第一篇：數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告

摘要

數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒﹑分﹑時(shí)的記時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械時(shí)鐘相比，它一般具有走時(shí)準(zhǔn)確﹑顯示直觀﹑無機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)方法有許多種,例如,可用中小規(guī)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(jī)來實(shí)現(xiàn)電子鐘等等。本課程設(shè)計(jì)采用的是中小規(guī)模集成電路法，時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器采用32768Hz的CMOS石英諧振器制作，產(chǎn)生1Hz時(shí)鐘脈沖；用74LS290設(shè)計(jì)兩個(gè)六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器對(duì)“分”、“秒”信號(hào)計(jì)數(shù)，二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)“時(shí)”信號(hào)計(jì)數(shù)、再通過“時(shí)”、“分”校正電路進(jìn)行時(shí)間的校正，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子鐘的功能。

關(guān)鍵詞

數(shù)字電子鐘；中小規(guī)模集成芯片；計(jì)數(shù)器；數(shù)字電子技術(shù)

設(shè)計(jì)的目的

（1）加強(qiáng)對(duì)電子制作的認(rèn)識(shí)，充分掌握和理解設(shè)計(jì)個(gè)部分的工作原理、設(shè)計(jì)過程、選擇芯片器件、電路的焊接與調(diào)試等多項(xiàng)知識(shí)。（2）把理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，充分發(fā)揮個(gè)人與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，并在實(shí)踐中鍛煉。（3）提高利用已學(xué)知識(shí)分析和解決問題的能力。（4）提高實(shí)踐動(dòng)手能力

設(shè)計(jì)用到的儀器和零件

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

數(shù)字鐘的結(jié)構(gòu)及基本工作原理

結(jié)構(gòu)

數(shù)字電子時(shí)鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1Hz）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與某一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如東八時(shí)區(qū)時(shí)間）一致，故需要在電路上加上一個(gè)對(duì)“時(shí)”、“分”進(jìn)行校正的校時(shí)電路，同時(shí)為了提高計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)的1Hz時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定，通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字電子時(shí)鐘中的信號(hào)發(fā)生器電路的主元件。

（1）晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Ｈz的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)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(hào)經(jīng)3276次分頻后得到1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。

（3）時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

（4）譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。

（5）數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管，本設(shè)計(jì)提供的為ＬＥＤ數(shù)碼管。

工作原理

（1）秒脈沖產(chǎn)生電路— CD4060

14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器 CD4060。CD4060 是由一振蕩器和 14 級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)位組成。振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是 RC 或晶振電路。CR 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器停止工作。所有的計(jì)數(shù)器均為主-從觸發(fā)器，在 CP1（和 CP0）的下降沿，計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù)。在時(shí)鐘脈沖線上使用斯密特觸發(fā)器對(duì)時(shí)鐘的上升和下降時(shí)間無限制。利用CD4060組成32.768 kHz振蕩器，再經(jīng)過內(nèi)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(hào)。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(chǎn)生電路— CD4518 CD4518，是一種同步加計(jì)數(shù)器，在一個(gè)封裝中含有兩個(gè)可互換二 / 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其功能引腳分別為1～7和9～15。該計(jì)數(shù)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(hào)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(gè)時(shí)鐘輸入端CP和EN，若用時(shí)鐘上升沿觸發(fā)，信號(hào)由CP輸入，此時(shí)EN端應(yīng)接高電平“1”, 若用時(shí)鐘下降沿觸發(fā)，信號(hào)由EN端輸入，此時(shí)CP端應(yīng)接低電平“0”,不僅如此，清零（又稱復(fù)位）端CR也應(yīng)保持低電平“0”，只有滿足了這些條件時(shí)，電路才會(huì)處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，若不滿足則不工作。值得注意，因輸出是二/十進(jìn)制的BCD碼，所以輸入端的計(jì)數(shù)脈沖到第十個(gè)時(shí)，電路自動(dòng)復(fù)位0000狀態(tài)。另外，CD4518無進(jìn)位功能的引腳，但電路在第十個(gè)脈沖作用下，會(huì)自動(dòng)復(fù)位，同時(shí)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(jì)數(shù)的電路進(jìn)位脈沖和進(jìn)位功能端供多位數(shù)顯用。（3）小時(shí)脈沖產(chǎn)生電路— CD4518 與分脈沖產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)工作原理相同，只是為24進(jìn)制。

