第一篇：數字電路課程設計——數字鐘

四川工業科技學院 電子信息工程學院課程設計 專業名稱:電子信息工程 課程名稱：數字電路課程設計 課題名稱：自動節能燈設計 設計人員：蔡志荷 指導教師：廖俊東 2018年1月10日

《模擬電子技術課程設計》任務書

一、課題名稱：數字鐘的設計

二、技術指標：

（1）掌握數字鐘的設計、組裝和調試方法。（2）熟練使用proteus仿真軟件。（3）熟悉各元件的作用以及注意事項。

三、要求：

（1）設畫出總體設計框圖，以說明數字鐘由哪些相對獨立的功能模塊組成，標出各個模塊之間互相聯系。（2）設計各個功能模塊的電路圖，加上原理說明。（3）選擇合適的元器件，設計、選擇合適的輸入信號和輸出

方式，確保電路正確性。

指導教師：廖俊東 學生：蔡志荷

電子信息工程學院

2018年1月 10日

課程設計報告書評閱頁

課題名稱：數字鐘的設計 班級：15級電子信息工程4班 姓名：蔡志荷

2018年1月 10日

指導教師評語：

考核成績：指導教師簽名： 年月

目錄

摘要..................................................................................................................................................1 第1章設計任務與要求...................................................................................................................2

1.1 設計指標數字鐘簡介.....................................................................................................2 1.2 具體要求.........................................................................................................................2 1.3 設計要求.........................................................................................................................3 第2章元件清單及主要器件介紹...................................................................................................4

2.1 元件清單.........................................................................................................................4 2.2 主要器件介紹.................................................................................................................4

2.2.1 74LS90計數........................................................................................................4 2.2.2 74LS47.................................................................................................................5 2.2.3 七段數碼顯示器.................................................................................................7

第3章設計原理與電路...................................................................................................................8

3.1 計時電路.........................................................................................................................8

3.1.1 計秒、計分電路.................................................................................................8 3.1.2 計時電路.........................................................................................................10 3.2 校時電路.......................................................................................................................11 3.2.1 報時鎖存信號...................................................................................................13 3.2.2 報時...................................................................................................................13 第4章仿真結果及誤差分析.........................................................................................................15 4.1 實驗結果.......................................................................................................................15 4.2 實時分析.......................................................................................................................15 第5章設計總結.............................................................................................................................16 參考文獻.........................................................................................................................................17

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摘要

本次課程設計的主題是數字電子鐘。干電路系統由秒信號發生器、“時、分、秒”計數器、顯示器、整點報時電路組成。秒信號產生器是整個系統的時基信號，它直接決定計時系統的精度，這里用多諧振蕩器加分頻器來實現。將標準秒信號送入“秒計數器”，“秒計數器”采用60進制計數器，每累計60秒發出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數器”的時鐘脈沖。“分計數器”也采用60進制計數器，每累計60分鐘，發出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數器”。“時計數器”采用24進制計時器，可實現對一天24小時的累計。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數器的輸出狀態送到七段顯示譯碼器譯碼，通過七位LED七段顯示器顯示出來。整點報時電路時根據計時系統的輸出狀態產生一脈沖信號，然后去觸發蜂鳴器實現報時。

數字電子時鐘優先編碼電路、譯碼電路將輸入的信號在顯示器上輸出；用控制電路和調節開關對LED顯示的時間進行調節，以上兩部分組成主體電路。通過譯碼電路將秒脈沖產生的信號在報警電路上實現整點報時功能等，構成擴展電路。本次設計由震蕩器、秒計數器、分計數器、時計數器、BCD-七段顯示譯碼/驅動器、LED七段顯示數碼管設計了數字時鐘電路，可以實現：計時、顯示，時、分校時，整點報時等功能。

關鍵詞：數字時鐘，振蕩器，計數器，報時電路

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第1章 設計任務與要求

1.1 設計指標數字鐘簡介

數字鐘電路是一款經典的數字邏輯電路，它可以是一個簡單的秒鐘，也可以只計分和時，還可以計秒、分、時，分別為12進制或24進制，外加校時和整點報時電路。

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。由于數字集成電路技術的發展和采用了先進的石英技術，使數字鐘具有走時準確、性能穩定、集成電路有體積小、功耗小、功能多、攜帶方便等優點。

因此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、精度、穩定等優點，電路裝置十分小巧,安裝使用也方便而受廣大消費的喜愛。

1.2 具體要求

1、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；

2、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；

3、提高電路布局，布線及檢查和排除故障的能力。

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1.3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、用中小規模集成電路組成電子鐘，并在實驗箱上進行組裝、調試

3、畫出框圖和邏輯電路圖、寫出設計、實驗總結報告。

4、整點報時。在59分51秒時輸出信號，音頻持續10秒，在結束時刻為整點。

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第2章 元件清單及主要器件介紹

2.1 元件清單 1、74LS90（6個）2、74LS47（6個）3、74LS00（6個）4、74LS20（6個）5、74LS04（6個）

6、共陽七段數碼顯示器（6個）

7、蜂鳴器（1個）

8、快關若干，電阻若干

2.2 主要器件介紹

2.2.174LS90計數

本題目核心器件是計數器，常用的有同步十進制計數器74HC160以及異步二、五、十進制計數器74LS90.這里選用的是74LS90芯片。

74LS90的引腳圖如圖2-1表示。

圖2-1 74LS90內部是由兩部分電路組成的。一部分是由時鐘CKA與一位觸發器Q0組成的二進制計數器，可記一位二進制數；另外一部分是由時鐘CKB與三個觸發器Q1、Q2、Q3組成的五進制異步計數器，可記五個數000~111.如果把Q0和CKB連接起來，CKB從Q0取信號，外部時鐘信號接到CKA上，那么由時鐘CKA和Q0、Q1、Q2、Q3組成十進制計數器。

