第一篇：數電數字鐘課程設計報告

題目：多功能數碼種的設計

一、設計目的

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。

因此，我們此次設計數字鐘就是為了了解數字鐘的原理，從而學會制作數字鐘.而且通過數字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規模集成電路的作用及實用方法.且由于數字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路.通過它可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法.三、原理框圖

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，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。

（a）數字鐘組成框圖

2．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。一般輸出為方波的數字式晶體振蕩器電路通常有兩類，一類是用ＴＴＬ門電路構成；另一類是通過ＣＭＯＳ非門構成的電路，本次設計采用了后一種。如圖（b）所示，由ＣＭＯＳ非門Ｕ１與晶體、電容和電阻構成晶體振蕩器電路，Ｕ２實現整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉換為較理想的方波。輸出反饋電阻Ｒ１為非門提供偏置，使電路工作于放大區域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構成一個諧振型網絡，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個１８０度相移，從而和非門構成一個正反饋網絡，實現了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩定和準確。

（b）CMOS 晶體振蕩器（仿真電路）

3．時間記數電路 一般采用10進制計數器如74HC290、74HC390等來實現時間計數單元的計數功能。本次設計中選擇74HC390。由其內部邏輯框圖可知，其為雙2-5-10異步計數器，并每一計數器均有一個異步清零端（高電平有效）。

秒個位計數單元為１０進制計數器，無需進制轉換，只需將ＱＡ與ＣＰＢ（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降沒效）與１ＨZ秒輸入信號相連，Ｑ３可作為向上的進位信號與十位計數單元的ＣＰＡ相連。

秒十位計數單元為６進制計數器，需要進制轉換。將１０進制計數器轉換為６進制計數器的電路連接方法如圖 ２.４所示，其中Ｑ２可作為向上的進位信號與分個位的計數單元的ＣＰＡ相連。

十進制-六進制轉換電路

分個位和分十位計數單元電路結構分別與秒個位和秒十位計數單元完全相同，只不過分個位計數單元的Ｑ３作為向上的進位信號應與分十位計數單元的ＣＰＡ相連，分十位計數單元的Ｑ２作為向上的進位信號應與時個位計數單元的ＣＰＡ相連。

時個位計數單元電路結構仍與秒或個位計數單元相同，但是要求，整個時計數單元應為１２進制計數器，不是１０的整數倍，因此需將個位和十位計數單元合并為一個整體才能進行１２進制轉換。利用１片７４ＨＣ３９０實現１２進制計數功能的電路如圖（d）所示。

（d）十二進制電路

另外，圖（d）所示電路中，尚余－２進制計數單元，正好可作為分頻器２ＨZ輸出信號轉化為１ＨZ信號之用。

4．譯碼驅動及顯示單元電路

選擇ＣＤ４５１１作為顯示譯碼電路；選擇ＬＥＤ數碼管作為顯示單元電路。由CD4511把輸進來的二進制信號翻譯成十進制數字，再由數碼管顯示出來。這里的LED數碼管是采用共陰的方法連接的。

計數器實現了對時間的累計并以8421BCD碼的形式輸送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD碼轉變為十進制數碼送到數碼管中顯示出來。

5．校時電路

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。即為用COMS與或非門實現的時或分校時電路，In1端與低位的進位信號相連；In2端與校正信號相連，校正信號可直接取自分頻器產生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信號；輸出端則與分或時個位計時輸入端相連。當開關打向下時，因為校正信號和0相與的輸出為0，而開關的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時電路處于正常計時狀態；當開關打向上時，情況正好與上述相反，這時校時電路處于校時狀態。

實際使用時，因為電路開關存在抖動問題，所以一般會接一個RS觸發器構成開關消抖動電路，所以整個較時電路就如圖（f）。

（f）帶有消抖電路的校正電路

6．整點報時電路

電路應在整點前10秒鐘內開始整點報時，即當時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。

當時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數器十位的QＣ和QＡ、個位的QＤ和QＡ及秒計數器十位的QＣ和QＡ相與，從而產生報時控制信號。

