第一篇：數電課程設計 多功能數字鐘

數字電子技術課程設計報告 課題名稱：多功能數字鐘

學院：國際教育學院 專業：電子信息工程 班級： 學號： 姓名： 老師:葛遠香

時間：2016年6月28日

目 錄

一內容摘要??????????????????? 1 二主要器件??????????????????? 1 三 設計內容及要求???????????????? 1 四總設計原理?????????????????? 1 4-1數字鐘電路系統的組成框圖??????????? 1 4-2主體電路的設計????????????????2 4-2-1 振蕩器?????????????????2 4-2-2 分頻器?????????????????3 4-2-3 時分秒計數器?????????????? 3 4-2-4 譯碼顯示電路?????????????? 4

五 芯片工作原理????????????????? 4 六總電路設計圖????????????????? 6 七 設計結果??????????????????? 7 八心得體會??????????????????? 7 九附錄????????????????????? 8

多功能數字鐘

一 內容摘要: 數字鐘是一種用數字電路技術實現時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。

數字鐘從原理上講是一種典型的數字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。它可以實現數字電子時鐘功能這一項基本功能。

二主要器件：

NE555 74LS90 74LS92 74LS191 74LS74 74LS00 CD4511 5011AS 1片 5片 2片 1片 1片 4片 4片

4個(共陰LED數碼管）

電阻2.2kΩ×1，5.1kΩ×1，47kΩ×1 電容 0.1μF×1，0.01μF×1

三設計內容及要求：

基本功能

以數字形式顯示時、分、秒的時間，為節省器件，其中秒的個位用發光二極管指示，小時的十位亦用發光二極管指示，燈亮為“1”，燈滅為“0”。小時計數器的計時要求為“12翻1”。要求手動快速校時、校分或慢校時、慢校分。

四 總設計原理：

1.數字鐘電路系統的組成框圖

如圖S1-1所示，數字鐘電路系統由主體電路和擴展電路兩大部分所組成。其中主體電路完成數字鐘的基本功能，擴展電路完成數字鐘的擴展電路。

時顯示器主體電路分顯示器分譯碼器分計數器校時電路秒顯示器秒譯碼器秒計數器定時控制仿電臺報時報整點時數擴展電路時譯碼器時計數器觸摸整點報時1S振 蕩 器分 頻 器

圖S1-1 多功能數字鐘系統組成框圖

2.主體電路的設計

主體電路是由功能部件或單元電路組成的。在設計這些電路或選擇部件時，盡量選擇同類型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成電路或都采用CMOS集成電路。整個系統所用的器件種類應盡可能少。下面介紹各功能部件或電路的設計。

（1）振蕩器

振蕩器是數字鐘的核心，振蕩器的穩定度和頻率的精準度決定了數字鐘計時的準確程度，所以通常選用石英晶體來構成振蕩器電路。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時的精度就越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高可以采用由集成邏輯門與RC組成的時鐘源振蕩器或集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器。這里選用555構成的多諧振蕩器，設振蕩器頻率f0=10^3Hz，電路參數如圖S1-2所示，其中10KΩ電位器RP可微調振蕩器的輸出頻率f0。

555多諧振蕩器的工作波形如圖S1-3所示：

圖S1-3 555多諧振蕩器波形圖

圖S1-2 555振蕩器

（2）分頻器

分頻器的主要功能是：產生標準秒脈沖信號。選用中規模集成電路計數器74LS90可以完成上述功能。如圖S1-4所示，將3片74LS90進行級聯，因每片為1/10分頻器，3片級聯正好獲得1Hz的標準秒脈沖信號。由74LS90的功能表可得，當它接成BCD十進制計時器時，QA的輸出是輸入脈沖CP的2分頻，所以第1片74LS90的QA輸出脈沖的頻率為500Hz。

圖S1-4 振蕩器與分頻器電路

（3）時分秒計數器

分和秒計數器都是模M=60的計數器，采用中規模集成電路十進制計數器至少需要2片，因為10

圖S1-5 分和秒六十進制計數器

時計數器是一個“12翻1”的特殊進制計數器，即當數字鐘的計數器運行到12時59分59秒時，秒的個位計數器再輸入一個秒脈沖時，數字鐘應自動顯示01時00分00秒，實現日常生活中習慣用的計時規律。由此可見，時計數器的個位有0～9十個狀態，圖S1-6 “12翻1”的時計數器

十位只有0和1兩種狀態，因此，十位位可以采用僅有兩個狀態的集成觸發器，如雙D觸發器74LS74（只用其中一個D觸發器）。時的個位雖然只有0～9十個狀態，但其重復周期需要輸入13個時鐘脈沖，因而需要采用功能較靈活的4位2進制計數器，這里選用74LS191。再將74LS74與74LS191通過控制門和反饋控制線進行級聯，組成“12翻1”的小時計數器。如圖S1-6所示。

(4）譯碼顯示電路

譯碼顯示電路的作用是將時分秒計數器輸出的4位二進制代碼翻譯并顯示出相應的十進制數的狀態，通常譯碼器與顯示器是配套使用的，如果選擇共陰發光二極管數碼顯示器5011AS，則譯碼驅動器應選配CD4511。如圖S1-7所示。