R0(1)和R0(2)是異步清零端，兩個同時為高電平有效；R9(1)和R9(2)是置

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9端，兩個同時為高電平時，Q3Q2Q1Q0=1001,；正常計數時，必須保證R0(1)和R0(2)中至少一個接低電平，R9(1)和R9(2)中至少一個接低電平。

74LS90的功能表如表2-1所示。

表2-1 2.2.274LS47 74LS47的引腳圖如圖2-3表示。

圖2-3 譯碼為編碼的逆過程。它將編碼時賦予代碼的含義“翻譯”過來。實現譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應關系。74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數碼管配合使用。

表2-2列出了74LS47的真值表，表示出了它與數碼管之間的關系。

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表2-2 H=高電平，L=低電平，×=不定 74LS47譯碼器原理如圖2-4.圖2-4

74LS47是BCD-7段數碼管譯碼器/驅動器，74LS47的功能用于將BCD碼轉化成數碼塊中的數字,通過它解碼，可以直接把數字轉換為數碼管的顯示數字，從而簡化了程序，節約了 單片機的IO開銷。因此是一個非常好的芯片！但是由于目前從節約成本的角度考慮，此類芯片已較少用，大部份情況下都是用動態掃描數碼管的形式來實現數碼管顯示。

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2.2.3 七段數碼顯示器

共陽極七段數碼管引腳圖如圖2-5表示。

圖2-5 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＋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，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。

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第3章 設計原理與電路

3.1 計時電路

計時電路共分三部分：計秒、計分、計時。其中計秒和記分都是60進制，而計時為24進制。難點在于三者之間進位信號的實現。

3.1.1 計秒、計分電路

1、個位向十位的進位實現。

用兩片74LS90異步計數器接成一個一步的60進制計數器。所謂異步60進制計數器，即兩片74LS90的時鐘不一致。各位時鐘為1Hz方波來計秒，十位計數器的時鐘信號需要從個位計數器來提供。

進位信號的要求是在十個秒脈沖中只產生一個下降沿，且與第十秒的下降沿對齊。只能從個位計數器的輸出端來提供，不可能從其輸入端來找。而計數器的輸出端只有Q0、Q1、Q2、Q3四個信號，要么是其中一個，要么是它們之間的邏輯運算結果。

把個位的四個輸出波形畫出來，如圖3-1所示。

圖3-1 由于74LS90是在時鐘的下降沿到來時計數，所以Q3正好符合要求，在10秒之內只給出一個下降沿，且與第19秒的下降沿對齊。Q2雖然也只產生一個下降沿，但產生的時刻不對。這樣，個位和十位之間的進位信號就找到了，把個位的Q3（11端）連接到十位的CKA（14端）上。

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2、六十進制的實現

當幾秒到59時，希望回00.此時個位正好計滿十個數，不用清零即可自動從9回0；十位應接成六進制，即從0~5循環計數。用異步清零法，當6出現的瞬間，即Q3Q2Q1Q0=0110時，同時給R0(1)和R0(2)高電平，使這個狀態變成0000，由于6出現時間很短，被0取代。接線如圖3-2所示。

圖3-2 當十位計數到6時，輸出0110，其中正好有兩個高電平，把這兩個高電平Q2和Q1分別接到74LS90的R0(1)和R0(2)端，即可實現清零。一旦清零，Q2和Q1都為0，不能再繼續清零，恢復正常計數，直到下次再同時為1。

計秒電路的仿真圖如圖3-2所示，計分電路和計秒電路是完全一致的，只是周期為1S的時鐘信號改成了周期為60秒即1分鐘的時鐘信號。

3、秒向分的進位信號的實現

積分電路的關鍵問題是找到秒向分的進位信號。當秒電路計到59秒時，產生一個高電平，在計到60秒時變成低電平，來一個下降沿送給計分電路做時鐘。計秒電路在計到59時的十位和個位的狀態分別為0101和1001，把這四個1與起來即可，即十位的Q2和Q0，個位的Q3和Q0，與的結果作為進位信號。使用74LS20四入與非門串反相器構成與門，如圖3-3所示。

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圖3-3 計分電路與計秒電路一樣，只是四輸入與門產生的信號應標識為59分。

3.1.2 計時電路

用兩片74LS90實現二十四進制計數器，首先把兩片74LS90都接成十進制，并且兩片之間連接成具有十的進位關系，即接成一百進制計數器，然后在計到24時，十位和個位同時清理。計到24時，十位的Q1=1，個位的Q2=1，應分別把這兩個信號連接到雙方芯片的R0（1）和R0(2)端。如個位的Q2接到兩個74LS90的R0(1)清零端，十位的Q1接到兩個74LS90的R0(2)清零端。

計時電路的個位時鐘信號來自秒、分電路產生59分59秒兩個信號相與的結果，如圖3-4所示。

圖3-4

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計分和計時電路可以先單獨用秒脈沖調試，以節省時間。聯調時，可把秒脈沖的頻率加大。

