第一篇：數字電子時鐘設計

（電子技術課程）

設計說明書

數字電子時鐘

起止日期：

2016 年

11月23日 至

2016年 11月 27 日

學生姓名

班級 學號

成績

指導教師(簽字)

交通工程學院（部）2016年

11月

29日

數字電子鐘

設計一個數字電子鐘，具體要求：

1、以24小時為一個計數周期；具有“時”、“分”、“秒”數字數碼管顯示電路；

2、具有校時功能；

3、整點前10秒，數字鐘會自動報時，以示提醒；

4、設計+5V直流電源。（設計220V輸入，+5V輸出）

5、啟動電路。

6、用PROTEUS畫出電路原理圖仿真成功再用數字電子技術實驗箱驗證。；

設計步驟及內容：

一、首先對本次設計所需要用到的器件的引腳及功能進行詳細的了解 1、555定時器

“1”腳為公共接地端GND；“8”腳為正電源電壓VCC；“2”腳是觸發端；“4”腳為復位輸出端； “7”腳為放電端；“6”腳位閾值端；“5”腳為控制電壓輸入端；“3”腳是輸出端。2、74LS163

CEP、CET：計數使能輸入端，高電平有效；CLK：時鐘脈沖，上升沿觸發；

MR：清零端，低電平有效；LOAD：并行置數使能端，低電平有效；RCO：進位信號輸出端； D[0:3]:并行二進制數據輸入端；Q[3:0]：計數狀態輸出端。

二、實驗步驟

1、連接555定時器，產生1Hz方波。

首先將555定時器按照如圖所示的接法連接起來，并根據555定時器電容充放電時間的計算確定各元件的取值。

電容充電時間T=0.7(R1+R2)C1 為使555定時器輸入1Hz的方波，經計算各元件的取值為 R1=43K，R2=51K，C1=10u F，C2=0.01u F。3腳作為時鐘脈沖的輸出連接到各個計數器的CLK。

2、時鐘電路的連接

本次設計使用的是74LS163芯片，因為它是16進制計數器，所以需要在控制端加上適當的門電路使其構成十進制計數器，將計數器按照如圖所示的方式連接起來。

a、秒各位

將輸出端的Q3、Q1用與門（74LS08）連接起來并輸入到清零端MR，其目的是為了構成十進制，當計數器計數到9時，與門U1打開，經過非門U1A輸出低電平使得MR在下一個脈沖上升沿時清零。

b、秒十位

與秒各位不同的是，秒十位的使能端是由各位Q3、Q1相與的電平控制的，秒十位的進位的條件是當各位為9時，在下一個脈沖的上升沿來臨時進位。秒十位的清零需要等到個位為9且十位為5時，U2與U3經過U4輸出高電平再經過U3A輸出低電平，是的MR在下一個脈沖上升沿是清零。

c、分個位

分各位的構成原理與秒個位相似，不同的是控制端上的門電路換成了與非門U4(為了使之后方便連接門電路)，分個位的使能信號由U3輸入，清零條件為分個位為9，秒為59時清零，清零信號由U5A輸出的低電平提供。

d、分十位

分十位的構成原理與秒十位相似，使能信號由U4輸出的高電平提供，清零條件為分為59，秒為59，清零信號由U7A輸出的低電平提供。

e、時

時個位的使能信號由U7提供，時十位的使能信號由U9提供。時個位有兩個清零信號，一個是當它自身為9時，等到下一個時鐘脈沖的上升沿時清零，另一個是當十位為2，個位為3時，十位和個位同時清零。用與非門U12將個位Q2和十位Q1相連，再將兩個清零信號相與，實現清零工作。

完整的時鐘電路如下圖所示

3、校準電路

校準電路連線圖如圖所示，當開關打在右邊時，U14B關閉不工作，U14C送出一個高電平信 6

號，等到秒對分的進位信號來臨時和進位信號通過U15A送出一個低電平，使得U15B打開，又因為U15B接入了分個位的使能端，所以相當于開關打在右邊時校準電路成為分個位的使能信號進位信號；開關打在左邊時，U14C關閉不工作，U14B送出一個高電平信號，然后與秒脈沖信號通過U14D送出一個低電平接入分個位的使能端，所以相當于開關打在左邊時，分個位接收了一個秒脈沖信號，使得它能像秒鐘一樣計時并且能向十位進位，就相當于校準功能，當分鐘跳到你想要的時間時把開關打到右邊（此時時鐘電路照常工作）從你調整好的時間繼續計數，達到校準的目的。（時的校準電路與分的校準電路一樣）

但是直接把校準電路這樣連入時鐘電路會出現一些問題，就是在校準的時候分會出現16進制，所以就需要在電路中加入反饋，將它控制到10進制，具體的反饋連接方式如圖所示(不能接在MR端，不然會使電路出現問題)時鐘電路與校準電路如圖所示 將開關打到左邊進行校準:

完成之后將開關打到右邊繼續計數：

4、報時電路

報時電路使用的是74HC30芯片，它是一個8輸入與非門芯片，只有當所有輸入都為1時輸出為0，使得喇叭能夠正常工作（喇叭一端接高電平一端接低電平），因為是整點報時，所以秒個位就不用接入芯片，只需在多余的兩個引腳接入電源就可以實現在59分50秒到59秒的報時，具體接法如下圖所示

整個可校準可報時的數字電路如圖所示

三、心得體會

本次數字電子課程設計是我覺得收獲非常大的一次實習，而這次課程設計給我們提供了一個應用自己所學知識來設計作品的平臺。

在本次課程設計中，我更加熟悉Proteus軟件的操作了，同時對74LS163、74LS161、74HC30、555等芯片加深了了解，和對它們的使用，對于數字、模擬電路的綜合運用有了更深一步理解，為以后的電路分析和設計奠定了一定的基礎。