圖S1-7 譯碼顯示電路

五 芯片工作原理：

1.1 74LS191為可預置的四位二進制加/減法計數器，其管腳圖如圖所示：

RCO 進位/借位輸出端 MAX/MIN 進位/借位輸出端 CTEN 計數控制端 QA-QD計數輸出端 U/D計數控制端

CLK時鐘輸入端

LOAD異步并行置入端（低電平有效）。1.2 74LS191功能表：

2.1 74LS90功能：十進制計數器（÷2 和÷5）

原理說明：本電路是由4個主從觸發器和用作除2計數器及計數周期長度為除5的3位2進制計數器所用的附加選通所組成。有選通的零復位和置9輸入。為了利用本計數器的最大計數長度（十進制），可將B輸入同QA輸出連接，輸入計數脈沖可加到輸入A上，此時輸出就如相應的功能表上所要求的那樣。74LS90可以獲得對稱的十分頻計數，辦法是將QD輸出接到A輸入端，并把輸入計數脈沖加到B輸入端，在QA輸出端處產生對稱的十分頻方波。2.2 74LS90功能表：

3.1 74LS92是十二分頻計數集成電路：

本電路是由4個主從觸發器和用作除2計數器周期長度為6的3位2進制計數器所用的附加選通所組成。也有選通的零復位輸入。為了利用本計數器的最大計數長度（十二進制），可將B輸入同QA輸出連接，輸入計數脈沖可加到輸入A上，此時輸出就如相應的功能表上所要求的那樣。3.2 74LS92功能表：

4.1 CD4511七段碼譯碼器：

CD4511是一個用于驅動共陰極LED（數碼管）顯示器的BCD碼—七段碼譯碼器，特點：具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅動LED顯示器。4.2 CD4511功能表：

5.1 74LS74邊沿觸發器數字電路: SD和RD接至基本RS觸發器的輸入端，它們分別是預置和清零端，低電平有效。當SD=0且RD=1時,不論輸入端D為何種狀態，都會使Q=1，Q=0，即觸發器置1；當SD=1且RD=0時，觸發器的狀態為0,SD和RD通常又稱為直接置1和置0端。我們設它們均已加入了高電平，不影響電路的工作。5.2 74LS74功能表：

六 總設計電路圖：

六 實驗六 心得數字鐘電路實現對數字顯示的廣泛用于個站,碼頭辦場所,成為活中不可少由于數字集展和石英晶廣泛應用,的精度,運鐘表,鐘表人們生產生大的方便，擴展了鐘表功能。以數的。

結果： 體會：

是采用數字時、分、秒計時裝置,人家庭,車公室等公共人們日常生的必需品,成電路的發體振蕩器的使得數字鐘運超過老式的數字化給活帶來了極而且大大地原先的報時字化為基礎因此，這次課程設計制作數字鐘，對我們來說有著很現實的意義。通過這次對數字鐘的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，數字鐘的原理與設計理念，也讓我對各種應用電路有了更深刻的了解，同時也看到了自己存在很多不足之處。在不斷的選擇和調試過程中，我對元器件，設備儀器有了更實際性的了解體會，自己搞不懂的地方，首先在書本上找原理自己琢磨，如果還是找不出問題所在，就和同學一起討論研究，最終找出了問題所在。通過對電路的改進，使得自己的設計更好。在與同學共同討論的同時，不但解決了自己的實際問題，也鍛煉的相互協作的能力，并且切實體會到了合作的樂趣。

經過這次課程設計，將理論與實際相結合，把抽象的理論原理運用到實際的設計過程中，讓我對理論有了更切實際的理解。不但學會了運用所學知識解決實際問題的能力，也提高了自己實際動手能力和解決困難的應變力。更重要的時通過這次課程設計讓我學會了很多書本上學不到的東西，如何將所學知識付諸實踐，體會到了相互協作解決問題在社會實踐中的重要性。

附錄

74LS90引腳圖 74LS92引腳圖

555引腳圖

CD4511引腳圖

74LS74引腳圖

74LS191引腳圖

74LS00

引腳圖

5011AS 共陰二極管

第二篇：多功能數字鐘課程設計

多功能數字鐘

朱安煙

（安陽師范學院 物電學院, 河南 安陽 455002）

摘要：時鐘相比具有更高的準確性和直觀性

因此得到了更加廣泛的使用。數字鐘從原理上講是一種典型的數字電路，其中

本設計采用六位LED

24小時計時方式根據數碼管動態顯示原理來進行顯示。用晶振產生振蕩脈加以分頻得到所需的鐘表秒脈沖,利用純數字電路，實現數字電子時鐘功能,時間重置功能。此次數字鐘的理圖設計，PCB圖的制作主要是基于altium designer軟件，利用proteus7.7軟件進行仿真，最終本設計實現24小時的時鐘計時、時間重置功能。

關鍵詞：LED數碼管

時序電路

邏輯電路

時鐘

校時引言

僅向。方案論證：

2.1方案一

由于是數字鐘的設計，可以用單片機AT89C51來實現計數功能，相對于純數字電路來講它具有功耗低、體積小、使用方便等優點。但在大二下半學期初期，對單片機方面的內容知識還不夠完善，加上用單片機為核心來做數字鐘還需做編程，對自身來說又是一難點。不過此法可以待以后，學習知識完善后再考慮。

2.2 方案二

繼而考慮到用原先學過的純數字電路來做，以74Ls160來做為計數的芯片，用六片分別實現 數字鐘的小時、分、秒、的計數，并用晶振加以分頻產生數字鐘所需的秒脈沖。

從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，用此法做即可以復習回顧早期學習的數電模電知識，又避免了單片機知識不足的問題，故用此法。結果與討論

