第一篇：數字鐘課程設計報告

摘要

數字電子鐘是一種用數字顯示秒﹑分﹑時的記時裝置，與傳統的機械時鐘相比，它一般具有走時準確﹑顯示直觀﹑無機械傳動裝置等優點，因而得到了廣泛的應用。數字電子鐘的設計方法有許多種,例如,可用中小規模集成電路組成電子鐘；也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘；還可以利用單片機來實現電子鐘等等。本課程設計采用的是中小規模集成電路法，時鐘信號發生器采用32768Hz的CMOS石英諧振器制作，產生1Hz時鐘脈沖；用74LS290設計兩個六十進制的計數器對“分”、“秒”信號計數，二十四進制計數器對“時”信號計數、再通過“時”、“分”校正電路進行時間的校正，實現數字電子鐘的功能。

關鍵詞

數字電子鐘；中小規模集成芯片；計數器；數字電子技術

設計的目的

（1）加強對電子制作的認識，充分掌握和理解設計個部分的工作原理、設計過程、選擇芯片器件、電路的焊接與調試等多項知識。（2）把理論知識與實踐相結合，充分發揮個人與團隊協作能力，并在實踐中鍛煉。（3）提高利用已學知識分析和解決問題的能力。（4）提高實踐動手能力

設計用到的儀器和零件

計數器（3片CD4518、CD4081）、顯示譯碼器（6片CD4511）、6片共陰極數碼管、二極管、電阻、電容、晶振（32.768kHz）、集成計數器（CD4060、CD4013）、開關、接線座、PCB板等元件。

數字鐘的結構及基本工作原理

結構

數字電子時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某一個標準時間（如東八時區時間）一致，故需要在電路上加上一個對“時”、“分”進行校正的校時電路，同時為了提高計時的準確性，信號發生器產生的標準的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電子時鐘中的信號發生器電路的主元件。

（1）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。

（2）分頻器電路將32768Ｈz的高頻方波信號經3276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。

（4）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。

（5）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。

工作原理

（1）秒脈沖產生電路— CD4060

14位二進制串行計數器 CD4060。CD4060 是由一振蕩器和 14 級二進制串行計數位組成。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停止工作。所有的計數器均為主-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的上升和下降時間無限制。利用CD4060組成32.768 kHz振蕩器，再經過內部分頻器14分頻從其第3腳輸出2Hz（32.768 kHz /214 = 2 Hz）的脈沖信號。焊接完畢后，通電測試 LED指示燈閃爍，1秒鐘閃爍 2次。說明該電路正常工作

（2）分脈沖產生電路— CD4518 CD4518，是一種同步加計數器，在一個封裝中含有兩個可互換二 / 十進制計數器，其功能引腳分別為1～7和9～15。該計數器是單路系列脈沖輸入（1 腳或 2 腳；9 腳或 10腳），4路BCD碼信號輸出(3腳～6腳；{11}腳～{14}腳)。此外還必須掌握其控制功能，否則無法工作CD4518有兩個時鐘輸入端CP和EN，若用時鐘上升沿觸發，信號由CP輸入，此時EN端應接高電平“1”, 若用時鐘下降沿觸發，信號由EN端輸入，此時CP端應接低電平“0”,不僅如此，清零（又稱復位）端CR也應保持低電平“0”，只有滿足了這些條件時，電路才會處于計數狀態，若不滿足則不工作。值得注意，因輸出是二/十進制的BCD碼，所以輸入端的計數脈沖到第十個時，電路自動復位0000狀態。另外，CD4518無進位功能的引腳，但電路在第十個脈沖作用下，會自動復位，同時第6腳或第14 腳將輸出下降沿的脈沖，利用該脈沖和EN端功能，就可作為計數的電路進位脈沖和進位功能端供多位數顯用。（3）小時脈沖產生電路— CD4518 與分脈沖產生電路的結構工作原理相同，只是為24進制。