圖3-5是一個鏈接好的簡單的沒有校時和報時的數字時鐘電路。

圖3-5 圖中為了把數顯集中到一塊，可以直接把時、分、秒的數碼管拖動到一起。但為了仿真時使器件管件的邏輯狀態顯示不影響數顯的效果，可以從主菜單中把邏輯顯示去掉即可。

3.2 校時電路

接下來把校時電路加上，校時電路主要完成校分和校時。選擇較分時，撥動一次開關，分自動加一；選擇校時時，撥動一次開關，小時自動加一。校時校分應準確無誤，能實現理想的時間校對。校時校分時應切斷秒、分、時計數電路之間的進位連線。

如圖3-6，紅色線框內是校時電路，由去抖動電路和選擇電路組成。

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圖3-6 其中，計到59分的信號已有，如圖3-6中所示。只需把它和計秒電路的十位中的Q2Q0相與作為開始報時的一個條件即可。見圖3-7，U16:A和U10:D組成的與門輸出即為報時開始信號。

圖3-7

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3.2.1 報時鎖存信號

用秒個位的計數器輸出進行四高一低的報時鎖存信號。現在來分析一下50~59秒之間秒個位的狀態。

秒個位：Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1

結合題目要求，通過這些狀態的觀察發現，秒個位的Q3’和Q0邏輯與后，正好在秒個位計到1、3、5、7時產生高電平，0、2、4、6時產生低電平，可作低四聲報時的鎖存信號；秒個位的Q3和Q0邏輯與后，正好在秒個位為9時產生高電平，可做高音的報時鎖存信號；這樣就產生了兩個報時鎖存信號。

3.2.2 報時

把上述分析所得到的的報時開始信號分別和兩個報時鎖存信號相與，產生兩路報時鎖存信號，如圖3-7，上面一路為高音報時鎖存，下面一路為低音報時鎖存。圖中左面三個與非門實現的是與或邏輯，前面已介紹。

上下兩路報時鎖存信號分別與1kHz和500Hz的音頻信號（20Hz~30kHz）相與或來驅動數字喇叭，實現整點報時功能。這里喇叭使用元件SOUNDER,它接收數字信號。

實驗時，把59分50秒這個報時開始信號直接用高電平取代，這樣比較省時。另外實際連接電路時，可用555定時器產生一個1kHz的方波，再經D觸發器二

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分屏得到500Hz的方波信號。計時電路的1Hz方波也可由555定時器產生，但由于標準電阻和電容值的選擇會帶來一些積累誤差，也可選用其他更精確的振蕩電路來實現。

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第4章 仿真結果及誤差分析

4.1 實驗結果

成功設計一個有“時”、“分”、“秒”（23小時59分59秒）顯示，有校時功能的電子鐘。能夠實現整點報時。在59分51秒時輸出信號，音頻持續10秒，在結束時刻為整點。且能夠正常仿真。

如圖4-1是完整的數字鐘電路圖。

圖4-1 4.2 實時分析

本次課程設計電路完全按照仿真圖所連的，在測試時，當開始進行時校時時，沒有出現問題，但當進行到分校時時，發現計數電路的秒電路開始亂跳出錯。因此，電路一定是有地方出錯了，在反復對照后，發現是因為在接入校正電路時忘了把秒十位和分個位之間的連線拿掉而造成的，因此，在接線時一定要注意把不要的多余的線拿掉。

仿真時用的脈沖是用的軟件里的時鐘脈沖，沒有使用555定時器，可能會造成一定的誤差。

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第5章 設計總結

通過這次數字電子鐘的課程設計，我們把學到的東西與實踐相結合，深化了我對數字電路設計和模擬電路的設計，讓我在設計的實踐中獲得了更多的知識，同時鍛煉了我的動手能力。在這過程中對我們學的知識了更進一步的理解，而且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，也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關資料來解決問題的習慣。

雖然這只是一次學期末的課程設計，但通過這次課程設計我們了解了課設計的一般步驟、方法和設計中應注意的一些問題。我覺得這次設計是很有重要意義的，它鍛煉了同學們對待問題時的態度和處理事情的能力，了解了各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應該注意那些要點，同一個電路可以用那些芯片實現，各個芯片實現同一個功能的區別。

總之，這次課程設計讓我學到了好多東西，這種課程設計對一個大學生是非常重要的。在此我要感謝我同組的搭檔蔡西！然后，非常感謝廖老師的耐心指導！

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參考文獻

【1】張存禮、韓愛娟主編.電子技術綜合實訓.北京師范大學出版社.2005.8。【2】朱清慧主編.Proteus教程.清華大學出版社.2011.6。【3】閻石主編.數字電子技術基礎.高等教育出版社.2016.4。

第二篇：數字電路課程設計 數字鐘

摘 要

數字鐘實際上是一個對標準頻率（1Hz）進行計數的計數電路。振蕩器產生的時鐘信號經過分頻器形成秒脈沖信號，秒脈沖信號輸入計數器進行計數，并把累計結果以“時”、“分”、“秒”的數字顯示出來。秒計數器電路計滿60后觸發分計數器電路，分計數器電路計滿60后觸發時計數器電路，當計滿24小時后又開始下一輪的循環計數。一般由振蕩器、分頻器、計數器、譯碼器、數碼顯示器等幾部分組成。