3.1.1數字鐘主要計數芯片為74ls160其引腳圖如下：

這種同步可預置十進計數器是由四個D型觸發器和若干個門電路構成，內部有超前進位，具有計數、置數、禁止、直接（異步）清零等功能。對所有觸發器同時加上時鐘，使得當計數使能輸入和內部門發出指令時輸出變化彼此協調一致而實現同步工作。這種工作方式消除了非同步（脈沖時鐘）計數器中常有的輸出計數尖峰。緩沖時鐘輸入將在時鐘輸入上升沿觸發四個觸發器。這種計數器是可全編程的，即輸出可預置到任何電平。當預置是同步時，在置數輸入上將建立一低電平，禁止計數，并在下一個時鐘之后不管使能輸入是何電平，輸出都與建立數據一致。清除是異步的（直接清零），不管時鐘輸入、置數輸入、使能輸入為何電平，清除輸入端的低電平把所有四個觸發器的輸出直接置為低電平。超前進位電路無須另加門，即可級聯出n位同步應用的計數器。它是借助于兩個計數使能輸入和一個動態進位輸出來實現的。兩個計數使能輸入（ENP和ENT）計數時必須是高電平，且輸入ENT必須正反饋，以便使能動態進位輸出。因而被使能的動態進位輸出將產生一個高電平輸出脈沖，其寬度近似等于QA輸出高電平。此高電平溢出進位脈沖可用來使能其后的各個串聯級。使能ENP和ENT輸入的跳變不受時鐘輸入的影響。電路有全獨立的時鐘電路。改變工作模式的控制輸入（使能ENP、ENT或清零）縱使發生變化，直到時鐘發生為止，都沒有什么影響。計數器的功能（不管使能、不使能、置數或計數）完全由穩態建立時間和保持時間所要求的條件來決定。

管腳說明： CLR:清零復位端

當輸入為低電平時有效

CLK：時鐘信號接收端

A~D:讀入

QA~QD:輸出

ENT、ENP置一時芯片正常工作

LOAD:置數端

RCO：信號輸出端

GND：接地

Vcc：接高

工作方式：

3.1.2 7段LED數碼管

3.1.3 32.768KHZ晶振

32.768KHZ是一個標準的頻率，晶振頻率的應用主要有以下幾個方面的參數：尺寸、負載電容、頻率偏差、應用范圍。按尺寸外形來分主要分為插件和貼片的；插件的主要有2*

6、3*

8、49s 等，貼片的就有很多種了，跟據各公司的設計可的型號有很多，例如：日本KDS晶振就有49SMD、DST310S、SM—14J、DST520、DST410S等。

3.1.4 CD4060分頻器

CD4060由一振蕩器和14級二進制串行計數器位組成，振蕩器的結構可以是RC或晶振電路，CR為高電平時，計數器清零且振蕩器使用無效。所有的計數器位均為主從觸發器。在CP1(和CP0)的下降沿計數器以二進制進行計數。在時鐘脈沖線上使用斯密特觸發器對時鐘上升和下降時間無限制 引腳功能：

/CP1：時鐘輸入端

/CP0：時鐘輸出端

/CP0：反相時鐘輸出端

Q4~Q10，Q12~Q14：計數器輸出端

/Q14：第14級計數器反相輸出端

VDD：電源正

VSS：電源負

CR：清零端 3.1.5 74ls48

功能介紹：

74LS48除了有實現7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（Ya～Yg）端外，7448還引入了燈測試輸入端（LT）和動態滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動態滅零輸出（BI/RBO）端。

由7448真值表可獲知7448所具有的邏輯功能：

（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）

在燈測試輸入端（LT）和動態滅零輸入端（RBI）都接無效電平時，輸入DCBA經7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅動信號，顯示相應字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平，見表1中1～16行。

（2）消隱功能（BI=0）

此時BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號時，表1倒數第3行，無論LT 和RBI輸入什么電平信號，不管輸入DCBA為什么狀態，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動態顯示。

（3）燈測試功能（LT = 0）

此時BI/RBO端作為輸出端，端輸入低電平信號時，表1最后一行，與 及DCBA輸入無關，輸出全為“1”，顯示器7個字段都點亮。該功能用于7段顯示器測試，判別是否有損壞的字段。

（4）動態滅零功能（LT=1，RBI=1）

此時BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高電平信號，RBI 端輸入低電平信號，若此時DCBA = 0000，表1倒數第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個零。DCBA≠0，則對顯示無影響。該功能主要用于多個7段顯示器同時顯示時熄滅高位的零。

3.2 原理設計

整體電路設計方案：

3.2.1 振蕩電路設計

振蕩電路由振蕩器產生的脈沖，振蕩器是數字鐘的核心。振蕩器的穩定度及頻率的精度決定了數字鐘的精確程度，次處有555定時器和晶振兩種產生秒脈沖的方法：555振蕩器做振蕩源一般用于精確度要求不高的場合，由門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期不僅與時間常數RC有關，而且還取決于門電路的閾值電壓VTH，由于VTH容易受到溫度、電源電壓及干擾的影響，因此頻率穩定性較差，只能用于對頻率穩定性要求不高的場合。考慮到振蕩頻率的精確度與穩定性固采用晶振做為振蕩源來實現振蕩電路，得時鐘脈沖更穩定，時間走的更準37.268KHz晶振 通過cd4060分頻器進行十四分頻得到0.5s的脈沖信號，再進行一個SN74LS74進行二分頻得到所需的秒脈沖信號：

