息的电子设备。玻璃管中包括一个金属丝网制成的阳极和多个阴极。大部分数码管阴极的形状为数字。管中充以低压气体，通常大部分为氖加上一些汞和/或氩。给某一个阴极充电，数码管就会发出颜色光，视乎管内的气体而定，一般都是橙色或绿色。led数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类。静态驱动也称直流驱动。 3.2工作原理函数信号发生器发出2HZ信号经过74LS74构成的分频器电路提供1HZ信号，该信号经过门电路与74LS390构成的计数器电路产生8421BCD码再经过译码器交由数码管显示。校时电路则采用2HZ信号通过74LS00与74LS51与非门将信号传入74LS390控制端实现快速校时。闹钟电路则通过拨码开关与门电路将定时时间传入计数器中并通过产生一分钟高电平驱动二极管发光。将计数器产生5、9、5信号与门电路结合驱动控制三极管开关从而实现蜂鸣器报时。 4 单元电路设计
4.1时钟电路
数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。利用函数信号发生器产生2Hz的时钟信号，再利用74LS47构成分频电路分频，产生1Hz的时钟信号供给系统使用，如图4-1。
4.2报时电路
报时电路设计如图4-2，原理说明：利用蜂鸣器、与非门及开关实现，当“分”计数电路为59时，四与门会产生一个高平进位信号，当秒计数电路十位为5时经过二与门输出高电平，两路信号再经过与门为高电平，再经过非门变为高电平，秒个位输出为0到9时信号上路高电平经过三与门成为高电平，从而使蜂鸣器发出响声。 图4-2报时电路 4.3计数器电路与闹钟时间计数电路由六个计数器组成，他们分别是：“秒”个位、“秒”十位计数器、“分”个位、“分”十位计数器及“时”个位、“时”十位计数器电路。其中 “秒”个位、“分”个位和“时”个位计数器采用的是10进制计数器、“秒”十位和“分”十位计数器为6进制计数器，“时”十位计数器可以采用3进制计数器。这样六个计数器就安排好了。在时个位计数器计数时，当时十位计数器为2时，个位计数器为4进制计数器。（即时钟为23后，下一个状态为00）“秒”计数电路和“分”计数电路设计见下图，原理说明： 
利用74LS390和与非门分别构成0-5循环计数器和0-9循环计数器，如图4-3-1。 
闹钟的实现由4位拨码开关采用8421BCD码确定定时时间，四个拨码开关分别对应时钟小时的十位、个位，分钟的十位、个位。拨码开关与门电路结合在定时点提供一分钟的高电平提示定时，如图4-3-2。
4.4校时电路
电路下方的点动开关为校时按键“时”、“分”校时按键为加计数，按下按键不动，会有2HZ时钟脉冲经过74LS51到达74LS390的时钟计数端，数码管显示数值增加，起到校时功能如图4-4。 图4-4校时电路 5 仿真结果及分析
5.1仿真结果图5-1仿真总图
5.2分析校时电路能够准确实现校正，分频电路能够实现，计数电路能够实现准确计数，闹钟功能能够实现准确报时，各项功能均能实现。 
6 硬件调试在本设计中，为了设计的顺利进行，在焊接的时候进行了部分调试，由于电路过于复杂，我们根据电路的工作原理进行分步调试，保证电路各项功能顺利实现。电路调试总图如图6-1,。 图6-1 调试电路总图
7 总结通过这次数字时钟的设计，不仅加深了我对这i ]课的了解，同时也深知模电与数电的重要性，而且让我对Multisim仿真软件有了初步的了解和认识。使用Multisim仿真软件，可以让我们在虚拟的环境中实行实验,不需要真实电路环境的介入，不必顾及仪器设备的短缺与时间环境的限制，能够极大提高实验效率。
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