（4）與門電路— CD4081 CD4081為14腳封裝，四2輸入與門。在數字鐘電路中的作用：將CD4518置為60進制、24進制計數器。

（5）2分頻電路— CD4013 CD4013 是雙 D 觸發器芯片，為14腳封裝，在數字電路中常用來進行鎖存數據，組成分頻電路等。CD4013 在數字鐘電路中的作用：將 CD4060 產生的2Hz 脈沖2分頻（2進制計數器），輸出 1Hz 的秒脈沖。（6）譯碼顯示電路— CD4511 CD4511 是一片 CMOS BCD —鎖存 / 7 段譯碼 / 驅動器，用于驅動共陰極LED數碼管顯示器的BCD碼—七段數碼管譯碼器。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。共陰 LED 數碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應用中應接地。限流電阻要根據電源電壓來選取，電源電壓5V時，可使用300Ω左右的限流電阻。（7）秒、分、時校準電路—開關S3、S2、S1 分、時校準電路：利用開關手動輸入脈沖，S2、S1每按下一次，相應的時、分的數字加一。秒校準電路：正常計時工作時，S3閉合；進行秒校準時，S3斷開，暫停秒計時，等標準時間一到，立即閉合S3，恢復正常走時。

課程設計電路的組裝與調試

組裝

（1）核對元器件清單：是否有缺件；

（2）檢查印制電路板：是否有斷線、短路等；（3）焊接電阻：擺放整齊一致，黃色環在下邊；（4）焊接二極管：1N4148，注意極性；（5）焊接跨線：剪下二極管引腳，焊J1~J6；（6）焊接集成電路座：注意缺口位置與圖一致；（7）焊接無極性電容、晶振：注意C的字在正面；（8）焊接數碼管：注意小數點在右下方；（9）焊接發光二極管：LED，注意極性；（10）焊接開關、電解電容、接線座。（1）判斷二極管1N4148，LED的極性；

（2）判斷電阻阻值：讀色環、用萬用表測量；（3）安裝集成芯片12片：芯片型號不要裝錯，缺口位置與圖/座一致，缺口左下方為1腳；（4）安裝數碼管：注意小數點在右下方；

（5）安裝電容：正負極性，無極性C的字放在正面（6）最后檢查焊接質量：焊點有無虛焊、瑕疵。

調試

（1）安裝完成后通電，觀察各個模塊的工作情況；（2）若數碼管不亮，檢查地線通否，3腳接地否；（3）若整個電路不工作，分模塊檢查，各個部分 的接線、安裝、功能是否正常；（一般方法）（4）芯片工作是否正常：首先檢查電源，??；（5）秒、分、時校準部分：測試是否功能正常。

總結與心得

通過這次課程設計，加強了我動手、思考和解決問題的能力。在設計中用的芯片可能與平時常見的不一樣，但原理一樣，同時我還理解到，同樣功能可以由不同的芯片實現，需遵行簡單，經濟的原則，從而最大程度符合目標設計。課程設計是一次難得的鍛煉機會，讓我們能夠充分利用所學過的理論知識還有自己的想象的能力，另外還讓我們學習查找資料的方法，以及自己處理分析電路，設計電路的能力。這些對我來說都是一個很好的提高。我趁著做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。另外還學習到了一些仿真軟件，比如Proteus等學習軟件，給設計提供了很大的便利。

同時，這次課設還讓我明白，困難是成功的臺階，只有一級級走上去才能有所收獲。工科院校的學生應當這樣多參與實踐，多去運用自己所學的知識，為將來工作打下基礎。

第二篇：數字鐘課程設計報告

一、綜述

數字電子鐘是一種用數字電路實現時、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，因此得到了廣泛的應用。數字鐘從原理上來講是一種典型的數字電路，其中即包含了組合邏輯電路，也有時序電路。

因此，我們此次設計與制作數字電子鐘就是為了了解其工作原理，從而學會制作數字鐘。通過設計和制作數字電子鐘，可以加深我們對中小規模集成電路相關知識的理解，并且通過實際運用，提高我們的動手能力、培養我們的探索精神。

二、設計題目與設計要求 1.設計題目

本次的題目為設計一個具有計時、顯示“時、分、秒”和校時功能的數字電子鐘，具體功能如下：

① 顯示時、分、秒；

② 具有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間； ③ 計時過程具有報時功能，當時間到達整點前10秒進行蜂鳴報時； ④ 為了保證計時的穩定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號。2.設計要求

本次設計的具體要求如下：

① 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）； ② 元器件及參數選擇； ③ 電路仿真與調試；

三、方案選擇

數字電子鐘作為實際生活中運用廣泛的一個物品。在電路實現方面，完全可以用單片機實現功能。這也是我們小組一開始的思路。但是，由于我們小組的這道題本身就比較簡單，如果還從用單片機來做，基本上就只是編個程序的事情了。如此，這個學期在數電課上學到的一些東西并不能得到很好的運用，老師也是基于此考慮，建議我們還是不要使用單片機。