3.2.2 校時電路設計

根據電路設計所知需要在分處和小時處需要校時，分別在分和時個位向十位進位處各加一開關，另一端接地并且在與地之間接100pf電容為防止按鍵抖動。

電路設計如下：

當開關處于自然位置時分十位clk端所接為高電平，當開關按下時則引入一低電平實其clk端有一個下降沿脈沖接入，使其產生了校時功能。

3.2.3顯示電路設計

顯示電路是用74ls48驅動七段共陰數碼管來作為時鐘顯示器。

電路設計如下：

3.2.4 計時電路設計

數字鐘的秒和分位都是從0到60循環計數的，所以可以用用異步清零法設計60進制計數器作為秒和分的計數器。用異步置數法設計小時所用的24進制計數器。秒、分位設計電路如下：

3.3 程序調試過程

在板子焊接好以后通上5V電源發現六Led燈只有三個能完整亮出來，其余的都不亮或是亮的不全，而且秒位不走，校時按鍵不管用。問題很多。

開始調試：

1、首先調試的是秒位為何不走，先測晶振石否起振，測量后發現晶振正常起振，然后從74ls160的clk端用示波器測試一下沒有脈沖信號輸入，則找74ls74的輸出口也無脈沖，以次往前推，最后測量出從74ls74輸入端有正確的脈沖輸入，輸出端卻無脈沖輸出。觀察后沒有連接錯誤，故用萬用表測vcc.end端都有正確的電平接入，再測量兩點間是否有漏焊現象，最后測出一處漏焊點使D端與Q端沒有接通。重新焊接后秒位正常計時。

2、秒位正常計時，但向秒的十位進位時總是顯示從8到19，查閱資料可知，在第一個160芯片到第二個160芯片中缺一個非門，充當延時作用，使個位計數到9再來一個脈沖下計數時再向前進位。加上非門進位正常了。

3、秒位向分位進位正常，但校時按鍵不能用，且分位向十分位不能進位，通過觀察焊接對比原理圖與pcb圖后發現，開關接地的一端弄反了，應是開關與接電容端相側對著的端接地。這個錯誤導致開關不能用，亦使分的十位端的74ls160芯片clk段一直接了地，故不能使其正常進位。修改過后則可以正常進位，且兩開關都能用了。

4、顯示小時位的第一個數碼管一直不亮，通過測量發現led數碼管沒有燒壞，能正常工作，通過對比PCB圖觀察沒有焊接錯誤，用萬用表測量則發現驅動次led的74ls48管沒有正常接地，連接跳線處有一虛焊，重新焊接后恢復正常。

5、但分向小時不能進位，由示波器觀察發現74ls160芯片clk端無脈沖輸入，但十分位有脈沖輸出，且導線也導通了，就觀察原理圖發現原理圖一處錯誤，分向時進位時是分滿60向前進一個脈沖，故分的TC端不用再接到時的CLK端了。找到錯誤后用鑷子將板上的銅線劃段，則正常進位了。

6、小時進位正常但顯示的不是24進制，顯示的是44進制，則推測可能是跳線連接錯誤，將顯示小時的十位 74ls160芯片接B端連接成接C端了，故使其顯示44進制，通過觀察、對比pcb圖，最后發現果然如此。修改過后小時為正常24進制了。

7、最后一個數碼管有三段老是不亮，觀察連接沒有錯誤，測量焊接也正常，最后用萬用表測量發現芯片沒有問題，那三段不亮的數碼管燒了。

8、調試好后在后來的觀察中發現從秒向分進位時有時一下進兩位，自己找不出來原因。問過老師后，老師說是由于防抖電容所致。嘗試著將電容先劃斷試了一下就沒有那種情況了。但此時校時開關由于抖動緣故，按一下有時跳3、4個位，校時不穩定了。結論

此數字鐘相對于機械鐘來說有低功耗，高精度，數字化顯示和不易損壞等特點。符合人們日常家居及辦公對鐘表的要求，可以作為家居、辦公等用表。

參考文獻

[1] 佘新平數學電子技術基礎 華中科技大學出版社 2009年

[2] 許樹玲 丁電寬 王晉 電子技術及實驗 內蒙古大學出版社2005年

[3] 佘新平數字電路設計·仿真·測試 華中大學出版社 2010年

附圖: 電路原理圖:

第三篇：數電課程設計__數字鐘

2007 /2008 學年 第 二 學期

課程所屬部門： 工程基礎實驗與訓練中心 課程名稱： 數字電子技術B

考試方式： 閉卷 使用班級： 自動化061、自動化062、數控061、數控062

一、填空題（本題10空 ,每空2分,共20分）

1、將八進制數（561）O化成十進制數、十六進制數、二進制數 和8421BCD碼數。

2、通過使能端的控制可以使TS與非門的輸出實現 邏輯功能或 狀態。

3、時序邏輯電路按照其觸發器是否有統一的時鐘控制分為

時序電路和 時序電路。

4、寄存器按照功能不同可分為兩類： 寄存器和 寄存器。

二、化簡題（本題3小題，每題3分，共9分）

1、用公式法將

化簡為最簡與或式。

2、用圖形法將或式。

化簡為最簡與

3、用圖形法將為最簡與或式。

三、判斷題（本題共5小題，每小題2分，共10分）

判斷下列各TTL型門電路是否正確（輸出邏輯關系、參數選擇、電路接法），正確的打√，錯誤的打×。

化簡

四、分析題（本題共3小題，共38分）

1、試寫出下列邏輯電路的邏輯函數表達式。（6分）

2、試列出圖（a）、圖（b）所示電路的的輸入信號波形和時鐘波形，畫出始狀態為0。（12分）、的表達式，并對應下面所示端的波形，設、的初

3、分析下圖所示電路：

（1）列出該電路的驅動方程，狀態方程和輸出方程；（2）列出電路的狀態轉換表；（3）畫出電路的狀態圖和時序圖；

（4）請說明：該電路是同步還是異步時序電路？（20分）

五、設計題（本題共3小題，共23分）

1、某導彈發射場有正、副指揮各一名，操作員二名，導彈發射的控制是在正、副指揮同時按下發射控制電鈕和二名操作員當中的任一名按下發射控制電鈕時，導彈發射，試根據以上的邏輯關系列真值表，寫出最簡與或表達式。（5分）