本次課程設計很遺憾沒能選擇最有挑戰性的課題來做，因為基礎知識不夠扎實，做數字電子時鐘也是費了很大勁。

這次設計我主要覺得有兩個難點：

一、從一開始沒選擇十進制計數器來做，所以使設計的電路看起來很復雜，并且進位需要考慮的很周全，越高位必要條件越多，所以用了許多門電路；

二、校準電路直接連入電路會產生十六進制，所以需要加反饋，在最開始不太理解反饋的意思，又去翻了數電書還問了老師很多次，接了很多遍才將反饋接出來。

但是最后成功了看著自己能把理論知識運用到實際，心里還是非常開心的，在做課題的這幾天學會了很多，對仿真也產生了濃厚的興趣，想自己試著在課余時間再做做幾個課題。

第二篇：數字電子時鐘實驗報告

華大計科學院

數字邏輯課程設計說明書

題目：

多功能數字鐘

專業：

計算機科學與技術

班級：

網絡工程1班

姓名：

劉群 學號：

1125111023

完成日期：

2013-9

一、設計題目與要求

設計題目：多功能數字鐘 設計要求：

1.準確計時，以數字形式顯示時、分、秒的時間。2.小時的計時可以為“12翻1”或“23翻0”的形式。

3.可以進行時、分、秒時間的校正。

二、設計原理及其框圖 1.數字鐘的構成

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。圖 1 所示為數字鐘的一般構成框圖。

圖1 數字電子時鐘方案框圖 ⑴多諧振蕩器電路

多諧振蕩器電路給數字鐘提供一個頻率1Hz 的信號，可保證數字鐘的走時準確及穩定。⑵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。⑶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。⑷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。2.數字鐘的工作原理 ⑴多諧振蕩器電路

555 定時器與電阻R1、R2，電容C1、C2 構成一個多諧振蕩器，利用電容的充放電來調節輸出V0，產生矩形脈沖波作為時鐘信號，因為是數字鐘，所以應選擇的電阻電容值使頻率為1HZ。⑵時間計數單元

六片74LS90 芯片構成計數電路，按時間進制從右到左構成從低位向高位的進位電路，并通過譯碼顯示。在六位LED 七段顯示起上顯示對應的數值。⑶校時電源電路

當重新接通電源或走時出現誤差時都需要對時間進行校正。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數通路，然后再進行人工出觸發計數或將頻率較高的方波信號加到需要校正的計數單元的輸入端，校正好后，再轉入正常計時狀態即可。

根據要求，數字鐘應具有分校正和時校正功能。因此，應截斷分個位和時個位的直接計數通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。圖8所示即為帶有基本RS 觸發器的校時電路。

三、元器件

1.實驗中所需的器材 單刀雙擲開關4 個.5V 電源.共陰七段數碼管 6 個.74LS90D 集成塊 6 塊.74HC00D 6個 LM555CM 1個 電阻 6個 10uF 電容 2個

2.芯片內部結構及引腳圖

圖2 LM555ＣＭ集成塊

圖3 74LS90D集成塊

五、各功能塊電路圖

1秒脈沖發生器主要由555 定時器和一些電阻電容構成，原理是利用555 定時器的特性，通過電容的充放電使VC 在高、低電平之間轉換。其中555 定時器的高、低電平的門閥電壓分別是2/3VCC 和1/3VCC電容器充電使VC 的電壓大于2/3VCC 則VC 就為高電平，然

而由于反饋作用又會使電容放電。當VC 小于1/3VCC 時，VC 就為低電平。同樣由于反饋作用又會使電容充電。通過555 定時器的這一性質我們就可以通過計算使他充放電的周期剛好為1S這樣我們就會得到1HZ 的信號。其中555 定時器的一些功能對照后面目錄。其中 555 定時器組成的脈沖發生器電路見附圖4.圖4 555 定時器組成的脈沖發生器

由于我們要得到1HZ 的信號，所以我們就可以通過555 定時器充放電一次所需的時間的公式。將那時間設為1S然后設定兩個電阻計算出另外那個電容值.在設定電阻值時我們要記住將電阻值設為比較常用的那種電阻值，得到的電容值也盡可能讓它是比較普遍使用 的。這樣就避免了在實際組裝過程中很難買到當初設定的那電阻和計算出 的電容值。

在這次設定中我們設定的電阻值RA=10KΩ，RB=62kΩ，C=10uF 經公式

f = 1.43 ÷【（RA + 2RB）×C 】 可得近似為1HZ。

2、利用一個LED 數碼管一塊74LS90D 連接成一個十進制計數器，電路在晶振的作用下數碼管從0—9 顯示見圖5。

圖5、利用2 片74LS90D 芯片連接成一個六十進制電路，電路可從0—59 顯示。第一片74LS90D芯片構成10 進制計數器，第二片74LS90D 芯片構成6 進制計數器。74LS90D 具有異步清零功能。

在第一片74ls90 構成的十進制計數器中，當第十個脈沖來到時。此時他的四級觸發器的狀態為“1001”。這時他就會自動清零。同時給第二片74ls90 構成的6 進制計數器進一，第六個脈沖進位到來時，此時第二片74ls90 芯片的觸發器的狀態為“0110”，這時QB,QC 均為高電平。將QB 與RO1 相連，將Ro2 與Qc 相連，就會進行異步清零。如此循環就會構成60 進制計數器.見附圖6.圖6 十六進制電路