（4）與門電路— CD4081 CD4081為14腳封裝，四2輸入與門。在數(shù)字鐘電路中的作用：將CD4518置為60進(jìn)制、24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

（5）2分頻電路— CD4013 CD4013 是雙 D 觸發(fā)器芯片，為14腳封裝，在數(shù)字電路中常用來進(jìn)行鎖存數(shù)據(jù)，組成分頻電路等。CD4013 在數(shù)字鐘電路中的作用：將 CD4060 產(chǎn)生的2Hz 脈沖2分頻（2進(jìn)制計(jì)數(shù)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(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管顯示器的BCD碼—七段數(shù)碼管譯碼器。具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路，能提供較大的拉電流。共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時(shí)，可使用300Ω左右的限流電阻。（7）秒、分、時(shí)校準(zhǔn)電路—開關(guān)S3、S2、S1 分、時(shí)校準(zhǔn)電路：利用開關(guān)手動(dòng)輸入脈沖，S2、S1每按下一次，相應(yīng)的時(shí)、分的數(shù)字加一。秒校準(zhǔn)電路：正常計(jì)時(shí)工作時(shí)，S3閉合；進(jìn)行秒校準(zhǔn)時(shí)，S3斷開，暫停秒計(jì)時(shí)，等標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一到，立即閉合S3，恢復(fù)正常走時(shí)。

課程設(shè)計(jì)電路的組裝與調(diào)試

組裝

（1）核對(duì)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(huán)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(shù)碼管：注意小數(shù)點(diǎn)在右下方；（9）焊接發(fā)光二極管：LED，注意極性；（10）焊接開關(guān)、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(huán)、用萬用表測量；（3）安裝集成芯片12片：芯片型號(hào)不要裝錯(cuò)，缺口位置與圖/座一致，缺口左下方為1腳；（4）安裝數(shù)碼管：注意小數(shù)點(diǎn)在右下方；

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

調(diào)試

（1）安裝完成后通電，觀察各個(gè)模塊的工作情況；（2）若數(shù)碼管不亮，檢查地線通否，3腳接地否；（3）若整個(gè)電路不工作，分模塊檢查，各個(gè)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(shí)校準(zhǔn)部分：測試是否功能正常。

總結(jié)與心得

通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我動(dòng)手、思考和解決問題的能力。在設(shè)計(jì)中用的芯片可能與平時(shí)常見的不一樣，但原理一樣，同時(shí)我還理解到，同樣功能可以由不同的芯片實(shí)現(xiàn)，需遵行簡單，經(jīng)濟(jì)的原則，從而最大程度符合目標(biāo)設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)是一次難得的鍛煉機(jī)會(huì)，讓我們能夠充分利用所學(xué)過的理論知識(shí)還有自己的想象的能力，另外還讓我們學(xué)習(xí)查找資料的方法，以及自己處理分析電路，設(shè)計(jì)電路的能力。這些對(duì)我來說都是一個(gè)很好的提高。我趁著做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。另外還學(xué)習(xí)到了一些仿真軟件，比如Proteus等學(xué)習(xí)軟件，給設(shè)計(jì)提供了很大的便利。

同時(shí)，這次課設(shè)還讓我明白，困難是成功的臺(tái)階，只有一級(jí)級(jí)走上去才能有所收獲。工科院校的學(xué)生應(yīng)當(dāng)這樣多參與實(shí)踐，多去運(yùn)用自己所學(xué)的知識(shí)，為將來工作打下基礎(chǔ)。

第二篇：數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告

一、綜述

數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字鐘從原理上來講是一種典型的數(shù)字電路，其中即包含了組合邏輯電路，也有時(shí)序電路。