2、分別畫出用下列方法實現邏輯函數可為原變量或反變量）。（10分）

（1）用最少的與非門實現；

（2）用圖示3線—8線譯碼器和適當的門電路實現。的邏輯圖（輸入信號

3、某集成4位二進制計數器的功能表及邏輯符號如下，試畫出用置數法將其構成59進制計數器（從00000011開始計數）的電路圖（寫出數制轉換的表達式）。（8分）

第四篇：數電課程設計 數字鐘電路設計

數字電子技術課程設計報告

目錄

一、設計目的........................................................................................2

二、設計要求和設計指標....................................................................2（1）基本功能..................................................................................2（2）擴展功能..................................................................................2

三、設計內容........................................................................................2 3.1數字鐘電路工作原理...................................................................2 3.2總體設計.......................................................................................3 3.2.1原理框圖：.........................................................................3 3.2.2主要儀器及元器件.............................................................4 3.2.3系統模塊設計.....................................................................4 3.3仿真結果.......................................................................................7 3.3.1電路連接.............................................................................7 3.3.2仿真截圖.............................................................................8

四、本設計改進及建議........................................................................9

五、總結....................................................................................................9

六、參考文獻..........................................................................................10 1

數字電子技術課程設計報告

一、設計目的

（1）掌握多功能數字鐘的工作原理。

（2）掌握基本邏輯門電路、譯碼器、數據分配器、數據選擇器、數值比較器、觸發器、計數器、鎖存器、555定時器等常用數字電路的綜合設計方法。（3）熟悉用Proteus軟件進行數字電路仿真設計的方法。（4）了解用Altium Designer軟件進行PCB設計的方法。

（5）熟悉復雜數字電路的安裝、測試方法，提高實驗技能，增強工程實踐能力。

二、設計要求和設計指標

（1）基本功能

具有“秒”“分”“時”計時和顯示功能。小時按24小時計時制計時。校時功能，能夠對“分”和“時”進行調整。（2）擴展功能

具有整點報時功能，在59min51s后隔秒發出500Hz的低音報時信號，在59min59s時發出1kHz的高音報時信號，聲響時間持續1s。鬧鐘功能，鬧時信號持續1min。

三、設計內容

3.1數字鐘電路工作原理

電子數字鐘的，通過計時精度很高的石英晶振，采用相應進制的計數器，轉化為二進制數，經過譯碼和顯示電路準確地將時間“時”“分”“秒”用數字的方式顯示出來。

1.晶體振蕩器電路

晶體振蕩器電路給數字鐘提供一個頻率穩定準確的32768Ｈz的方波信號，可保證數

數字電子技術課程設計報告

字鐘的走時準確及穩定。2.分頻器電路

分頻器電路將32768Ｈz的高頻方波信號經32768（）次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計數器進行計數。分頻器實際上也就是計數器。3.時間計數器電路

時間計數電路由秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器及時個位和時十位計數器電路構成，其中秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器為60進制計數器，而根據設計要求，時個位和時十位計數器為24進制計數器。4.譯碼驅動電路

譯碼驅動電路將計數器輸出的8421BCD碼轉換為數碼管需要的邏輯狀態，譯碼電路及驅動電路由74LS248電路完成。5.數碼管

數碼管通常有發光二極管（LED）數碼管和液晶（LCD）數碼管，本設計提供的為ＬＥＤ數碼管。

3.2總體設計

3.2.1原理框圖：如圖1

數字電子技術課程設計報告

圖1：數字鐘設計原理

3.2.2主要儀器及元器件

用到的元件有：7SEG-BCD、74HC30、74LS08、74LS90、555、BUTTON、CAP、CELL、LED-RED、RES等。3.2.3系統模塊設計

（1）秒信號發生電路

根據計時的精度確定石英晶振的頻率，采用32768HZ的石英晶體振蕩器通過15次的分頻來獲得秒脈沖的信號，作為計時的基本單位。選CD4060作為秒脈沖發生電路的主要器件，它是14級的二進制計數器/分頻器/振蕩器。如圖2，C1，C2，晶振，R4，CD4060等器件構成32768HZ振蕩器。3腳輸出14分頻信號，圖中的R4是反饋電阻，可使內部的非門電阻工作在線性放大區，C2是微調電容，可改變振蕩頻率，以保證精確度。從3腳輸出的為32768的第14級二分頻，即為2HZ，經74LS74（D觸發器）再作二分頻，從而得到秒脈沖（1HZ信號）為止。

（2）“時”“分”“秒”計數器電路“秒”、“分”、“時”計數器電路采用雙BCD同步加法計數器CD4518，由圖2得到的秒脈沖送圖3a秒計數器，由此完成60秒計數功能。由74LS08的3腳輸出信號即為60秒的進位時脈沖。