4、利用2 片74LS90D 芯片構成24 進制計數器。一片構成二進制計數器，一片構成四進制計數器。由于74LS90D 芯片清零是由兩個清零端控制的，所以當第24 個脈沖到來時，第一片74lLS90D芯片的Qc 為高電平。第二片74LS90D 芯片的Qb 為高電平，讓第一片74LS90D 芯片的Qc 與兩片芯片的Ro1 相連.讓第二片74ls90 芯片的QB 與兩片芯片的Ro2 相連。當第24 個脈沖到來時就會進行異步清零。如此循環就會構成24 進制計數器。見附圖7.圖7 24進制電路

5、數字鐘電路由于秒信號的精確性和穩定性不可能坐到完全準確無誤，又因為電路中其他的原因數字鐘總會產生走時誤差的現象。所以，電路中就應該有校準時間功能的電路。在這次設計中教時電路用的是一個RS 基本觸發器的單刀雙置開關，每搬動開關一次產生一個計數脈沖.實現校時功能。見附圖8。

7、利用兩個六十進制和一個二十四進制連接成一個時、分、秒都會進位的電路總圖。見附圖8

圖8 總電路圖

六、心得體會

在這次設計中我們深深地體會到了理論跟實踐的不同，理論學的再好不會動手那也只能是紙上談兵。我們了解了集成電路芯片的型號命名規律，懂得了沒有某種芯片時的替代方法，以及在網上查找電子電路資料的方法，掌握了各芯片的邏輯功能及使用方法，進一步熟悉了集成電路的引腳安排，掌握了數字鐘的設計方法，明白了數字鐘的組成原理以及工作原理。掌握了計數器的工作原理，以及計數器進制的組成方法和級聯方法，實現了一次理論指導實踐、理論向實踐過渡的跨越，雖然期間遇到一些困難，但這些困難卻增強了我們分析問題、解決問題的能力，使我們以后不僅只學習書本中的理論知識，而且知道學以致用，動過動手實踐是我們對書本中的理論知識掌握地跟牢固、理解地跟深刻，這對我們今后的工作及學習有積極的影響。這次課程設計不僅再次復習了數字電子和模擬電子,而且讓我對于芯片的使用更加了解。增加了我的動手操作能力，加深了對該軟件的了解。這就是這次課程設計的成果，相信這些實際的操作經驗會是我們以后的寶貴財富。

第三篇：數字電子時鐘課程設計2

數字電子時鐘課程設計

題目：

數字電子時鐘課程設計

目錄

一、設計任務及設計要求…………………………………………（3）

二、設計方案論證

…………………………..………….（3）1.總體方案及框圖 2.各部分論證

三、單元電路設計…………………………………………………（4）1.振蕩器 ………………………………………………………（4）2.秒、分、時計數器…………………………………………（5）

3.顯示譯碼/驅動器和LED七段數碼顯示管……………….（6）

4.分頻器……………………………………………………（7）5.報時電路…………………………………………………（9）

四、總體電路設計及原理………………………………………（13）

五、元器件明細表………………………………………………（10）

六、心得體會……………………………………………………（11）

七、參考文獻……………………………………………………（11）

一、設計任務及設計要求 1.設計任務

數字電子鐘的邏輯電路 2.設計要求

（1）由晶振電路產生1HZ的校準秒信號。

（2）設計一個有“時”、“分”、“秒”（23小時59分59秒）顯示切且具有校時、校分、校秒的功。

（3）整點報時功能。要求整點差10秒開始每隔1秒鳴叫一次，共五次，每次持續時間為一秒，前五次為500赫茲的聲音，最后依次為1000赫茲的聲音。（4）用中小規模集成電路組成電子鐘，并在實驗箱上進行組裝和調試。（5）劃出框圖和邏輯電路圖，寫出設計，實驗總結報告。

二、設計方案論證

數字鐘原理框圖如圖1所示，電路一般包括以下幾個部分：振蕩器、分頻器、譯碼顯示電路、時分秒計數器、校時電路、報時電路。

圖一

對于各個部分而言

數字鐘計時的標準信號應該是頻率相當穩定的1HZ秒脈沖，所以要設置標準時間源。?

數字鐘計時周期是24小時，因此必須設置24小時計數器，他應由模為60的秒計數器和分計數器及模為24的時計數器組成，秒、分、時由七段數碼管顯示。?

為使數字鐘走時與標準時間一致，校時電路是必不可少的。設計中采用開關控制校時直接用秒脈沖先后對“時”“分”“秒”計數器進行校時操作。?

能進行整點報時。在從59分50秒開始，每隔2秒鐘發出一次低音“嘟”的信號，連續五次，最后一次要求最高音“嘀”的信號，此信號結束即達到正點。?

三、單元電路設計 1.各獨立功能部件的設計（1）、振蕩器 振蕩器是計時器的核心，其作用是產生一個標準頻率的脈沖信號振蕩頻率的精度和 穩定度決定了數字鐘的質量。第一種方 案采用石英晶體振蕩器，如圖二。使用 振蕩頻率為32768HZ的石英晶體和反 向器構成一個穩定性極好、精度較高 的時間信號源。改變電容C可以

圖 二

石英晶體振蕩器

振蕩器的頻率進行微調，再通過一個反相器，輸出32768HZ的方波將此方波的頻率進行15次二分頻后，在輸出端剛好可得到頻率為1HZ的脈沖信號。

第二種方案如圖三采用集成電路555定時器與RC組成的多諧振蕩器。輸出的脈沖頻率為fS=1/[(R1+2R2)C1ln2]=1KHZ，周期T=1/fS=1ms。若參數選擇：R1=R2=10K歐姆，C1=47uF時，可以得到秒脈沖信號。