報時電路可選74HC30來構成。74HC30為8輸入與非門。

四、元器件

4．共陰八段數碼管6個

5．網絡線2米/人

6．CD4511集成塊6塊

7．CD4060集成塊1塊

8．74HC390集成塊3塊

9．74HC51集成塊1塊

10．74HC00集成塊4塊

11．74HC30集成塊1塊

12．10MΩ電阻5個

13．500Ω電阻14個

14．30p電容2個 15．32.768k時鐘晶體1個

16．蜂鳴器10個

五、各功能塊電路圖

數字鐘從原理上講是一種典型的數字電路，可以由許多中小規模集成電路組成，所以可以分成許多獨立的電路。

（一）六進制電路

由74HC390、7400、數碼管與4511組成，電路如圖一。

（二）十進制電路

由74HC390、7400、數碼管與4511組成，電路如圖二。

（三）六十進制電路

由兩個數碼管、兩4511、一個74HC390與一個7400芯片組成，電路如圖三。

（四）雙六十進制電路

由2個六十進制連接而成，把分個位的輸入信號與秒十位的Qc相連，使其產生進位，電路圖如圖四。

（五）時間計數電路

由1個十二進制電路、2個六十進制電路組成，因上面已有一個雙六十電路，只要把它與十二進制電路相連即可，詳細電路見圖五。

（六）校正電路

由74CH51D、74HC00D與電阻組成，校正電路有分校正和時校正兩部分，電路如圖六。

（七）晶體振蕩電路

由晶體與2個30pF電容、1個4060、一個10兆的電阻組成，芯片3腳輸出2Hz的方波信號，電路如圖七。

（八）整點報時電路

由74HC30D和蜂鳴器組成，當時間在59:50到59:59時，蜂鳴報時，電路如圖八

第二篇：數電課程設計報告——數字鐘

數字電子技術課程設計報告

設計題目： 數字鐘 班級學號：092022226

二〇一一年十二月

數字鐘的設計

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、穩定度遠遠超過了機械鐘表。鐘表的數字化在提高報時精度的同時，也大大擴展了它的功能，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、定時啟閉路燈等。因此，研究數字鐘及擴大其應用，有著非常現實的意義。

一、設計目的

1.掌握數字鐘的設計方法。2.熟悉集成電路的使用方法。

二、設計任務與要求

時鐘顯示功能，能夠以十進制顯示“時”、“分”、“秒”。其中時為24進制，分秒為60進制。

三、設計思路、芯片選擇及單元電路功能簡介 1.設計思路：

數字鐘的設計可以分為4個單元電路來設計，分別為1Hz脈沖產生電路、數碼管顯示電路、60進制計數器電路、24進制計數器電路這四個單元電路。2.芯片的選擇：

BCD——七段譯碼器74LS47

十進制可逆計數器74192

555定時器

集成與門芯片74LS11 3.單元電路功能簡介： ①、1Hz脈沖產生電路：

該單元電路是用由555定時器構成的多諧振蕩器來產生的1HZ方波的電路，其中考慮

到電路的“延時”效應，該電路產生的方波的頻率并不是標準的1HZ方波，而是頻率稍大于1Hz的方波。它是為整個電路提供時鐘源的，它的輸出脈沖提供給秒單元電路的低位計數芯片。

②、數碼管顯示電路：

該單元電路是用來顯示一位數字的電路，它由一塊數碼管和一塊數碼管驅動芯片組成，它的輸入信號由計數器提供。

③、60進制計數器電路：

該單元電路由兩片74LS192可逆計數器芯片、一個三輸入與非門和一個非門構成的60進制計數器電路，它是為秒顯示和分顯示電路提供驅動信號的單元電路

④、24進制計數器電路：

該單元電路是由兩片74LS192可逆計數器芯片和一個與門構成的24進制計數器電路，它的低位脈沖信號由分鐘計數器單元電路的進位信號提供，它為小時顯示電路提供驅動信號。