數字電子技術課程設計報告

圖中，QA1、QB1、QC1、QD1為秒個位上十進制顯示的二進制BCD碼，QA1、QB2、QC2、QD2為秒十位上6進制BCD碼，當十位要顯示十進制6時即0110，QB2、QC2位均為1，利用此條件，經74LS08（四二輸入與門）內部與門輸出為1即高電平，給15腳，高電平使CD4518一組十位上的計數輸出全部為0并向前輸出一高電平，其他時候為低電平，此脈沖即為分脈沖的輸入信號。CD4518 15腳和2腳分別為清零端，當它為高電平時，QD～QA=0為低電平，執行計數功能，其脈沖輸入有2個方式，從2腳10腳輸入時，為下降沿計數，此時9腳1腳接低電平才有效，否則不能計數，計數脈沖信號從9腳1腳輸入時，從脈沖的上升沿開始計數，此時，2腳10腳應高電平才有效，否則不能計數。

分計數器與秒計數器完全相同。不同之處在于輸出的脈沖不同，前者是1HZ，這里是1/60 HZ。圖略。

時計數器為24進制計數，基本電路與分秒計數器相同。不同的是找出24進制的復位脈沖即顯示24時個位及十位共8個輸出端全部清零。十位為0010（顯示2）時，個位為0100（顯示4）時全部清零即00點。選十位的QB=1和個位的QC=1，通過與門74LS08給CD4518的15腳與7腳為高電平，使輸出QA～QD全為0從而實現24進制，此進位

脈沖即為一天的計數脈沖，此設計中未使用。時計數器電路如圖4：

數字電子技術課程設計報告

(3)譯碼顯示電路設計 由計數器得到的4位二進制碼的必須通過譯碼后轉為人民習慣的數字顯示。如12：54：30的二進制碼為00010010：01010100：00110000。譯碼之后再驅動7段數碼管顯示時、分、秒。譯碼電路及驅動電路由74LS248電路完成。

見圖5：

74LS248既作譯碼又是LED的驅動電路。13.12.11.10.9.15.14 輸出分別推動數碼管的a.b.c d.e.f.g.字段。74LS248的7、1、2、6 腳分別輸出4 位二進制BCD碼。根據計數器的輸出狀態由74LS248譯碼后再驅動LED直觀顯示出來。LED是共陰的。在LED 的第3或8腳串接一個電阻。可以改變LED 的亮度。

數字電子技術課程設計報告

(4)校時電路的設計

當出現時間誤差時，可利用秒脈沖來進行校對，具體方法是通過校時開關將秒脈沖直接輸入到分計數器和時計數器。利用微動開關進行校對。如圖6所示：

校對工作過程，校對時，將開關撥到校對位置。此時秒計數器無脈沖輸入停止計數。接下微動開關S1時。脈沖輸入到74LS32的10腳。內部為二輸入或門電路。⑨腳輸入的是分脈沖，因秒計數器停止，分計數器也停止（不停也可以），分脈沖用秒脈沖替代。分計數器由1分計數脈沖變為1秒計數脈沖，加快了調整速度。同理，按下S2開關后，小時輸入脈沖就以1秒脈沖代替，快速改變小時的顯示，達到校時目的。當時間調到與標準時間相同時將開關撥到正常位置，計時又開始。

3.3仿真結果

3.3.1電路連接如圖7所示

數字電子技術課程設計報告

D1LED-RED+5v8U574HC30+5v1234U10141CKACKBQ0Q1Q2Q31298116U4:B5474LS083174LS08U4:A22367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS90U3U9141CKACKBQ0Q1Q2Q3129811U7141CKACKBQ0Q1Q2Q***2Q0Q1Q2Q3129811CKACKB2367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS902367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS902367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS9021U8:A74LS08U2U63141CKACKBQ0Q1Q2Q3129811141CKACKBQ0Q1Q2Q3129811U4:C108911U4:D131274LS082367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS902367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS9074LS088U1QDC37R2500k23%RVCC4RV11kC150.01u2CVR1GNDTRTH6250k1555C21.428577u

圖7 仿真電路

3.3.2仿真截圖

（1）仿真后的截圖如下：

圖8 仿真后截圖

（2）仿真后的波形圖如下：

數字電子技術課程設計報告

圖9 仿真波形圖

四、本設計改進及建議

1.用示波器檢測集成電路多諧振蕩器的輸出信號波形和頻率，振蕩器輸出頻率應為32768HZ。

2.將頻率為32768Hz的信號送入分頻器，并用示波器檢查各級分頻器的輸出頻率是否符合設計要求。

3.將1秒信號分別送入“時”、“分”、“秒”計數器，用顯示器檢查計數器的工作情況，看計數器是否按設計的進制計數。4.觀察校時電路的功能是否滿足校時要求。

5.當分頻器和計數器正常工作后，將各級的電路相連，觀察數字鐘能否準確正常工作。

五、總結 在此次的數字鐘設計過程中,更進一步地熟悉了芯片的結構及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法.在連接六進制,十進制,六十進制的進位及十二進制的接法中,要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,那么在電路出錯時便能準確地找出錯誤所在并及時糾正了.在設計電路中,往往是先仿真后連接實物圖,但有時候仿真和電路連接并不是完全一致的。在設計電路的連接圖中出錯的主要原因都是接線和芯片的接觸不良以及接線的錯 9