圖三 方波信號發生器

附555定時器的功能表 輸

出 輸

出

閥值輸入（v11）觸發輸入（v12）復位（RD）輸出（VO）發電管T × × 0 0 導通

<2/3VCC <1/3VCC 1 1 截止 >2/3VCC >1/3VCC 1 0 導通 <2/3VCC >1/3VCC 1 不變 不變

（2）秒、分、時計數器

U1到U6 六個74LS161構成數字鐘的秒、分、時計數器。

U1、U2共同構成秒計數器，它由兩個74LS161構成六--十進制的計數器，如圖四。U1作為秒個位十進制計數器，它的復位輸入RD、和置位輸入LD都接低電平，秒信號脈沖作為計數脈沖輸入到CP1端，輸出端C控制U2秒十位計數器的計數脈沖輸入。Q1、Q2、Q3、Q4作為秒個位的計時值送至秒個位七段顯示譯碼/驅動器。?

U2作為秒十位六進制計數器，它的計數脈沖輸入受到秒個位U1的控制，其計數器使能端EP、ET與U1的輸出端C相連接。當U2計數器計到0011，即清零信號到復位輸入端時，Q1、Q2、Q3、Q4輸出的都是零。Q1、Q2、Q3、Q4作為秒十位的計時值送至秒十位七段顯示譯碼/驅動器。U3、U4分別構成分個位十進制和分十位六進制計數器，如圖四。U3、U4與U1、U2的連接方法相似。當計數器輸出為01011001狀態，U3（U1）、U4（U2）的LD端同時為“0”，使計數器立即返回到00000000狀態。這樣就構成了六十進制計數器。?

圖四 六十進制計數器

U5、U6共同構成時計數器，它由兩個74LS161構成六十進制的計數器?

如圖五。U5作為時十位計數器，它的復位輸入RD、和置位輸入LD都接低電平，時信號脈沖作為計數脈沖輸入到CP1端，輸出端C控制U6秒十位計數器的計數脈沖輸入。Q1、Q2、Q3、Q4作為秒個位的計時值送至秒個位七段顯示譯碼/驅動器。當計數器輸出為00100100狀態，U5、U6的LD端同時為“0”，使計數器立即返回到00000000狀態。這樣就構成了二十四進制計數器。

U12

圖五

二十四進制計數器

（3）顯示譯碼/驅動器和LED七段數碼顯示管

六個74LS248集成電路構成數字鐘的七段數碼顯示管顯示譯碼/驅動器。74LS248七段顯示譯碼器輸出高電平有效，將8421BCD碼譯成七段（a、b、c、d、e、f、g）輸出，用以直接驅動LED七段數碼顯示對應的十進制數。74LS248的顯示功能：

顯示功能見功能表的上半部分。[DCBA]是二進制碼輸入，要正確的執行顯示功能，有關的功能端必須接合適的邏輯電平，這些功能端的作用隨后介紹。對于0～9輸入，[DCBA]相當BCD8421碼。當超過9以后，譯碼器仍然有字型輸出，具體見圖六。當[DCBA]=1111時，數碼管熄滅。實驗時要在筆劃段電極串聯電阻，以保護LED數碼管。表1 中規模顯示譯碼器74LS248的功能表 十進制

或功能 輸

入

輸

出

D

C

B

A

a

b

c

d

e

f

g 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 H H H H H H H H H H H H H H H H H ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′

′ L

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L

圖六 74LS248顯示字型與輸入的對應關系

如圖七，六個LED七段數碼顯示管利用不同發光段組合的方式顯示不同數碼，都采用+5V電源作為每段發光二極管的驅動電源。需要發光的段為高電平，不發光的段為低電平。設計中采用共陰極數碼管，每段發光二極管的正向降壓，隨顯示光的顏色有所不同，通常約2V～3V，點亮電流在5～10mA。六個LED七段數碼顯示管分別顯示秒個位、十位；分個位、十位；時個位、十位的計數十進制數

圖七 顯示譯碼/驅動器和數碼顯示管（4）分頻器

分頻器電路是由三個74LS90構成，如圖八。74LS90是異步十進制計數器，它由一個一位二進制計數器和一個異步五進制計數器組成。將QA與CP2相連，計數脈沖由CP1端輸入，輸出由QA～QD引出，即得到十進制計數器。只有在復位輸入R0(1)= R0(2)=0和置位輸入S9(1)= S9(2)=0時，才能夠在計數脈沖（下降沿）作用下實現二—五—十進制加計算。因為要對輸入的脈沖進行三次10分頻，三片74LS90的復位輸入R0(1)、R0(2)和置位輸入S9(1)、S9(2)都接低電平。振蕩器輸出的方波脈沖計數器作為U1的CP1端的輸入時鐘脈沖，U1的QD端的輸出脈沖作為U2的CPA端的輸入時鐘脈沖，U2的QD端的輸出脈沖作為U3的CP1端的輸入時鐘脈沖，U3的QD端的輸出脈沖fO=fS/103???????=1HZ，即為秒信號方波脈沖，成為秒、分、時計數器的計數脈沖和時間校準信號。

將JK觸發器的J、K端都接在高電平，Qn+1=JQn+KQn=Qn,每輸入一個時鐘脈沖后，觸發器翻轉一次，觸發器處于計數狀態。經過觸發器的二分頻，Q端輸出為500HZ的脈沖作為低音脈沖。