因此，我們此次設(shè)計(jì)與制作數(shù)字電子鐘就是為了了解其工作原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘。通過設(shè)計(jì)和制作數(shù)字電子鐘，可以加深我們對(duì)中小規(guī)模集成電路相關(guān)知識(shí)的理解，并且通過實(shí)際運(yùn)用，提高我們的動(dòng)手能力、培養(yǎng)我們的探索精神。

二、設(shè)計(jì)題目與設(shè)計(jì)要求 1.設(shè)計(jì)題目

本次的題目為設(shè)計(jì)一個(gè)具有計(jì)時(shí)、顯示“時(shí)、分、秒”和校時(shí)功能的數(shù)字電子鐘，具體功能如下：

① 顯示時(shí)、分、秒；

② 具有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間； ③ 計(jì)時(shí)過程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)； ④ 為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。2.設(shè)計(jì)要求

本次設(shè)計(jì)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(shù)選擇； ③ 電路仿真與調(diào)試；

三、方案選擇

數(shù)字電子鐘作為實(shí)際生活中運(yùn)用廣泛的一個(gè)物品。在電路實(shí)現(xiàn)方面，完全可以用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)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(jī)來做，基本上就只是編個(gè)程序的事情了。如此，這個(gè)學(xué)期在數(shù)電課上學(xué)到的一些東西并不能得到很好的運(yùn)用，老師也是基于此考慮，建議我們還是不要使用單片機(jī)。

因此，我們采用了老師提供的思路和方案，具體的闡述請(qǐng)見以下幾個(gè)部分。

四、大體設(shè)計(jì)思路

1.總體概要設(shè)計(jì)

數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。晶體振蕩器電路給數(shù)字電子鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Hz的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。然后分頻器將32768Hz的高頻方波信號(hào)經(jīng)32768次分頻后得到1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。圖1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖。

“時(shí)”計(jì)時(shí)信號(hào) “分”計(jì)時(shí)信號(hào)

校時(shí)信號(hào)

“秒”計(jì)時(shí)信號(hào)

圖 1

數(shù)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(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Ｈz的脈沖，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)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(hào)經(jīng)74HC4060和T’觸發(fā)器（將D端接至輸出的非端，使其變成一個(gè)T’觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)二分頻）的分頻后得到1Hz的方波信號(hào)，可以供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。

4.時(shí)間計(jì)數(shù)器電路

時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

5.譯碼驅(qū)動(dòng)電路

譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。

6.示數(shù)電路

用譯碼驅(qū)動(dòng)電路提供的電流帶動(dòng)數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子鐘最后的示數(shù)部分。數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管，本設(shè)計(jì)采用的為LED數(shù)碼管。

五、元件清單

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

74LS74雙D觸發(fā)器一個(gè) 單刀雙擲開關(guān)2個(gè) 1M電阻1個(gè)

74Ls00四二輸入7個(gè) 74Ls192六片 74Ls48六片 共陰數(shù)碼管6個(gè) 蜂鳴器一個(gè)

六、仿真電路圖

根據(jù)上述思路，我們小組的各個(gè)成員分別負(fù)責(zé)了部分電路，在確認(rèn)部分功能可以實(shí)現(xiàn) 的前提下，將它們有機(jī)地組合起來得到了總電路。并在proteus軟件中進(jìn)行了仿真，確定可以實(shí)現(xiàn)功能后，再申請(qǐng)了實(shí)做。

仿真電路總圖見下：

七、各單元模塊的具體設(shè)計(jì)和分析

1.晶體振蕩器電路

晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心，它保證了時(shí)鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。

圖2所示電路通過CMOS非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，這個(gè)電路中，CMOS非門U1與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，U2實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)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(qū)域，即非門的功能近似于一個(gè)高增益的反相放大器。電容C1、C2與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)180度相移，從而和非門構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。

晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計(jì)，其頻率較低，有利于減少分頻器級(jí)數(shù)。