振蕩電路：主要用來產生時間標準信號，因為時鐘的精度主要取決于時間標準信號的頻率及穩定度，所以采用石英晶體振蕩器。

分頻器：因為振蕩器產生的標準信號頻率很高，要是要得到“秒”信號，需一定級數的分頻器進行分頻。

計數器：有了“秒”信號，則可以根據60秒為1分，24小時為1天的進制，分別設定“時”、“分”、“秒”的計數器，分別為60進制，60進制,24進制計數器，并輸出一分，一小時，一天的進位信號。

譯碼顯示：將“時”“分”“秒”顯示出來。將計數器輸入狀態，輸入到譯碼器，產生驅動數碼顯示器信號，呈現出對應的進位數字字型。

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可以對分和時進行校時。另外，計時過程要具有報時功能，當時間到達整點前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。

為了使數字鐘使用方便，在設計上使用了一個變壓器和一個整流橋來實現數字鐘電能的輸入，使得可以方便地直接插入220V的交流電就可以正常地使用了。關鍵詞 數字鐘 振蕩 計數 校正 報時

目 錄 設計目的...........................................................4 2 設計任務...........................................................4 3數字電子鐘的組成和工作原理..........................................4 3.1數字鐘的構成......................................................4 3.2原理分析..........................................................4 3.3數字點鐘的基本邏輯功能框圖........................................5 4．數字鐘的電路設計..................................................5 4.1 秒信號發生器的設計...............................................6 4.2時間計數電路的設計................................................8 4.3譯碼顯示電路.....................................................10 4.4正點報時電路的設計................................................12 4.5校時電路的設計....................................................13 5設計心得........................................................14 6參考文獻.............................................................15

1設計目的

在學完了《數字電子技術基礎》課程的基本理論，基本知識后，能夠綜合運用所學理論知識、拓寬知識面，系統地進行電子電路的工程實踐訓練，鍛煉動手能力，培養工程師的基本技能，提高分析問題和解決問題的能力。

2設計任務

2.1設計指標

1．時間計數電路采用24進制，從00開始到23后再回到00； 2.各用2位數碼管顯示時、分、秒；

3.具有手動校時、校分功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間； 4.計時過程具有報時功能，當時間到達整點前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。5.為了保證計時的穩定及準確，須由晶體振蕩器提供時間基準信號。2.2設計要求

根據選定方案確定實現設計要求的基本電路和擴展電路，畫出電路原理圖。

3數字電子鐘的組成和工作原理

3．1數字鐘的構成

數字鐘一般由振蕩器、分頻器、計數器、譯碼器、顯示器、校時電路、報時電路等部分組成，這些都是數字電路中應用最廣的基本電路。3．2原理分析

數字鐘實際上是一個對標準頻率（1Hz）進行計數的計數電路。振蕩器產生的時鐘信號經過分頻器形成秒脈沖信號，秒脈沖信號輸入計數器進行計數，并把累計結果以“時”、“分”、“秒”的數字顯示出來。秒計數器電路計滿60后觸發分計數器電路，分計數器電路計滿60后觸發時計數器電路，當計滿24小時后又開始下一輪的循環計數。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可以對分和時進行校時。另外，計時過程要具有報時功能，當時間到達整點前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。3．3數字點鐘的基本邏輯功能框圖

圖1 數字鐘的基本邏輯框圖

4數字鐘的電路設計

下面將介紹設計電路具體方案：其中包括電源電路的設計、秒信號發生器的設計、時間計數電路的設計、譯碼驅動顯示電路的設計、正點報時電路的設計、校時電路的設計幾個部分。

4．1 秒信號發生器的設計

晶體振蕩分頻電路石英晶體振蕩電路 1．采用頻率fs＝32768Hz的石英晶體。

D1、D2是反相器，D1用于振蕩，D2用于緩沖整形。Rf為反饋電阻（10~100MΩ），反饋電阻的作用是為CMOS反相器提供偏置，使其工作在放大狀態。C1是頻率微調電容，改變C1可對振蕩器頻率作微量調整，C1一般取5~35pF。C2是溫度特性校正用的電容，一般取20~405pF，電容C1、C2與晶體共同構成Ⅱ型網絡，完成對振蕩器頻率的控制，并提供必要的1800相移，最后輸出fs=32768Hz。

圖4 石英晶體振蕩電路

2．多級分頻電路

將32 768Hz脈沖信號輸入到CD4060（內部結構如圖4－4）組成的脈沖振蕩的14位二進制計數器，所以從最后一級Q14輸出的脈沖信號頻率為：32768/214 = 32768/16384 = 2Hz 如圖6。再經過二次分頻，得到1Hz的標準信號脈沖，即秒脈沖如圖7。

圖5 CD4060內部結構

圖6 脈沖分頻電路

圖7 秒信號原理圖

圖8 晶體振蕩及分頻電路

4．2時間計數電路的設計

秒信號經秒計數器、分計數器、時計數器之后，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以及“時”個位、十位的計時輸出信號，然后送至譯碼顯示電路，以便實現用數字顯示時、分、秒的要求。“秒”和“分”計數器應為六十進制，而“時”計數器應為二十四進制。采用10進制計數器74LS162來實現時間計數單元的計數功能，其為雙2-5-10異步計數器，并且每一計數器均有異步清零端（高電平有效）。4．2．1“分”、“秒”六十進制計數器