經過U1、U2計數器的二次十分頻，輸出的脈沖頻率為10HZ，作為秒校時脈沖。

圖八

分頻器 附74LS90二—五—十進制計數器功能圖 復位輸入 置位輸入 輸出

R0(1)R0(2)S9(1)S9(2)QA QB QC QD H H L × L L L L H H × L L L L L × × H H H L L H L × L × 計數 L × × L 計數 × L L × 計數 × L × L 計數

JK觸發器的功能表 J K Qn Qn+1 說明 0 0 0 0 輸出狀態不變 1

0 1 0 0 輸出狀態與J端狀態相同

0 0 0 1 輸出狀態與K端狀態相同

1 1 0 1 每輸入一個脈沖輸出狀態改變一次

0

（五）報時電路

整點報時電路要求在每個整點發出音響，因此需要對每個整點進行時間譯碼，以其輸出驅動音響控制電路。如圖九。

若要在每一整點發出五低音、一高音報時，需要對59分50秒到59分59秒進行時間譯碼。QD4～QA4是分十位輸出，QD3～QA3是分個位輸出，QD2～QA2是秒十位輸出，QD1～QA1秒個位輸出。在59分時，A= QC4 QA4 QD3 QA3=1；在50秒時，B= QC2 QA2=1；秒個位為0、2、4、6、8秒時，QA1=0,C= QA1=1；因而F1=ABC= QC4QA4 QD3 QA3 QC2 QA2 QA1僅在59分50秒、52秒、54秒、56秒、58秒時等于1，故可以用F1作低音的控制信號。當計數器每計到59分59秒時，A= QC4 QA4 QD3QA3=1,D= QC2 QA2 QD1 QA1=1,此時F2=AD=1。把F2接至JK觸發器控制端J端，CP端加秒脈沖，則再計1秒到達整點時F3=1,故可用F3作一次高音控制信號。

用F1控制5次低音、F3控制高音，經音響放大器放大，每當“分”和“秒”計數器累計到59分50、52、54、56、58秒發出頻率為500HZ的五次低音，0分0秒時發出頻率為1000HZ的一次高音，每次音響的時間均為一秒鐘，實現了整點報時的功能。

圖九

整點報時電路

四、原理圖（見最后一頁）

五、元器件明細表

序號 元器件名稱 型號規格 數量（個）備注 U0 集成定時器 5G555定時器 1 構成多諧振蕩器 U1～U6 同步加法計數器 74161 6 構成模加法計數器 U7～U9 異步十進制計數器 74LS90 3 構成分頻器

U10 七端顯示譯碼器 74LS248 6 分別顯示秒、分、時的數字 U11～U12 與非門 多輸入與非門 2 U13 J-K觸發器

C1、C2 電容C1=C2=104pf R1 R2 電阻R1 =2K、R2=5.1K R、R` 電阻R=1k,R`=47 U14 U20 門器件 非門 1

U15～U19 門器件 與門 6 多輸入與門 U21～U23 門器件 與非門 3 多輸入與非門 U24 觸發器 J-K觸發器 1 U25 晶體三級管 U26 喇叭實現鬧鈴

六、設計體會

在整個課程設計完后，總的感覺是：有收獲。以前上課都是上一些最基本的東西，而現在卻可以將以前學的東西作出有實際價值的東西。在這個過程中，我的確學得到很多在書本上學不到的東西，如：如何利用現有的元件組裝得到設計要求，如何找到錯誤的原因，如何利用計算機來畫圖等等。但也遇到了不少的挫折，有時遇到了一個錯誤怎么找也找不到原因所在，找了老半天結果卻是芯片的管腳接錯了，有時更是忘接電源了。在學習中的小問題在課堂上不可能犯，在動手的過程中卻很有可能犯。特別是在接電路時，一不小心就會犯錯，而且很不容易檢查出來。但現在回過頭來看，還是挺有成就感的。

七、參考文獻

姚福安.電子電路設計與實踐.山東科學技術出版社第一版.2002 楊志亮.電路原理圖設計技術.西北工業大學出版社第一版.2003 閻石.數字電子技術基礎..高等教育出版社第四版.1998 童詩白.模擬電子技術基礎.高等教育出版社第三版.2001 康華光.電子技術基礎.高等教育出版社.2002 蘇止麗.數字電子電路實驗.武漢理工大學.2003 陳明義.電子技術課程設計使用教程 中南大學出版社第一版.2002

回答者： 命途多舛0913-一

級

2008-1-5 21:54

數字電子時鐘課程設計

題目： 數字電子時鐘課程設計

目 錄

一、設計任務及設計要求…………………………………………（3）

二、設計方案論證 …………………………..………….（3）

1.總體方案及框圖

2.各部分論證

三、單元電路設計…………………………………………………（4）

1.振蕩器 ………………………………………………………（4）

2.秒、分、時計數器…………………………………………（5）

3.顯示譯碼/驅動器和LED七段數碼顯示管……………….（6）

4.分頻器……………………………………………………（7）

5.報時電路…………………………………………………（9）

四、總體電路設計及原理………………………………………（13）

五、元器件明細表………………………………………………（10）

六、心得體會……………………………………………………（11）

七、參考文獻……………………………………………………（11）

一、設計任務及設計要求

1.設計任務

數字電子鐘的邏輯電路

2.設計要求

（1）由晶振電路產生1HZ的校準秒信號。

（2）設計一個有“時”、“分”、“秒”（23小時59分59秒）顯示切且具有校時、校分、校秒的功。

（3）整點報時功能。要求整點差10秒開始每隔1秒鳴叫一次，共五次，每次持續時間為一秒，前五次為500赫茲的聲音，最后依次為1000赫茲的聲音。

（4）用中小規模集成電路組成電子鐘，并在實驗箱上進行組裝和調試。

（5）劃出框圖和邏輯電路圖，寫出設計，實驗總結報告。

二、設計方案論證

數字鐘原理框圖如圖1所示，電路一般包括以下幾個部分：振蕩器、分頻器、譯碼顯示電路、時分秒計數器、校時電路、報時電路。

圖一

對于各個部分而言

數字鐘計時的標準信號應該是頻率相當穩定的1HZ秒脈沖，所以要設置標準時間源。?