從有關(guān)手冊中，可查得C1、C2 為30pF時(shí)，頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)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(wěn)定性。但是，由于實(shí)驗(yàn)室只提供了1MΩ的電阻，所以在實(shí)際制作的過程中，我們采用的是實(shí)驗(yàn)室提供的電阻，最終造成了脈沖輸出端的頻率并不是嚴(yán)格符合1Hz。

圖2 晶體振蕩器電路圖

2.分頻器電路

通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1Hz的秒信號(hào)輸入，需要對(duì)振蕩

器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻。

通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，一般采用多級(jí)2進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。例如，將32767Hz的振蕩信號(hào)分頻為1Hz的分頻倍數(shù)為32767（2），即實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)于15級(jí)2進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

本實(shí)驗(yàn)中采用HC4060來構(gòu)成分頻電路。HC4060在數(shù)字集成電路中可實(shí)現(xiàn)的分頻次數(shù)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(jì)數(shù)為最高為14級(jí)2進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將32767Hz的信號(hào)分頻為2Hz，而經(jīng)過轉(zhuǎn)換為T’的D觸發(fā)器則可以通過翻轉(zhuǎn)功能將它分為1HZ的信號(hào)。如圖3所示，可以直接實(shí)現(xiàn)振蕩和分頻的功能。

5圖3 分頻電路圖

3.時(shí)間計(jì)數(shù)單元

時(shí)間計(jì)數(shù)單元有時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個(gè)部分。

時(shí)計(jì)數(shù)單元一般為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器，其輸出為兩位8421BCD碼形式；分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為8421BCD碼。

針對(duì)每個(gè)計(jì)數(shù)單元，本實(shí)驗(yàn)分別采取了用兩塊74LS192芯片進(jìn)行級(jí)聯(lián)來產(chǎn)生相應(yīng)的進(jìn)制。

74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號(hào)如下所示：

（a）引腳排列(b)邏輯符號(hào)

其中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)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(jì)數(shù)器輸入端，Q3為數(shù)據(jù)輸出端。

其功能表如下：

表1 74LS192的功能表

對(duì)于秒計(jì)數(shù)單元，由于192內(nèi)部本身就是10進(jìn)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(shù)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(shí)現(xiàn)60進(jìn)制的計(jì)數(shù)。滿足秒計(jì)數(shù)的要求。實(shí)現(xiàn)此功能的部分電路如圖四所示：

圖4 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路

對(duì)于分計(jì)數(shù)單元，與秒計(jì)數(shù)單元完全一致，在此不再累述。

對(duì)于時(shí)計(jì)數(shù)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(shù)字2）和作為個(gè)位輸出的那一片192的輸出端中的Q2（代表數(shù)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(shí)現(xiàn)24進(jìn)制的計(jì)數(shù)。滿足時(shí)計(jì)數(shù)的要求。實(shí)現(xiàn)此功能的部分電路如圖五所示：

圖5 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路

4.譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元

計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)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(shù)碼管作為顯示單元電路，實(shí)現(xiàn)此部分的功能的電路如圖6所示。

圖6 譯碼驅(qū)動(dòng)和顯示電路

5.校時(shí)電路

當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。通常，校正時(shí)間的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。

根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中。

圖7 校正電路

6.整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能，即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí)，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，較復(fù)雜的也可以是實(shí)時(shí)語音提示。本次采用的是用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)簡單的鳴響。

根據(jù)要求，電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分51秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào)。故將秒計(jì)數(shù)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(shù)字5），作為蜂鳴器的控制端1。再將分計(jì)數(shù)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(shù)字5），再和作為個(gè)位的那一片192的輸出端中的Q3、Q0相與（即表示數(shù)字9）相與，如此作為蜂鳴器的控制端2。最后，再將兩個(gè)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(huì)

第三篇：數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)

晶體振蕩器電路

晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Ｈz的脈沖，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)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(hào)經(jīng)74LS4060和74LS250的二分頻的分頻后得到1Hz的方波信號(hào)，可以供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。時(shí)間計(jì)數(shù)器電路