因此，我們采用了老師提供的思路和方案，具體的闡述請見以下幾個部分。

四、大體設計思路

1.總體概要設計

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。晶體振蕩器電路給數字電子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。然后分頻器將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。通常使用石英晶體振蕩器電路構成數字鐘。圖1所示為數字鐘的一般構成框圖。

“時”計時信號 “分”計時信號

校時信號

“秒”計時信號

圖 1

數字電子鐘原理框圖

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。

3.分頻器電路

分頻器電路將32768Ｈz的高頻方波信號經74HC4060和T’觸發器（將D端接至輸出的非端，使其變成一個T’觸發器實現二分頻）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。

4.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設計為24進制計數器。

5.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。

6.示數電路

用譯碼驅動電路提供的電流帶動數碼管實現數字電子鐘最后的示數部分。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。

五、元件清單

30pF電容2個 32768Hz晶振1個 15k歐姆電阻4個 74HC4060一片

74LS74雙D觸發器一個 單刀雙擲開關2個 1M電阻1個

74Ls00四二輸入7個 74Ls192六片 74Ls48六片 共陰數碼管6個 蜂鳴器一個

六、仿真電路圖

根據上述思路，我們小組的各個成員分別負責了部分電路，在確認部分功能可以實現 的前提下，將它們有機地組合起來得到了總電路。并在proteus軟件中進行了仿真，確定可以實現功能后，再申請了實做。

仿真電路總圖見下：

七、各單元模塊的具體設計和分析

1.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所示電路通過CMOS非門構成的輸出為方波的數字式晶體振蕩電路，這個電路中，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。

晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數字鐘電路而設計，其頻率較低，有利于減少分頻器級數。

從有關手冊中，可查得C1、C2 為30pF時，頻率準確度和穩定度較高。

由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為20MΩ或10MΩ。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩定性。但是，由于實驗室只提供了1MΩ的電阻，所以在實際制作的過程中，我們采用的是實驗室提供的電阻，最終造成了脈沖輸出端的頻率并不是嚴格符合1Hz。

圖2 晶體振蕩器電路圖

2.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），即實現該分頻功能的計數器相當于15級2進制計數器。

本實驗中采用HC4060來構成分頻電路。HC4060在數字集成電路中可實現的分頻次數最高，而且HC4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。

HC4060計數為最高為14級2進制計數器，可以將32767Hz的信號分頻為2Hz，而經過轉換為T’的D觸發器則可以通過翻轉功能將它分為1HZ的信號。如圖3所示，可以直接實現振蕩和分頻的功能。

5圖3 分頻電路圖

3.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。

針對每個計數單元，本實驗分別采取了用兩塊74LS192芯片進行級聯來產生相應的進制。

74LS192是同步十進制可逆計數器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：

（a）引腳排列(b)邏輯符號

其中：為置數端，為加計數端，為減計數端，為非同步進位輸出端，為清除端，Q0、Q1、Q2、為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數器輸入端，Q3為數據輸出端。

其功能表如下：

表1 74LS192的功能表

對于秒計數單元，由于192內部本身就是10進制，所以只需要將作為十位輸出的那一片192的輸出端中的Q2和Q1（相與代表作為得到數字6）作為反饋端，相與再連接到兩片

192的清零端上即可。如此就可以實現60進制的計數。滿足秒計數的要求。實現此功能的部分電路如圖四所示：

圖4 60進制計數器電路

對于分計數單元，與秒計數單元完全一致，在此不再累述。

對于時計數單元，同理，將作為十位輸出的那一片的192的輸出端中的Q1(代表數字2）和作為個位輸出的那一片192的輸出端中的Q2（代表數字4）作為反饋端，相與再連接到兩片192的清零端上即可。如此就可以實現24進制的計數。滿足時計數的要求。實現此功能的部分電路如圖五所示：

圖5 24進制計數器電路

4.譯碼驅動及顯示單元

計數器實現了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，選用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，選用74LS48作為顯示譯碼電路，選用共陰LED數碼管作為顯示單元電路，實現此部分的功能的電路如圖6所示。

圖6 譯碼驅動和顯示電路

5.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。

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7 校正電路

6.整點報時電路

一般時鐘都應具備整點報時電路功能，即在時間出現整點前數秒內，數字鐘會自動報時，以示提醒。其作用方式是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。本次采用的是用蜂鳴器實現簡單的鳴響。