選用兩塊74LS162采用異步清零的方法完成60進制。以“秒”計數為例：計秒時，將秒個位計數單元的QA與ＣＰ（下降沿有效）相連，將74LS162連接成10進制計數器，BＣＰA（下降沿有效）與１ＨZ秒輸入信號相連，QD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（0110）進制計數器，當十位計數器計到QD QC QB QA為0110時，同時對秒的個位和十位進行清0，另外QC可作為向上的進位信號與分個位的計數單元的ＣＰA相連。其具體連接圖如圖9ＣＰA相連，其具體連接圖如圖9。7

圖9 六十進制計數器

4．2．2二十四進制計數器

同樣可以選用兩塊74LS162采用異步清零的方法完成24進制計數 如圖10。

圖10二十四進制計數器

4．3譯碼顯示電路

譯碼顯示電路是將計數器輸出的8421 BCD碼譯成數碼管顯示所需要的高低電平，我們采用陰極七段數碼管，引腳如圖11。

其則譯碼電路就應選接與它配套的共陰極七段數碼驅動器。譯碼顯示電路可采用CD4511BC-7段譯碼驅動器，其芯片引腳如圖12。譯碼器A、B、C、D與十進制計數器的四個輸出端相連接，a、b、c、d、e、f、g即為驅動七段數碼顯示器的信號。根據A、B、C、D所得的計數信號，數碼管顯示的相對應的字型。其具體電路圖如圖13。

圖11 陰極七段數碼管

圖12 芯片CD4511BC-7段譯碼驅動器引腳

圖13 譯碼顯示電路

4．4正點報時電路的設計

要求當時間到達整點前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。即當時間達到xx時59分50秒時蜂鳴器開始響第一次，并持續一秒鐘，然后停鳴一秒，這樣響五次。在59分50秒到59分59秒之間，只有秒的個位計數，分的十位QD QC QB QA輸出0101,個位QD QC QB QA 輸出1001，秒的十位QD QC QB QA 輸出0101均不變，而秒的個位QA計數過程中輸出在0和1之間轉。所以可以利用與非門的相與功能，把分十位的QC、QA ,分個位的QD、QA，秒十位的QC、QA 和秒個位的QA相“與非”作為控制信號控制與非門的開斷，從而控制蜂鳴器的響和停。如圖14。

圖14 整點報時電路

4．5校時電路的設計

時鐘出現誤差時，需校準。校對時間總是在標準時間到來之前進行，分四個步驟：首先把小時計數器置到所需的數字；然后再將分計數器置到所需數字；在此同時或之后，將秒計數器在零時停計數，處于等待啟動；當選定的標準時刻到達的瞬間，按起動按鈕，電路則從所預置時間開始計數。由此可知，校時電路應具有預置小時，預置分、等待啟動、計時四個階段，因此，我們設計的校時電路，方便、可靠地實現這四個階段所要求的功能。

圖15數字電子鐘的計數校正電路

5設計心得

本次實驗培養了我的團隊合作精神，兩人分工明確，我們一起處理實驗過程中遇到的難題，在每連接好一個模塊后，我們認真地檢查電路，這樣大大減少了實驗出錯的機率，為最后成功完成實驗節省了不少的時間。

本次數字鐘電路設計實驗還做到理論聯系實際，剛剛學過了數電這門課程，還沒完全弄懂某些門電路的原理和用途，而此次課程設計恰恰提供了一個好機會，讓我們從實踐中加深了對所學知識的理解。參考文獻

1.郝國法等主編 電子技術實驗 北京：冶金工業出版社，2006 2.華中科技大學電子技術課程組編 康光華主編 電子技術基礎 數字部分（第五版）北京 ：高等教育出版社，2005 3.彭容修主編.數字電子技術基礎.武漢：華中理工大學出版社，2000 4.李哲英主編.電子技術及其應用基礎（數字部分）.北京：高等教育出版社，2003 5.浙江大學電工電子基礎教學中心電子學組編，鄭家龍、王小海、章安元主編.集成電子技術基礎教程.北京：高等教育出版社，2002

第三篇：數字電路課程設計

一、設計報告書的要求： 1.封面

2.課程設計任務書（題目，設計要求，技術指標等）

3.前言（發展現狀、課程設計的意義、設計課題的作用等方面）。3.目錄

4.課題設計（⑴ 寫出你考慮該問題的基本設計思路，畫出一個實現電路功能的大致框圖。

⑵ 畫出框圖中的各部分電路，對各部分電路的工作原理應作出說明。⑶ 畫出整個設計電路的原理電路圖，并簡要地說明電路的工作原理。⑷ 用protel畫原理電路圖。

(5)用Multisim或者Proteus畫仿真圖。

5.總圖。

6.課題小結（設計的心得和調試的結果）。7.參考文獻。

二、評分依據：

①設計思路，②單元電路正確與否，③整體電路是否完整，④電路原理說明是否基本正確，⑤報告是否清晰，⑥答辯過程中回答問題是否基本正確。

三、題目選擇：（三人一組，自由組合）（設計要求，技術指標自己選擇）

1、基于DC4011水箱水位自動控制器的設計與實現

水箱水位自動控制器，電路采用CD4011四與非門作為處理芯片。要求能夠實現如下功能：水箱中的水位低于預定的水位時，自動啟動水泵抽水；而當水箱中的水位達到預定的高水位時，使水泵停止抽水，始終保持水箱中有一定的水，既不會干，也不會溢，非常的實用而且方便。