數字電子技術課程設計報告

誤所引起的.接線的時候一定要細心,不要接錯

對自己的設計圖要仔細考慮，是否可行，尤其是進位輸出，著重看看進位的CP脈沖是否正確。

在連接校正電路的過程中,出現時和分都能正常校正時,但秒卻受到影響,特別時一較分鐘的時候秒亂跳,而不校時的時候,秒從40跳到59,然后又跳回40,分和秒之間無進位,電路在時,分,秒進位過程中能正常顯示,故可排除芯片和連線的接觸不良的問題.經檢查,校正電路的連線沒有錯誤,后用萬用表的直流電壓檔帶電檢測秒十位的QA,QB,QC和QD腳,發現QA腳時有電壓時而無電壓,再檢測秒到分和分到時的進位端,發現是由于秒到分的進位未拔掉所至.在ＥＷＢ軟件中得到繪制出原理圖。每一部分電路完成后就對其進行功能檢測，以便及時發現問題進行改正。擴展電路是在主體電路的基礎上加上一部分功能實現電路，以實現定時、整點報時等功能。并附帶原理闡述。

通過這次課程設計學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，也學會了常用繪圖軟件及仿真軟件的應用。

所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應該自己動手實際操作才會有深刻理解，才會有收獲。

六、參考文獻

（1）數字電子技術課程設計指導書 2011年11月（2）閻石.《數字電子技術基礎》.北京 清華大學出版社

第五篇：數電課程設計論文(數字鐘)

阮忠海，朱磊，鄭子奇，張建華

數電課程設計---數字鐘設計

[摘要]數字鐘原理是由晶體管振蕩器電路產生多諧震蕩，經過分頻器分頻后輸出穩定的秒脈沖，作為時間基準。秒計數器滿60向分計數器進位，分計數器滿60向小時計數器進位，小時計數器以24為一個周期，并實現了小時高位具有零熄滅的功能。計數器的輸出經譯碼器送到顯示器，可在相應位置正確顯示時、分、秒。計時出現誤差或者調整時間時可以用校時電路進行時、分的調整，并實現整點報時功能。數字鐘是采用數字電路實現時、分、秒數字顯示的計時裝置。由于數字集成電路的發展和石英晶體振蕩器的使用，使得數字鐘的精度、穩定性遠遠超過了機械鐘表

[關鍵詞]數字時鐘、分頻器、譯碼器、校時電路、整點報時

一.設計目的

1)2)3)4)5)6)

掌握數字鐘的設計原理

熟悉集成電路的引腳安排，及掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。了解數字鐘的組成及工作原理。

掌握組合邏輯電路、時序邏輯電路及數字邏輯電路系統的設計、安裝、測試方法。進一步鞏固所學的理論知識，提高運用所學知識分析和解決實際問題的能力。提高電路布局﹑布線及檢查和排除故障的能力。

二．設計要求

1.基本要求如下：

1)時鐘顯示功能，能夠十進制顯示“時”、“分”、“秒”。2)小時高位具有零熄滅功能。3)具有整點報時功能。

4)具有快速校準時間的功能。2.提高要求

1)校時時相應位閃爍。2)能夠設置多個起鬧點。3.設計指標

3)畫出電路原理圖(或仿真電路圖);4)元器件及參數選擇;5)電路仿真與調試;6)PCB文件生成與打印輸出.4.制作要求 自行裝配和調試,并能發現問題和解決問題.1)計時準確度，每天計時誤差不超過1s。2)實現24小時計時功能。

3)蜂鳴器在59分50秒開始報時，并持續響10秒 4)快速校準時間的功能。

阮忠海，朱磊，鄭子奇，張建華

三．設計原理

1.1 總體框圖設計

1.總體原理說明

數字鐘實際上是一個對標準頻率(1HZ)進行計數的計數電路.由于計數的起始時間不可能與標準時間(如北京時間)一致,故需要在電路上加一個校時電路,同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩定.通常使用石英晶體振蕩器電路構成數字鐘.上圖所示為數字鐘的一般構成框圖.數字電子鐘的邏輯框圖如圖所示。它由頻率為32.768khz的晶體振蕩器構成的振蕩電路、分頻器、計數器、顯示器和校時電路組成。晶體振蕩器構成的振蕩電路產生的信號經過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計數器，計數結果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器顯示時間。

2.各個部分電路原理 ⑴晶體振蕩器電路

晶體振蕩器電路給數字鐘提供一個頻率穩定準確的32768Ｈz的方波信號，可保證數字鐘的走時準確及穩定。不管是指針式的電子鐘還是數字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。

⑵分頻器電路

分頻器電路將32768Ｈz的高頻方波信號經32768（）次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計數器進行計數。分頻器實際上也就是計數器。

⑶時間計數器電路

時間計數電路由秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器及時個位和時十位計數器電路構成，其中秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器為60進制計數器，而根據設計要求，時個位和時十位計數器為12進制計數器。

⑷譯碼驅動電路

譯碼驅動電路將計數器輸出的8421BCD碼轉換為數碼管需要的邏輯狀態，并且為保證數碼管正常工作提供足夠的工作電流。

⑸數碼管

數碼管通常有發光二極管（LED）數碼管和液晶（LCD）數碼管，本設計提供的為LED數碼管。

四．功能模塊設計

1.校時模塊

阮忠海，朱磊，鄭子奇，張建華

1)方案一：

采用開關實現校時功能。

圖：開關校時電路

如上圖所示，通過開關的閉、合產生的高低電平，給計數器一個上升沿，調整時間的顯示，實現校時的功能。

2)方案二：

下一級的進位信號不直接加到上一級的脈沖輸入端，而是通過一個三態門來控制其是否接入到上一級的脈沖輸入端。校時信號也是通過一個三態門然后再接到計數器的脈沖輸入端。然后通過譯碼器構成的數據選擇器選擇對哪一個進行校時。這樣可以避免將兩線直接接到計數器脈沖輸入端對下一級的產生強行置數的現象。