數字鐘計時周期是24小時，因此必須設置24小時計數器，他應由模為60的秒計數器和分計數器及模為24的時計數器組成，秒、分、時由七段數碼管顯示。?

為使數字鐘走時與標準時間一致，校時電路是必不可少的。設計中采用開關控制校時直接用秒脈沖先后對“時”“分”“秒”計數器進行校時操作。? 能進行整點報時。在從59分50秒開始，每隔2秒鐘發出一次低音“嘟”的信號，連續五次，最后一次要求最高音“嘀”的信號，此信號結束即達到正點。?

三、單元電路設計

1.各獨立功能部件的設計

（1）、振蕩器

振蕩器是計時器的核心，其作用是產生一個標準頻率的脈沖信號振蕩頻率的精度和

穩定度決定了數字鐘的質量。第一種方

案采用石英晶體振蕩器，如圖二。使用

振蕩頻率為32768HZ的石英晶體和反

向器構成一個穩定性極好、精度較高的時間信號源。改變電容C可以

圖 二 石英晶體振蕩器

振蕩器的頻率進行微調，再通過一個反相器，輸出32768HZ的方波將此方波的頻率進行15次二分頻后，在輸出端剛好可得到頻率為1HZ的脈沖信號。

第二種方案如圖三采用集成電路555定時器與RC組成的多諧振蕩器。輸出的脈沖頻率為fS=1/[(R1+2R2)C1ln2]=1KHZ，周期T=1/fS=1ms。若參數選擇：R1=R2=10K歐姆，C1=47uF時，可以得到秒脈沖信號。

圖三 方波信號發生器

附555定時器的功能表

輸 出 輸 出

閥值輸入（v11）觸發輸入（v12）復位（RD）輸出（VO）發電管T × × 0 0 導通

<2/3VCC <1/3VCC 1 1 截止

>2/3VCC >1/3VCC 1 0 導通

<2/3VCC >1/3VCC 1 不變 不變

（2）秒、分、時計數器

U1到U6 六個74LS161構成數字鐘的秒、分、時計數器。

U1、U2共同構成秒計數器，它由兩個74LS161構成六--十進制的計數器，如圖四。U1作為秒個位十進制計數器，它的復位輸入RD、和置位輸入LD都接低電平，秒信號脈沖作為計數脈沖輸入到CP1端，輸出端C控制U2秒十位計數器的計數脈沖輸入。Q1、Q2、Q3、Q4作為秒個位的計時值送至秒個位七段顯示譯碼/驅動器。?

U2作為秒十位六進制計數器，它的計數脈沖輸入受到秒個位U1的控制，其計數器使能端EP、ET與U1的輸出端C相連接。當U2計數器計到0011，即清零信號到復位輸入端時，Q1、Q2、Q3、Q4輸出的都是零。Q1、Q2、Q3、Q4作為秒十位的計時值送至秒十位七段顯示譯碼/驅動器。

U3、U4分別構成分個位十進制和分十位六進制計數器，如圖四。U3、U4與U1、U2的連接方法相似。當計數器輸出為01011001狀態，U3（U1）、U4（U2）的LD端同時為“0”，使計數器立即返回到00000000狀態。這樣就構成了六十進制計數器。?

圖四 六十進制計數器

U5、U6共同構成時計數器，它由兩個74LS161構成六十進制的計數器? 如圖五。U5作為時十位計數器，它的復位輸入RD、和置位輸入LD都接低電平，時信號脈沖作為計數脈沖輸入到CP1端，輸出端C控制U6秒十位計數器的計數脈沖輸入。Q1、Q2、Q3、Q4作為秒個位的計時值送至秒個位七段顯示譯碼/驅動器。當計數器輸出為00100100狀態，U5、U6的LD端同時為“0”，使計數器立即返回到00000000狀態。這樣就構成了二十四進制計數器。

U12 圖五 二十四進制計數器

（3）顯示譯碼/驅動器和LED七段數碼顯示管

六個74LS248集成電路構成數字鐘的七段數碼顯示管顯示譯碼/驅動器。74LS248七段顯示譯碼器輸出高電平有效，將8421BCD碼譯成七段（a、b、c、d、e、f、g）輸出，用以直接驅動LED七段數碼顯示對應的十進制數。74LS248的顯示功能：

顯示功能見功能表的上半部分。[DCBA]是二進制碼輸入，要正確的執行顯示功能，有關的功能端必須接合適的邏輯電平，這些功能端的作用隨后介紹。對于0～9輸入，[DCBA]相當BCD8421碼。當超過9以后，譯碼器仍然有字型輸出，具體見圖六。當[DCBA]=1111時，數碼管熄滅。實驗時要在筆劃段電極串聯電阻，以保護LED數碼管。

表1 中規模顯示譯碼器74LS248的功能表

圖六 74LS248顯示字型與輸入的對應關系

如圖七，六個LED七段數碼顯示管利用不同發光段組合的方式顯示不同數碼，都采用+5V電源作為每段發光二極管的驅動電源。需要發光的段為高電平，不發光的段為低電平。設計中采用共陰極數碼管，每段發光二極管的正向降壓，隨顯示光的顏色有所不同，通常約2V～3V，點亮電流在5～10mA。六個LED七段數碼顯示管分別顯示秒個位、十位；分個位、十位；時個位、十位的計數十進制數