四、總電路圖

五、仿真效果

本次課程設計使用proteus軟件進行仿真，在進行仿真時應注意以下幾點： 1.在接通電源之前，應保持開關SW1斷開且SW2閉合，如下圖所示：

2.接通電源后應先斷開開關SW2，保持開關SW1斷開狀態不變，如下圖所示： 3.在做完第二步之后，應保持開關SW2斷開狀態不變，閉合開關SW1，如下圖所示：

在執行完以上三步之后，就是仿真的正確結果了，如下圖所示：

否則，將會產生以下錯誤的仿真效果：

六、總結

通過這次課程設計，我對數字電子技術的理論知識的理解更加深刻，對時序電路的設計步驟也更加熟悉，熟悉了仿真軟件proteus的應用。在本次設計中，我還發現了一點問題，就是理論和實際并不是完全符合的。比如對于74LS192可逆計數器芯片來說，他本是十進制計數器，若用它構成六進制計數器，按照理論知識，只需要將它的輸出端Q1和Q2端通過一個與門后反饋到清零端CR即可。但在實際應用中，按照理論上的接法并不能實現六進制，而是需要將他的Q0端取反后再與Q1和Q2相與反饋到清零端CR，才能實現六進制計數。另外，秒鐘單元電路向分鐘單元電路提供脈沖的進位信號不能直接加到分鐘單元電路的脈沖端口上，而是需要經過一個非門后再加到分鐘單元電路的脈沖輸入端上。同時，還要給這部分進位電路并聯一個開關（詳見總電路圖），且在接通電源之前應保持該開關的閉合狀態，接通電源后應先斷開該開關，然后再接通脈沖單元電路，否則將不能保證整個電路的零狀態。

此外，本次課程設計比較倉促，只是完成了設計的基本功能，其拓展功能沒有精力去深究，等到以后有時間再逐步完善該電路的拓展功能。由于時間短暫和本人能力有限，本電路的設計可能存在一定問題和缺陷，如有發現希望老師能夠給予批評指正。

七、元器件清單

1.七段數碼管：6塊 2.74LS192可逆計數器：6片 3.555定時器：1片

4.74LS47 BCD——七段譯碼器：6片 5.74LS11三—3輸入與門：1片 6.非門：3塊 7.2輸入與門：1塊 8.開關：2個

9.電阻：10M 1個，46.25M 1個 10.電容：0.01uF

2個

參考書

⑴《現代電子學及應用》，童詩白、徐振英編，高等教育出版社，1994年

⑵《電子系統設計》，何小艇等編，浙江大學出版社，2000年

⑶《集成電子基礎教程》，鄭家龍、王小海、章安元編，高教出版社，2002年5月

⑷《電子技術課程設計指導》 彭介華編，高等教育出版社，1997年10月

⑸《數字電子技術》童詩白編著高等教育出版社

2001年

第三篇：數電課程設計-電子數字鐘

題目：數字電子鐘 數字電子技術課程設計報告

班 級:

2016年 12月26日

第 1 頁 目錄

1、課程設計內容及要求**********************************************第3頁

2、元器件清單及主要器件介紹****************************************第4頁

3、原理設計和功能描述***********************************************第7頁

4、數字電子鐘的實現*************************************************第10頁

5、總結與心得體會******************************************************第11頁

第 2 頁 課程設計內容及要求

1.1 數字鐘簡介

20世紀末，電子技術獲得了飛速的發展。在其推動下，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。數字鐘已成為人們日常生活中必不可少的生活日用品。廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。

本次設計就用數字集成電路和一些簡單的邏輯門電路來設計一個數字式電子鐘，使其完成時間及星期的顯示功能。多功能數字鐘采用數字電路實現對“時”、“分”、“秒”數字顯示的計時裝置。具有時間顯示、走時準確、顯示直觀、無機械傳動裝置等優點，因而得到了廣泛的應用。

1.2 設計要求

1.設計一個有“時”、“分”、“秒”（23小時59分59秒）顯示，且有校時功能的電子鐘。2.整點報時。在59分59秒時輸出信號，音頻持續1s，在結束時刻為整點。

元器件清單及主要器件介紹

第 3 頁 2.1 元器件清單（1）74LS00（1片）（2）74LS20（1片）（3）74LS161（6片）

（4）共陽七段數碼顯示器（6片）（5）74LS248（6片）（6）555(1片)（7）開關(3片)（8）電阻、晶振、電容、導線、錫絲等（若干）

2.2 主要元器件引腳排列及邏輯功能

1.共陽七段顯示器

發光二極管（在圖中以dp表示），用于顯示小數點。通過七段發光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數字、字母以及其它符號。

LED數碼管中的發光二極管共有兩種連接方法：

（1）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，這樣陽極端輸入高電平的段發光二極管就導通點亮，而輸入低電平的則不點亮。實驗中使用的LED顯示器為共陰極接法

（2）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＋ 第 4 頁 5V。這樣陰極端輸入低電平的段發光二極管就導通點亮，而輸入高電平的則不點亮。