2、基于CD4011聲控、光控延時開關的設計與實現

要求電路以CD4011作為中心元件，結合外圍電路，實現以下功能：在白天或光線較亮時,節電開關呈關閉狀態,燈不亮；夜間或光線較暗時，節電開關呈預備工作狀態，當有人經過該開關附近時，腳步聲、說話聲、拍手聲等都能開啟節電開關。燈亮后經過40秒左右的延時節電開關自動關閉，燈滅。

3、基于CD4011紅外感應開關的設計與實現

在一些公共場所里，諸如自動干手機、自動取票機等，只要人手在機器前面一晃，機器便被啟動，延時一段時間后自動關閉，使用起來非常方便。要求用CD4011設計有此功能的紅外線感應開關。

4、基于CD4011紅外線對射報警器的設計與實現

設計一款利用紅外線進行布防的防盜報警系統，利用多諧振蕩器作為紅外線發射器的驅動電路，驅動紅外發射管，向布防區內發射紅外線，接收端利用專用的紅外線接收器件對發射的紅外線信號進行接收，經放大電路進行信號放大及整形，以CD4011作為邏輯處理器，控制報警電路及復位電路，電路中設有報警信號鎖定功能，即使現場的入侵人員走開，報警電路也將一直報警，直到人為解除后方能取消報警。

5、基于CD4069無線音樂門鈴的設計與實現

音樂門鈴已為人們所熟知，在一些住宅樓中都裝有音樂門鈴，當有客人來訪時，只要按下門鈴按鈕，就會發出“叮咚”的聲音或是播放一首樂曲，然而在一些已裝修好的室內，若是裝上有線門鈴，由于必須布線，從而破壞裝修，讓人感到非常麻煩。采用CD4069設計一款無線音樂門鈴，發射按鍵與接收機間采用了無線方式傳輸信息。

6、基于時基電路555“叮咚”門鈴的設計與實現

用NE555集成電路設計、制作一個“叮咚”門鈴，使該裝置能夠發出音色比較動聽的“叮咚”聲。

7、基于CD4511數顯八路搶答器的設計與實現

CD4511是一塊含BCD-7段鎖存、譯碼、驅動電路于一體的集成電路。設計一款基于CD4511八路搶答器，該電路包括搶答，編碼，優先，鎖存，數顯和復位。

8、基于NE555+CD4017流水彩燈的設計與實現 以NE555和CD4017為核心，設計制作一個流水彩燈，使之通過調節電位器旋鈕，可調整彩燈的流動速度。

9、水位指示的設計與實現

電路的功能是檢測容器內的水位。把探頭分別裝在容器的底部、中部和頂部。通過3根導線與電路板連接，而3個LED分別代表不同的水位。

10、基于數字電路雙向炫彩流水燈的設計與實現

電路由無穩態多謝振蕩器、可逆計數器、三八線譯碼器和發光二極管組成；實現流水燈正反向循環旋轉。

11、基于數字電路六位數字鐘的設計與實現

設計一款純數字電路打造的6位數字時鐘。數字鐘是采用數字電路對“時”、“分”、“秒”數字顯示的計時裝置。

12、八路聲光報警器的設計與實現

八路聲光報警器中八位優先編碼器CD4532將輸入D0~D7的八路開關量譯成三位BCD碼，經BCD鎖存/七段譯碼/驅動器CD4511譯碼，驅動共陰極數碼管顯示警報電路0—7，路輸入開關中的任一路開路，顯示器即顯示該路號，發出數碼光報警；同時優先編碼器CD4532的GS段輸出高電平，使開關三極管飽和導通，啟動聲報警電路工作。聲報警電路由時基集成電路NE555和六反相器CD4069組成。

13、基于CD4060夢幻燈的設計與實現（基于proteus仿真）

設計一款電路，使其具有多種美麗的聲光效果，三種顏色的LED隨機組合，五彩斑斕，配有生日快樂音樂芯片，閃光的同時有生日快樂音樂播放，蜂鳴器發生，音樂芯片直接可以裝到電路板上，備有電源開關，方便控制，可以外接交流電源或電池。可作生日禮物相送。

14、變音警笛電路的設計與實現 設計一款電路，該電路采用兩片NE555時基集成電路構成的變音警笛電路，能發出“嗚-哇-嗚-哇”的警笛聲。

15、魔幻LED搖搖棒的設計與制作

“搖搖棒”是一種利用我們的“視覺暫留效應”工作的高科技電子玩具。接通電源后，它上面的一列LED（發光二極管）不停地閃爍，當你搖動它時，會看見空中夢幻般的浮現一個個笑臉、愛心等圖案或者文字。“搖搖棒”使用了一塊單片機。通過編寫程序，在它內部存儲若干幅圖形和文字，用一只輕觸按鈕來選擇要顯示的內容，并且使用一只動作傳感器開關來確保顯示正常。

16、基于數字電路NE555、CD4017LED骰子的設計與實現

由555組成的多諧振蕩器和CD4017十進制計數器／脈沖分配器構成。7個發光二極管模擬骰子的點數，當按下按鈕1秒以上，骰子上的發光二極管高速循環點亮，之后循環速度越來越慢并最終隨機停止于某個點上。