根據要求，電路應在整點前10秒鐘內開始整點報時，即當時間在59分51秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。故將秒計數電路部分的作為十位的那一片的192的輸出端中的Q2、Q0相與（即表示數字5），作為蜂鳴器的控制端1。再將分計數電路部分的作為十位的那一片192的輸出端中的Q2、Q0相與（即表示數字5），再和作為個位的那一片192的輸出端中的Q3、Q0相與（即表示數字9）相與，如此作為蜂鳴器的控制端2。最后，再將兩個控制端相與，連接至蜂鳴器的一端，再將另一段接地即可。

八、心得體會

第三篇：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

第四篇：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。

第五篇：數字鐘課程設計

南 昌 大 學

數字電路與邏輯設計實驗報告

姓

名：

付

容 學

號：

6100212236 學

院：

信息工程學院 班

級：

電氣信息I類126班 實驗名稱：

數字鐘設計

一、實驗目的

1、熟悉數字系統的分析和設計方法；

2、熟悉根據任務的要求合理選擇集成器件的方法；

3、學習和掌握數字鐘的工作原理及設計方法，并且通過對數字鐘的制作

進一步了解各種中、小規模集成電路的功能及使用方法；

4、學習使用protel軟件進行電子電路的原理圖設計、印制電路板設計；

5、初步掌握PCB板的制作流程及其工藝；

6、掌握數字系統的調試方法；

7、提高檢查故障和排除故障的能力。

二、實驗任務

利用中、小規模集成電路設計并制作一個數字顯示時、分、秒的時鐘，應具備如下功能：

1、能進行正常的時、分、秒計時功能，以數字形式顯示時、分、秒的時間；

2、時應以24小時計時周期，計數序列為00—23；

3、計時出現誤差時能校正，可以分別對時和分進行校正。

三、實驗器材

計算機、protel軟件、555定時器一個、6個74LS161、3個74LS90、個74LS48、6個數碼管、若干個74LS00和74LS04、電源、開關。

四、實驗原理

1、電路的總體原理框圖

數字鐘是一個將“ 時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它

2、數字鐘的構成的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，另外應有校時功能。因此，一個基本的數字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”計數器、校時電路、振蕩電路組成。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。通常使振蕩電路構成數字鐘。

⑴555振蕩電路

555定時器振蕩電路給數字鐘提供一個頻率穩定準確的1KＨz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555振蕩電路。

⑵分頻器電路

分頻器電路用74LS90芯片將1kＨz的高頻方波信號經3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。

3、數字鐘工作原理

數字電子鐘的原理方框圖如上圖，該電路系統由秒信號發生器、“時、分、秒”計數器、譯碼器及數碼顯示管、校時電路、整點報時電路等組成。秒信號發生器是整個系統的時基信號，它直接決定計時系統的精度，本實驗用555定時器來實現。將標準秒信號送入“秒計數器”，“秒計數器”采用六十進制計數器，每累計60秒發出一個“分脈沖”信號，該信號作為“分計數器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈灯鳌辈捎昧M制計數器，每累計60分鐘發出一個“時脈沖”信號，該信號作為“時計數器”的時鐘脈沖。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數器的輸出狀態經七段顯示譯碼器譯碼，通過LED七段共陰極數碼顯示管顯示出來。整點報時電路是根據計時系統的輸出狀態產生脈沖信號，然后去觸發一音頻發生器實現報時。校時電路是用來對“時”、“分”、“秒”顯示數字進行校對調整的。

五、實驗設計方案

1、六十進制計數器電路

由兩片74160構成的六十進制計數器如下圖所示。首先將兩片74160構成一百進制計數器，然后采用整體置數法接成六十進制計數器。電路的59狀態譯碼產生LD＇=0信號，同時加到兩片74LS161上，在下一個計數脈沖（第60個計數脈沖）到達時將0000同時輸入兩片74LS161中，從而得到六十進制計數器。進位輸出可有門電路G的輸出直接得到。

2、二十四進制計數器電路

由兩片74LS161構成的二十四進制計數器如下圖所示。首先將兩片74160構成一百進制計數器，然后采用整體置數法接成二十四進制計數器。電路的23狀態譯碼產生ＬＤ＇=0信號，同時加到兩片74LS161上，在下一個計數脈沖（第24個計數脈沖）到達時將0000同時輸入兩片74LS161中，從而得到二十四進制計數器。

3、秒信號發生器電路

秒信號發生器是整個系統的時基信號，它直接決定計時系統的精度，本實驗用555定時器來實現。先將555定時器的2、6管腳連在一起構成施密特觸發器，然后再通過RC積分電路構成多諧振蕩器。接入電路的二極管D1、D2使電容C1的充電電流和放電電流流經不同的路徑，充電電流只流經R1，放電電流只流經R2，因此電容C1的充電時間為