時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器可以設(shè)計(jì)為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器或者24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，我們這里根據(jù)自己的意愿設(shè)計(jì)成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。譯碼驅(qū)動(dòng)電路

譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。數(shù)碼管

數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管，本設(shè)計(jì)采用的為ＬＥＤ數(shù)碼管。

各單元模塊設(shè)計(jì)和分析 晶體振蕩器電路

晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心，它保證了時(shí)鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。

圖2 晶體振蕩器電路圖

分頻器電路

通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到１Ｈz的秒信號(hào)輸入，需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻。

通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，一般采用多級(jí)２進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。例如，將32767Ｈz的振蕩信號(hào)分頻為１ＨZ的分頻倍數(shù)為32767（２于１５極２進(jìn)制計(jì)數(shù)器。時(shí)間計(jì)數(shù)單元

時(shí)間計(jì)數(shù)單元有時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個(gè)部分。

時(shí)計(jì)數(shù)單元一般為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器，其輸出為兩位8421BCD碼形式；分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為６０進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為8421BCD碼。

本實(shí)驗(yàn)采取了74LS90 用兩塊芯片進(jìn)行級(jí)聯(lián)來產(chǎn)生60進(jìn)制和24進(jìn)制

秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元為１０進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)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(hào)相連，Ｑ3可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰ1相連。

秒十位計(jì)數(shù)單元為６進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將１０進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為６進(jìn)制計(jì)數(shù)器的１５），即實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)電路連接，其中Ｑ2可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的ＣＰ0相連。

分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同，也是分個(gè)位計(jì)數(shù)單元的Ｑ3作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與分十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰ0相連，分十位計(jì)數(shù)單元的Ｑ2作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的ＣＰ0相連。60進(jìn)制的連接如圖4所示。時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個(gè)位計(jì)數(shù)單元相同，但是要求，整個(gè)時(shí)計(jì)數(shù)單元應(yīng)為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，所以在兩塊74LS90構(gòu)成的100進(jìn)制中截取24，就得在24的時(shí)候進(jìn)行異步清零。24進(jìn)制計(jì)數(shù)功能的電路如圖5所示。

圖5 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路

主要參考文獻(xiàn)

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》

康華光

高教出版社 《電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)與測試》

謝自美

華中科技大學(xué)出版社 《電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》

汪學(xué)典

華中科技大學(xué)出版社 課程設(shè)計(jì)摘要 中文摘要

此次課程設(shè)計(jì)以數(shù)字鐘為例，全面的利用了所學(xué)的知識(shí)，設(shè)計(jì)出了生活中常見的東西。數(shù)字鐘主要有多諧振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器組成。主要芯片有74LS90、CC4511。有多諧振蕩器產(chǎn)生約1Mz信號(hào)脈沖。滿24計(jì)數(shù)器自動(dòng)復(fù)位，從而實(shí)現(xiàn)24 小時(shí)計(jì)時(shí)。

關(guān)鍵詞：多諧振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)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(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)

數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1、掌握數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)方法；

2、熟悉集成電路的使用方法。

二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：

1、設(shè)計(jì)一個(gè)有“時(shí)”，“分”，“秒”（23小時(shí)59分59秒）顯示且有校時(shí)功能的電子鐘；

2、用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘；

3、畫出框圖和邏輯電路圖，寫出設(shè)計(jì)報(bào)告；

4、選做：①鬧鐘系統(tǒng)。②整點(diǎn)報(bào)時(shí)。③日歷系統(tǒng)。

三、方案選擇和論證：

1．分秒功能的實(shí)現(xiàn)：用兩片74290組成60進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器 2.時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)：用兩片74290組成24進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器 3．定點(diǎn)報(bào)時(shí)：當(dāng)分秒同時(shí)出現(xiàn)為0時(shí)，燈亮。