17、數顯計數器的設計與實現

不需要編程的計數器模塊，有3個數碼管顯示，使用14553和14511芯片進行控制驅動。

18、基于555簡易催眠器的設計與制作

時基電路555構成一個極低頻振蕩器，輸出一個個短的脈沖，使揚聲器發出類似雨滴的聲音

19、基于數字電路電動機轉速表的設計與實現

在電動機轉動時，人眼無法統計電動機單位時間轉轉的圈數，即使電動機每秒鐘只轉動幾圈，我們也無法準確的數數來得到電動機每分鐘的轉動圈數。設計一款電動機轉速表來計數，最大可以顯示999，如果需要顯示更大的數字，還可以自行增加CD40110和數碼管，每增加一級，計數可增大10倍再加上9。

20、基于CD4011路燈開關模擬電路的設計與實現

從節約用電的角度出發，路燈開關在每天傍晚時全部燈亮，后半夜行人稀少，路燈關掉一半，第二天清早路燈全部關閉。

21、數字秒表的設計與實現

單穩態觸發器，時針發生器及計時器，譯碼顯示單元電路的應用

22、基于CD4011聲光控帶燈頭開關的設計與實現

開關選用CD4011集成塊為延時電路，選用1A單向可控硅以及性能穩定的光敏電阻和優質的駐極體組成的聲光控動作電路

23、基于數字電路兩位計數器的設計與實現

兩位自動計數器兩位數碼管自動顯示0-99,數字可清零。電路主要由NE555,4518,4511實現。上電后,電路自動計數.由0增至99,不斷循環計數.24、數字頻率計的設計與實現

電路通過時基電路NE555，十進制計數/譯碼器CD4017，六與非門CD4011，十進制計數/譯碼/鎖存/驅動器CD40110以及兩個共陰數碼管實現被測信號頻率測試。

25、基于數字電路自動溫控報警電路的設計與實現

現實生活中，常常需要進行溫度控制。當溫度超出某一規定的上限值時，需要立即切斷電源并報警。待恢復正常后設備繼續運行。設計一款溫度控制電路，電路采用LM324作比較器，NE555作振蕩器，十進制計數/譯碼器CD4017以及鎖存/譯碼/驅動電路CD4511作譯碼顯示達到上述要求。

26、基于數字電路兩位自動計數器的設計與實現

兩位自動計數器兩位數碼管自動顯示0-99,數字可清零。電路主要由NE555,4518,4511實現。上電后,電路自動計數.由0增至99,不斷循環計數.數字上升速度快慢由NE555振蕩頻率決定.S1為計數清零按鍵.NE555構成時鐘信號發生器,CD4518為二/十進制加法計數器,CD4511為譯碼驅動器,調節R17可調節NE555的振蕩頻率.C1為充放電電容,電容容量愈大,充電時間愈長，則振蕩頻率愈低。

27、基于數字電路數字顯示頻率計電路的設計與實現

電路通過時基電路NE555，十進制計數/譯碼器CD4017，六與非門CD4011，十進制計數/譯碼/鎖存/驅動器CD40110以及兩個共陰數碼管實現被測信號頻率測試。

28、基于CD4017流水燈的設計與實現

CD4017流水燈由555組成的多諧振蕩器和CD4017十進進制計數/譯碼電路組成。

29、基于CD4017六路回閃燈的設計與實現 電路通電后，六個發光管先依次點亮，再全部熄滅，然后反方向依次點亮，完成一個循環，接著進行下一個循環。電路由555組成的多諧振蕩器和CD4017十進進制計數/譯碼電路組成。

30、基于CD4017摩托車閃燈的設計與實現

電路由多諧振蕩電路和CD4017構成，實現三組發光管循環顯示。

31、基于CD401712路回閃燈的設計與實現

電路由555組成的多諧振蕩器和CD4017十進制計數/譯碼電路構成。

32、基于CD4518/4511數字鐘的設計與實現

第四篇：數字鐘課程設計

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的脈沖，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。分頻器電路

分頻器電路將32768Ｈz的高頻方波信號經74LS4060和74LS250的二分頻的分頻后得到1Hz的方波信號，可以供秒計數器進行計數。分頻器實際上也就是計數器。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，時個位和時十位計數器可以設計為12進制計數器或者24進制計數器，我們這里根據自己的意愿設計成24進制計數器。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。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，本設計采用的為ＬＥＤ數碼管。

各單元模塊設計和分析 晶體振蕩器電路

晶體振蕩器是構成數字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準確及穩定。

圖2 晶體振蕩器電路圖

分頻器電路

通常，數字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到１Ｈz的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進行分頻。

通常實現分頻器的電路是計數器電路，一般采用多級２進制計數器來實現。例如，將32767Ｈz的振蕩信號分頻為１ＨZ的分頻倍數為32767（２于１５極２進制計數器。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24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。

本實驗采取了74LS90 用兩塊芯片進行級聯來產生60進制和24進制

秒個位計數單元為１０進制計數器，無需進制轉換，只需將Ｑ0與ＣＰ1（下降沿有效）相連即可。ＣＰ0（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ＣＰ1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１５），即實現該分頻功能的計數器相當電路連接，其中Ｑ2可作為向上的進位信號與分個位的計數單元的ＣＰ0相連。