T1=R1C1Ln2 電容C1的放電時間為

T2＝R2C1Ln2 輸出脈沖的占空比為

ｑ＝R1/(R1+R2)若取R1=R2=71千歐然后與一個2千歐的電位器串聯，則電路的振蕩周期為

T=T1+T2=1s

4、校時電路

校準電路實質上是由一個555定時器接成的頻率為1KHz的多諧振蕩器，如下圖示。從圖中可知，秒脈沖進入計數器，數字鐘正常工作。校時時先按下按鈕J2，若按下J2則10Hz脈沖信號進入分計數器的個位，而分脈沖被阻止進入，因而較快的校準分計數器的計數值；若按下J1則100Hz脈沖信號進入時計數器個位，而時脈沖被阻止進入，因而較快的校準時計數器的計數值。

5、譯碼顯示電路

譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時”計數器的輸出代碼進行翻譯變成相應的數字。用于驅動LED七段數碼管的譯碼器為74LS48。由74LS48和LED七段數碼管組成的數碼顯示電路如下圖所示。將“秒”、“分”、“時”計數器的每位輸出分別接到相應七段譯碼器的輸入端，便可進行不同數字的顯示。在譯碼器輸出與數碼管之間串聯的為限流電阻。

六、實驗總電路圖

Multisim仿真原理圖

七、實驗仿真結果 1、1kHz脈沖信號：

2、秒時鐘：

3、分時鐘：

4、時時鐘：

5、實驗總仿真圖：

八、實驗總結

1、仿真過程中遇到的問題及解決方法 剛接到數字鐘這個實驗設計的時候，感覺腦子中一片混亂，理不出來一個清晰的思路。但是我先看了一遍課本，充分理解、熟悉課本中所講的每個集成芯片的功能和它們的接法，然后又查閱了相關的資料。經過這個過程之后，我構思出來了數字鐘大致的電路圖和所要用到的集成芯片。但是在真正設計、畫電路圖的時候卻不斷出現了一些細節問題。比如用74LS161芯片構成60進制計數器后，在Multisim里找不到實驗室用到的CD4511BE型號的譯碼器，那我該如何選合適的譯碼器進行譯碼？用555定時器產生1Hz的秒脈沖信號后，在保證原理圖一定正確的情況下，為什么數碼管一直顯示0，不會走數字呢？24進制的地方為什么仿真結果總是會有些不對，從09變成10的時候中間會有一個類似于“8”一樣的數出現，使得24進制與60進制不能同步進行，總是慢一秒？。于是我又去查資料，并請教了一些同學、老師才逐漸掌握了解決這些問題的方法，最后將問題一個個的擊破了。經上網百度后，我知道用74LS48譯碼比較合適；問同學、老師后，我知道1Hz數碼管能走數字，但是周期太長，所以將555定時器改成1KHz的才能很直觀的看到實驗仿真結果；在24進制的個位上加一個非門后就能實現正常功能。經過幾次修改完善之后，我的設計仿真終于做出來了。

2、畫protel原理圖遇到的問題

①用單刀雙擲開關實現校時電路時發現所選開關沒有封裝，后來經老師點撥在“元件庫”中查找到了帶封裝的單刀雙擲開關；

②不知道花PCB板的時候需要在板子的某個角落放總電源，否則整塊板子無法供電使用，就連555定時器也需要電源驅動才能正常產生脈沖信號，加個電源開關更能使整個電路設計的合理、規范；

3、心得體會

此次的數字鐘設計重點在于理論設計、對各種集成芯片的應用和電路本身的原理的熟悉,與電路的仿真和實際的連線有很大的差距。在此次的數字鐘設計過程中,讓我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。在連接六十進制及其進位輸出和用555定時器構成多諧振蕩器的接法中,熟悉了邏輯電路及其芯片各引腳的功能,在電路出錯時能準確地找出錯誤所在并及時糾正。

這次電子課程設計讓我收獲很大，通過這次的設計實驗進一步地增強了實驗的動腦、動手能力。讓我體會到了學習知識時理論聯系實際的重要性，并發現自己的知識面是很窄的，對很多簡單的理論問題都比較難于解決，更別說實際的的問題了。所以，以后遇到這種動手操作的能力我一定要格外重視，并且努力完成它，爭取做到最好的效果。