4.日歷系統(tǒng)：月跟日分別用2片74192實(shí)現(xiàn)，月份就接成12進(jìn)制，日則接成31進(jìn)制，星期由1片74192組成7進(jìn)制，從星期一至星期天。

四、方案的設(shè)計(jì)：

1、可調(diào)時(shí)鐘模塊：

秒、分、時(shí)分別為60、60和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。用兩片74LS290做一個(gè)二十四進(jìn)制, 輸入計(jì)數(shù)脈沖CP加在CLKA’端，把QA與與CPLB’從外部連接起來，電路將對(duì)CP按照8421BCD碼進(jìn)行異步加法計(jì)數(shù)。通過反饋端，控制清零端清零，其中個(gè)位接成二進(jìn)制形式，十位接成四進(jìn)制形式。其電路圖如下：

同理利用兩片74290組成的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如下圖所示

將兩個(gè)六十進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器和一個(gè)二十四進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器進(jìn)行級(jí)聯(lián)：將秒的十位進(jìn)位脈沖接到分的個(gè)位輸入脈沖，將分的十位進(jìn)位脈沖接到時(shí)的個(gè)位輸入脈沖，這樣就可以組成最基本的電路。2.校時(shí)電路： 例如說時(shí)的校準(zhǔn)，開關(guān)1上端接1HZ脈沖，下端接分的進(jìn)位。當(dāng)開關(guān)打到上端時(shí)電路進(jìn)入校準(zhǔn)功能，當(dāng)開關(guān)打到下端時(shí)電路進(jìn)入正常計(jì)時(shí)功能。其電路如總電路圖所示

3.整點(diǎn)報(bào)時(shí)：

分別用2個(gè)或非門接到分和秒的各輸出個(gè)節(jié)點(diǎn)處，再用一個(gè)與非門與報(bào)時(shí)燈鏈接，當(dāng)輸出同時(shí)為零時(shí)，即整點(diǎn)時(shí)，報(bào)時(shí)燈就亮了，起到報(bào)時(shí)功能。本實(shí)驗(yàn)使用LED發(fā)光（1s），其電路圖如下：

4日歷系統(tǒng)：

月和日都用2片74192實(shí)現(xiàn)。月份功能則接成13進(jìn)制，因?yàn)樵路莘秩斩际菑?開始計(jì)起，所以要求從0001開始，到1101時(shí)，立刻清零，清零時(shí)應(yīng)該切換到置數(shù)狀態(tài)，即將ABCD置1000，通過一個(gè)與非門鏈接到LOAD端置零，同時(shí)也將計(jì)數(shù)器置為0001的狀態(tài)。其電路圖如下所示

日功能74192三十一進(jìn)制電路圖：

總電路圖：

四、電路調(diào)試：

調(diào)試這部分工作在EWB仿真軟件上進(jìn)行。對(duì)于電路的調(diào)試應(yīng)該分為幾個(gè)部分，分別對(duì)電路各個(gè)部分的功能都進(jìn)行調(diào)試，之后，每連接一部分都要調(diào)試一次。在實(shí)現(xiàn)日歷系統(tǒng)時(shí)，如月份需要顯示燈顯示1～31。一開始以為只把計(jì)數(shù)器鏈接成三十一進(jìn)制即可，結(jié)果顯示燈只顯示0～30，沒有自己預(yù)期的結(jié)果。經(jīng)過仔細(xì)思考，要把0去掉不顯示，從1開始顯示，而還要顯示31。經(jīng)過查書，最后，知道開始需置數(shù)成0001狀態(tài)，到1000才清零，清零的同時(shí)回到置數(shù)0001狀態(tài)，通過多次鏈接、測試，終于實(shí)現(xiàn)了。

在實(shí)現(xiàn)校時(shí)功能過程中，由于之前想得太過復(fù)雜了，浪費(fèi)了大量時(shí)間，最后，經(jīng)過上網(wǎng)搜索，到圖書館查書，簡單的用了個(gè)開關(guān)連接到脈沖實(shí)現(xiàn)了。