注： 課設中使用的是共陽極數碼管。2.74LS161芯片介紹

74LS161是十進制同步計數器（異步清除）。其管腳圖及邏輯

功能引腳圖：

Qcc進位輸出端 CR 清零 Q1-Q3 輸出端 CP 脈沖 D0-D3 數據輸入

3.譯碼器（74LS247）

74LS247各引腳功能說明如下圖：6、2、1、7腳為譯碼輸入（即編碼輸出）；9—15為

第 5 頁 譯碼輸出；

8、16腳為電源正負極。

74LS247譯碼器功能表

原理設計和功能描述

第 6 頁

3.1數字計時器的設計思想

要想構成數字鐘，首先應選擇一個脈沖源——能自動地產生穩定的標準時間脈沖信號。而脈沖源產生的脈沖信號地頻率較高，因此，需要進行分頻，使得高頻脈沖信號變成適合于計時的低頻脈沖信號，即“秒脈沖信號”（頻率為1Hz）。經過分頻器輸出的秒脈沖信號到計數器中進行計數。由于計時的規律是：60秒=1分，60分=1小時，24小時=1天，就需要分別設計60進制，24進制計數器，并發出驅動信號。各計數器輸出信號經譯碼器、驅動器到數字顯示器，是“時”、“分”、“秒”得以數字顯示出來。

3.2數字電子鐘總體框架圖

（一）計數器

秒脈沖信號經過6級計數器，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以及“時”個位、十位的計時。“秒”“分”計數器為六十進制，小時為二十四進制。

（1）六十進制計數

由分頻器來的秒脈沖信號，首先送到“秒”計數器進行累加計數，秒計數器應完成一分鐘之內秒數目的累加，并達到60秒時產生一個進位信號，所以，選用一片555組成六十進制計數器，來實現六十進制計數。其中，“秒”十位是六進制，“秒”個位是十進制。

第 7 頁（2）二十四進制計數

“12翻1”小時計數器是按照“01——02——03——??——22——23——00——01——02——??”規律計數的，這與日常生活中的計時規律相同。在此實驗中，它是由一片555構造成的同步二十四計數器，利用異步清零端實現起從23——00的翻轉，其中“24”為過渡狀態不顯示。其中，“時”十位是3進制，“時”個位是十進制。

（二）顯示器

本系統用七段發光二極管來顯示譯碼器輸出的數字，顯示器有兩種：共陽極顯示器或共陰極顯示器。74LS247譯碼器對應的顯示器是共陽極顯示器。

3.2 數字電子鐘原理圖

3.5PCB圖

第 8 頁

3.5數字電子鐘的組裝與調試

由圖3-1中所示的數字中系統組成框圖按照信號的流向分級安裝，逐級級聯。這里的每一級是指組成數字中的各個功能電路。

級聯時如果出現時序配合不同步，或劍鋒脈沖干擾，引起的邏輯混亂，可以增加多級邏輯門來延時。如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端Vcc加退藕濾波電容。通常用幾十微法的大電容與0.01μF的小電容相并聯。

數字電子鐘的實現

第 9 頁

PCB板正面

PCB板背面

第 10 頁

總結與心得體會

此次課程設計，我們三個人分工合作，努力把課程設計做好，在完成數字時鐘的基本功能的前提下，不斷完善它的外觀、課程設計的費用等其他外部問題。堅持做好課程設計的每一步。

剛開始的PCB的制作是由楊宜諺負責具體實施部分，萬梓杰負責的是各種器件的購買，我則負責報告的撰寫。每個人都有相應的任務，負責的部分都需要付出巨大的努力才能得到相應的收獲。在此我們明白了團結合作的重要性。

具體的實施過程中我們也遇到了許多的困難。剛開始的PCB制作，我們多次嘗試未果，總是出現各種問題，在實驗室學長同學等的幫助下，我們最終弄出來了。在實際制作板子的過程中我們也遇到了一個問題。導致總是不能成功，我們幾個不斷想盡辦法，然而結果卻不是很理想，最終知道就是一個小小的錯誤的時候，我們就知道了細節也是我們需要的極其注重的一個地方。一個數碼管是壞的。我們做課設的時候不僅要注重整體把握，同時也需要細節上的不錯誤。

第 11 頁

第四篇：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

第五篇：數電課程設計 數字鐘電路設計

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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

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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

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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

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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。

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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：

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(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。

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(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

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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：

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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

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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