3)方案論證

方案一結構簡單，節約成本。但是只能從低位向高位逐步調整，以避免低位調整對高位的影響，靈活性差。方案二結構復雜，成本高。但是可以方便地對任意位校準時間，靈活性高。

考慮到實際生活中，時鐘一旦調整之后就很少會再次調整，為了降低成本，降低電路復雜度，采用方案一。

2.計時模塊

時間計數單元

時間計數單元有時計數、分計數和秒計數等幾個部分。

時計數單元一般為１２進制計數器計數器，其輸出為兩位８４２１ＢＣＤ碼形式；分計數和秒計數單元為６０進制計數器，其輸出也為８４２１ＢＣＤ碼。

1）分秒產生電路

阮忠海，朱磊，鄭子奇，張建華

圖

a.上圖部分是秒個位的進位與清零電路。

b.分個位、分十位的進位與清零電路與秒個位、秒十位的電路原理類似。

3.LED數碼顯示器的結構

LED數碼顯示器是1種由LED發光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8個LED發光二極管，其中7個用于顯示字符，1個用于顯示小數點。LED數碼顯示器有兩種連接方法：

（1）共陽極接法。把發光二極管的陽極連在一起構成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，每個發光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當陰極端輸入低電平時，段發光二極管就導通點亮，而輸入高電平時則不點亮。

（2）共陰極接法。把發光二極管的陰極連在一起構成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當陽極端輸入高電平時，段發光二極管就導通點亮，而輸入低電平時則不點亮。

阮忠海，朱磊，鄭子奇，張建華

4.時高位零熄滅功能實現

如下圖所示，當時十位輸出0（即0000）時，當時十位輸出大于0時，通過或門輸出高電平，使其正常工作，從而實現時高位零熄滅功能。

5.報時模塊

/ 9

阮忠海，朱磊，鄭子奇，張建華

1.1.1 譯碼顯示模塊

如下圖，將分頻器產生的輸出信號通過74LS48譯碼器，驅動共陰極數碼管，顯示數字。

圖3-13 譯碼器與數碼管

第四部分 2

2.1 總結

開始時候我打算用555來產生時鐘信號，原因是方便且用的芯片較少，但后來拿到原件后換成晶振了。雖然有些麻煩，但還是在面包板上把振蕩電路搭出來了。在開始調試工程中也出現了一些問題，比如秒和分鐘的個位進位變成了逢8進1而不是十進一，后來發現這個問題在EWB仿真過程中竟然就已存在了，而由于疏忽在仿真初期并沒有發現這一問題。而經過研究元件原理后，問題的原因在于90和160的時鐘信號一個是上升

阮忠海，朱磊，鄭子奇，張建華

沿有效，而另一個是下降沿有效。最終的解決方案是把輸入的信號經過一個與非門再輸出，從而有效的將脈沖信號取反，從而解決問題。

通過這次課程設計，我經歷了一個實用的電路從設計，到EWB仿真，到選擇元件，安裝，調試等一系列過程。感覺自己進步了不少，知道了很多書本上學不到的知識，比如說對于不知道的芯片，可以去網上下載它的datasheet，了解它的功能。

我覺得布線是我們這個作品的一個缺陷之一，由于之前發的導線用完了，而臨時借不到同樣的導線，我們就用了細導線，其缺陷是這種線軟不容易固定，也就導致了后來的排線有些混亂，有礙了美觀，但不影響電路正常工作。

另外仿真軟件的選擇也存在問題。開始我是使用Multisim 11.0 進行仿真，但發現在74LS48與8端口數碼管連接時候，不管怎么設置數碼管就是不工作，但同樣的圖在EWB中卻可以正常使用。而EWB在我操作系統VISTA中存在兼容性問題，如打不開元件介紹、元件庫缺乏部分芯片資料等等，但這次卻只能使用EWB，也是無奈之舉。

對于對課程設計的建議，使用面包板進行電路設計有利也有弊，連接電路時候可能比焊接電路板方便一些，并且連錯的電路修改起來也很方便，但實際生產中都是做電路板然后焊接的，面包板連接電路跟實際還是有點差距的。用面包板較焊接電路板來說節約了一些時間，但其實焊接板用途更廣，更方便，比如面包板在設計二維復雜電路時候會非常麻煩，很浪費空間，但焊接的電路板不存在這個問題，設計更為自由。我們經過了電工實習，對焊接電路也有了一定的心得，如果能再鍛煉一下效果會更好。最后感謝老師的耐心指導，學長學姐的熱心幫助。

1)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 元器件清單

74LS00集成塊2塊。74LS30集成塊1塊。74LS32集成塊1塊。74LS48集成塊6塊。74LS90集成塊2塊。74LS160集成塊4塊。CD4060集成塊1塊。74HC74 集成塊1塊。22MΩ電阻5個。22p電容2個。

32.768k時鐘晶體1個。共陰八段數碼管6個。蜂鳴器1個。開關4個 面包板1塊。導線若干。

2)使用的儀器、工具

阮忠海，朱磊，鄭子奇，張建華

? ? ? ? ?

3)示波器。萬用表。5V電源。鑷子1把。尖嘴鉗2把。

原理圖

4)作品照片圖

阮忠海，朱磊，鄭子奇，張建華