圖七 顯示譯碼/驅動器和數碼顯示管

（4）分頻器

分頻器電路是由三個74LS90構成，如圖八。74LS90是異步十進制計數器，它由一個一位二進制計數器和一個異步五進制計數器組成。將QA與CP2相連，計數脈沖由CP1端輸入，輸出由QA～QD引出，即得到十進制計數器。只有在復位輸入R0(1)= R0(2)=0和置位輸入S9(1)= S9(2)=0時，才能夠在計數脈沖（下降沿）作用下實現二—五—十進制加計算。因為要對輸入的脈沖進行三次10分頻，三片74LS90的復位輸入R0(1)、R0(2)和置位輸入S9(1)、S9(2)都接低電平。振蕩器輸出的方波脈沖計數器作為U1的CP1端的輸入時鐘脈沖，U1的QD端的輸出脈沖作為U2的CPA端的輸入時鐘脈沖，U2的QD端的輸出脈沖作為U3的CP1端的輸入時鐘脈沖，U3的QD端的輸出脈沖fO=fS/103???????=1HZ，即為秒信號方波脈沖，成為秒、分、時計數器的計數脈沖和時間校準信號。

將JK觸發器的J、K端都接在高電平，Qn+1=JQn+KQn=Qn,每輸入一個時鐘脈沖后，觸發器翻轉一次，觸發器處于計數狀態。經過觸發器的二分頻，Q端輸出為500HZ的脈沖作為低音脈沖。

經過U1、U2計數器的二次十分頻，輸出的脈沖頻率為10HZ，作為秒校時脈沖。

圖八 分頻器

附74LS90二—五—十進制計數器功能圖

復位輸入 置位輸入 輸出 R0(1)R0(2)S9(1)S9(2)QA QB QC QD H H L × L L L L H H × L L L L L × × H H H L L H L × L × 計數

L × × L 計數

× L L × 計數

× L × L 計數

JK觸發器的功能表

J K Qn Qn+1 說明

0 0 0 0 輸出狀態不變1

0 1 0 0 輸出狀態與J端狀態相同0 0 0 1 輸出狀態與K端狀態相同1 1 0 1 每輸入一個脈沖輸出狀態改變一次0

（五）報時電路

整點報時電路要求在每個整點發出音響，因此需要對每個整點進行時間譯碼，以其輸出驅動音響控制電路。如圖九。

若要在每一整點發出五低音、一高音報時，需要對59分50秒到59分59秒進行時間譯碼。QD4～QA4是分十位輸出，QD3～QA3是分個位輸出，QD2～QA2是秒十位輸出，QD1～QA1秒個位輸出。在59分時，A= QC4 QA4 QD3 QA3=1；在50秒時，B= QC2 QA2=1；秒個位為0、2、4、6、8秒時，QA1=0,C= QA1=1；因而F1=ABC= QC4QA4 QD3 QA3 QC2 QA2 QA1僅在59分50秒、52秒、54秒、56秒、58秒時等于1，故可以用F1作低音的控制信號。

當計數器每計到59分59秒時，A= QC4 QA4 QD3QA3=1,D= QC2 QA2 QD1 QA1=1,此時F2=AD=1。把F2接至JK觸發器控制端J端，CP端加秒脈沖，則再計1秒到達整點時F3=1,故可用F3作一次高音控制信號。

用F1控制5次低音、F3控制高音，經音響放大器放大，每當“分”和“秒”計數器累計到59分50、52、54、56、58秒發出頻率為500HZ的五次低音，0分0秒時發出頻率為1000HZ的一次高音，每次音響的時間均為一秒鐘，實現了整點報時的功能。

圖九 整點報時電路

四、原理圖（見最后一頁）

五、元器件明細表

序號 元器件名稱 型號規格 數量（個）備注

U0 集成定時器 5G555定時器 1 構成多諧振蕩器 U1～U6 同步加法計數器 74161 6 構成模加法計數器

U7～U9 異步十進制計數器 74LS90 3 構成分頻器

U10 七端顯示譯碼器 74LS248 6 分別顯示秒、分、時的數字

U11～U12 與非門 多輸入與非門 2 U13 J-K觸發器 1

C1、C2 電容 2 C1=C2=104pf R1 R2 電阻 2 R1 =2K、R2=5.1K R、R` 電阻 2 R=1k,R`=47 U14 U20 門器件 非門 1

U15～U19 門器件 與門 6 多輸入與門

U21～U23 門器件 與非門 3 多輸入與非門

U24 觸發器 J-K觸發器 1 U25 晶體三級管 1 U26 喇叭 1 實現鬧鈴

六、設計體會

在整個課程設計完后，總的感覺是：有收獲。以前上課都是上一些最基本的東西，而現在卻可以將以前學的東西作出有實際價值的東西。在這個過程中，我的確學得到很多在書本上學不到的東西，如：如何利用現有的元件組裝得到設計要求，如何找到錯誤的原因，如何利用計算機來畫圖等等。但也遇到了不少的挫折，有時遇到了一個錯誤怎么找也找不到原因所在，找了老半天結果卻是芯片的管腳接錯了，有時更是忘接電源了。在學習中的小問題在課堂上不可能犯，在動手的過程中卻很有可能犯。特別是在接電路時，一不小心就會犯錯，而且很不容易檢查出來。但現在回過頭來看，還是挺有成就感的。