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，也是分個位計數單元的Ｑ3作為向上的進位信號應與分十位計數單元的ＣＰ0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ＣＰ0相連。60進制的連接如圖4所示。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24進制計數器，所以在兩塊74LS90構成的100進制中截取24，就得在24的時候進行異步清零。24進制計數功能的電路如圖5所示。

圖5 24進制計數器電路

主要參考文獻

《電子技術基礎》

康華光

高教出版社 《電子線路設計、實驗與測試》

謝自美

華中科技大學出版社 《電子技術實驗》

汪學典

華中科技大學出版社 課程設計摘要 中文摘要

此次課程設計以數字鐘為例，全面的利用了所學的知識，設計出了生活中常見的東西。數字鐘主要有多諧振蕩器、分頻器、計數器、譯碼器組成。主要芯片有74LS90、CC4511。有多諧振蕩器產生約1Mz信號脈沖。滿24計數器自動復位，從而實現24 小時計時。

關鍵詞：多諧振蕩器、分頻器、計數器、74LS90 英文摘要 This design report in detail the digital clock.Making using of our comment study.The digital clock is made of multivibrator type oscillator、divider、counter.Following chips 74LS90 CC4511.When the hour counter reaches the summit of 24,it will return to the beginning point.So ,the whole day is counted.Key word: multivibrator、divider、74LS90

第五篇：數字鐘課程設計

數字電子鐘邏輯電路設計

一、實驗目的：

1、掌握數字鐘的設計方法；

2、熟悉集成電路的使用方法。

二、設計任務和要求：

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、用中小規模集成電路組成電子鐘；

3、畫出框圖和邏輯電路圖，寫出設計報告；

4、選做：①鬧鐘系統。②整點報時。③日歷系統。

三、方案選擇和論證：

1．分秒功能的實現：用兩片74290組成60進制遞增計數器 2.時功能的實現：用兩片74290組成24進制遞增計數器 3．定點報時：當分秒同時出現為0時，燈亮。

4.日歷系統：月跟日分別用2片74192實現，月份就接成12進制，日則接成31進制，星期由1片74192組成7進制，從星期一至星期天。

四、方案的設計：

1、可調時鐘模塊：

秒、分、時分別為60、60和24進制計數器。用兩片74LS290做一個二十四進制, 輸入計數脈沖CP加在CLKA’端，把QA與與CPLB’從外部連接起來，電路將對CP按照8421BCD碼進行異步加法計數。通過反饋端，控制清零端清零，其中個位接成二進制形式，十位接成四進制形式。其電路圖如下：

同理利用兩片74290組成的六十進制計數器，如下圖所示

將兩個六十進制的加法計數器和一個二十四進制的加法計數器進行級聯：將秒的十位進位脈沖接到分的個位輸入脈沖，將分的十位進位脈沖接到時的個位輸入脈沖，這樣就可以組成最基本的電路。2.校時電路： 例如說時的校準，開關1上端接1HZ脈沖，下端接分的進位。當開關打到上端時電路進入校準功能，當開關打到下端時電路進入正常計時功能。其電路如總電路圖所示

3.整點報時：

分別用2個或非門接到分和秒的各輸出個節點處，再用一個與非門與報時燈鏈接，當輸出同時為零時，即整點時，報時燈就亮了，起到報時功能。本實驗使用LED發光（1s），其電路圖如下：

4日歷系統：

月和日都用2片74192實現。月份功能則接成13進制，因為月份分日都是從1開始計起，所以要求從0001開始，到1101時，立刻清零，清零時應該切換到置數狀態，即將ABCD置1000，通過一個與非門鏈接到LOAD端置零，同時也將計數器置為0001的狀態。其電路圖如下所示

日功能74192三十一進制電路圖：

總電路圖：

四、電路調試：

調試這部分工作在EWB仿真軟件上進行。對于電路的調試應該分為幾個部分，分別對電路各個部分的功能都進行調試，之后，每連接一部分都要調試一次。在實現日歷系統時，如月份需要顯示燈顯示1～31。一開始以為只把計數器鏈接成三十一進制即可，結果顯示燈只顯示0～30，沒有自己預期的結果。經過仔細思考，要把0去掉不顯示，從1開始顯示，而還要顯示31。經過查書，最后，知道開始需置數成0001狀態，到1000才清零，清零的同時回到置數0001狀態，通過多次鏈接、測試，終于實現了。

在實現校時功能過程中，由于之前想得太過復雜了，浪費了大量時間，最后，經過上網搜索，到圖書館查書，簡單的用了個開關連接到脈沖實現了。

五、收獲心得體會：

整個過程花了我不少時間，可當做完時才發現做這個數字鐘是多么簡單的一件事，主要是在調試時花了不少時間，其間換了不少器件，有的器件在理論上可行，但在實際運行中就無法看到效果，所以調試花了我不少時間，有時無法找出錯誤便更換器件重新接線以使電路正常運行。

在實際的操作過程中，能把理論中所學的知識靈活地運用起來，并在調試中會遇到各種各樣的問題，電路的調試提高了我們解決問題的能力，學會了在設計中獨立解決問題，也包括怎樣去查找問題。似乎所有的事都得自己新手去操作才會在腦海中留下深刻的印象，這個小小的課程設計讓我可以熟練的操作EWB軟件，也了解了不少器件的功能的應用，也加深了對數字電路認識和理解。

本次課程設計主要是用軟件仿真，如果是實際加工電路板就更加鍛煉我們的動手能力了，因此，能力還有待提高。