第四篇：數字電子時鐘開題報告

近年來，電子技術獲得了飛速的發展，在其推動下，單片機的應用正在不斷深入，同時帶動傳統控制檢測技術日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統中，單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據具體硬件結構軟硬件結合，加以完善。本設計利用單片機及外圍接口電路實現數字時鐘的相應功能，并具有時間調整功能、鬧鐘功能和定時功能，并通過LED顯示具體年、月、日、星期、時、分、秒。

一、課題任務與目的二、調研資料情況

時鐘，自從它發明的那天起，就成為人類的朋友，但隨著科技的飛速發展，現代電子產品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產力的發展和社會信息化程度的提高，同時也使現代電子產品性能進一步提高，產品更新換代的節奏也越來越快。人們對時間計量的精度要求也越來越高，應用越來越廣。怎樣讓時鐘更好地為人民服務，這就要求人們不斷設計出新型時鐘。現今，高精度的計時工具大多數都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘，石英表，石英鐘都采用了石英技術，因此走時精度高，穩定性好，使用方便，不需要經常調校，數字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替了機械式轉動，用LED顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差。

目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發展的趨勢進一步向CMOS化、低能耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內裝化等幾個方面發展。

單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統的控制系統設計思想和設計方案。從前必須由模擬電路或數字電路實現的大部分功能，現在已能用單片機通過軟件方法來實現了。這種軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是傳統控制技術的一次革命。

數字時鐘在單片機模塊里比較常見，數字時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，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。

數字時鐘是采用數字電路實現對時、分、秒、數字顯示的計時裝置，廣泛用于個人家庭，車站，碼頭辦公室等公共場所，成為人們日常生活中不可少的必需品，猶豫數字集成電路的發展和石英晶體振搗器的廣泛使用，使得數字時鐘的精度，遠遠超過老式鐘表，鐘表的數字化給人們生產生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動開啟閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電器的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數字化為基礎的。因此，研

究數字時鐘及擴大其應用，有著非常現實的意義

參考文獻：

[1] 林凌,李剛,丁茹,李小霞.新型單片機接口器件與技術[M].西安:西安電子科技大學出版社,2005年.[2] 高偉.AT89單片機原理及應用[M].北京:國防工業出版社，2008年.[3] 蔡朝陽.單片機控制實習與專題制作[M].北京:北京航空航天大學出版社,2006年.[4] 楊凌霄.微型計算機原理及應用[M].江蘇:中國礦業大學出版社,2004年.[5] 胡學海.單片機原理及應用系統設計[M].北京:北京電子工業出版社，2005年.[6] 邊春遠，王志強.《MCS-51單片機應用開發實用子程序》人民郵電出版社

[7] 李朝青.《單片機原理及接口技術》第3版北京航空航天大學出版社

[8] 張毅坤，陳善久.單片微型計算機原理及應用.西安電子科技大學出版社，2002.[9] 張友德，趙志英，徐時亮.單片微機原理應用與實驗.復旦大學出版社，2000.[10] 張毅剛，彭善元，董繼承.單片機原理及應用.高等教育出版社，2003.

第五篇：數字時鐘的設計實驗報告

實驗報告

數字時鐘的設計

一、實驗目的

1、掌握數字鐘的設計方法。

2、掌握計數器相互級聯的方法。學號：14040120049 姓名：陶澤

二、實驗設備和器件

1、數字邏輯電路實驗板2、74HC(LS)20（二四輸入與非門）

3、74HC(LS)160（4位十進制計數器）

1塊 2片 4片、三、實驗原理

1、設計總框圖：

2、各部分單元的設計提示與分析： 1）時鐘源

它是數字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準確及穩定。1Hz的脈沖信號由CPLD輸出的信號得到。

2）時間計數單元

時間計數單元有分計數和秒計數等幾個部分。分計數和秒計數單元為60進制計數器，其輸出為8421BCD碼。

3）譯碼驅動及顯示單元 計數器實現了對時間的累計并以8421BCD碼形式輸出，顯示譯碼電路將計數器的輸出數碼轉換為數碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流。4）校時電路

當重新接通電源或走時出現誤差時都需要對時間進行校正。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數通路，然后再進行人工出觸發計數或將頻率較高的方波信號加到需要校正的計數單元的輸入端，校正好后，再轉入正常計時狀態即可。5）鬧鐘電路

一般時鐘都應具備鬧鐘功能，即在到達某預定時間時，時鐘會發出連續的或有節奏的音頻聲波，較復雜的也可以是實時語音提示，以示提醒。實驗用器件管腳介紹：

四、實驗內容與步驟

1、用兩片74HC(LS)160連接構成秒計數器，并連接數碼管顯示（基本命題）

例如采用整體置零法。實現計數范圍為0000 0000--0101 1001。電路連接完成后，檢驗其功能。

2、在實驗內容與步驟1的基礎上再用兩片74 HC(LS)160實現分的計數（基本命題）

分計數器的個位和十位之間的連接類同于秒計數器。需實現從秒到分的進位。電路連接完成后檢驗其功能。

3、實現校時功能（擴展命題）

檢驗功能

4、實現鬧鐘功能（擴展命題）

連接電路，檢驗其功能。

五、實驗注意事項 集成電路要輕插輕拔！

六．實驗電路圖

1.用兩片74HC(LS)160連接構成秒計數器，并連接數碼管顯示

2.在實驗內容與步驟1的基礎上再用兩片74 HC(LS)160實現分的計數

七．其他（實驗過程中出現的問題或心得體會）這次實驗增加了我對計數器的了解，增強了我的動手能力。這次實驗我們插錯了一根線，結果成了模100的計數器，經過仔細的檢查才發現。