五、收獲心得體會(huì)：

整個(gè)過程花了我不少時(shí)間，可當(dāng)做完時(shí)才發(fā)現(xiàn)做這個(gè)數(shù)字鐘是多么簡單的一件事，主要是在調(diào)試時(shí)花了不少時(shí)間，其間換了不少器件，有的器件在理論上可行，但在實(shí)際運(yùn)行中就無法看到效果，所以調(diào)試花了我不少時(shí)間，有時(shí)無法找出錯(cuò)誤便更換器件重新接線以使電路正常運(yùn)行。

在實(shí)際的操作過程中，能把理論中所學(xué)的知識(shí)靈活地運(yùn)用起來，并在調(diào)試中會(huì)遇到各種各樣的問題，電路的調(diào)試提高了我們解決問題的能力，學(xué)會(huì)了在設(shè)計(jì)中獨(dú)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(huì)在腦海中留下深刻的印象，這個(gè)小小的課程設(shè)計(jì)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(yīng)用，也加深了對(duì)數(shù)字電路認(rèn)識(shí)和理解。

本次課程設(shè)計(jì)主要是用軟件仿真，如果是實(shí)際加工電路板就更加鍛煉我們的動(dòng)手能力了，因此，能力還有待提高。

第五篇：數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)

南 昌 大 學(xué)

數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

姓

名：

付

容 學(xué)

號(hào)：

6100212236 學(xué)

院：

信息工程學(xué)院 班

級(jí)：

電氣信息I類126班 實(shí)驗(yàn)名稱：

數(shù)字鐘設(shè)計(jì)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、熟悉數(shù)字系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法；

2、熟悉根據(jù)任務(wù)的要求合理選擇集成器件的方法；

3、學(xué)習(xí)和掌握數(shù)字鐘的工作原理及設(shè)計(jì)方法，并且通過對(duì)數(shù)字鐘的制作

進(jìn)一步了解各種中、小規(guī)模集成電路的功能及使用方法；

4、學(xué)習(xí)使用protel軟件進(jìn)行電子電路的原理圖設(shè)計(jì)、印制電路板設(shè)計(jì)；

5、初步掌握PCB板的制作流程及其工藝；

6、掌握數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)試方法；

7、提高檢查故障和排除故障的能力。

二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)

利用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)并制作一個(gè)數(shù)字顯示時(shí)、分、秒的時(shí)鐘，應(yīng)具備如下功能：

1、能進(jìn)行正常的時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間；

2、時(shí)應(yīng)以24小時(shí)計(jì)時(shí)周期，計(jì)數(shù)序列為00—23；

3、計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)能校正，可以分別對(duì)時(shí)和分進(jìn)行校正。

三、實(shí)驗(yàn)器材

計(jì)算機(jī)、protel軟件、555定時(shí)器一個(gè)、6個(gè)74LS161、3個(gè)74LS90、個(gè)74LS48、6個(gè)數(shù)碼管、若干個(gè)74LS00和74LS04、電源、開關(guān)。

四、實(shí)驗(yàn)原理

1、電路的總體原理框圖

數(shù)字鐘是一個(gè)將“ 時(shí)”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計(jì)時(shí)裝置。它

2、數(shù)字鐘的構(gòu)成的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，另外應(yīng)有校時(shí)功能。因此，一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時(shí)”，“分”，“秒”計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、振蕩電路組成。數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使振蕩電路構(gòu)成數(shù)字鐘。

⑴555振蕩電路

555定時(shí)器振蕩電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的1KＨz的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)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(hào)經(jīng)3次分頻后得到1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。

⑶時(shí)間計(jì)數(shù)器電路

時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。⑷譯碼驅(qū)動(dòng)電路

譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。

⑸數(shù)碼管

數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管，本設(shè)計(jì)提供的為LED數(shù)碼管。

3、數(shù)字鐘工作原理

數(shù)字電子鐘的原理方框圖如上圖，該電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及數(shù)碼顯示管、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路等組成。秒信號(hào)發(fā)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，本實(shí)驗(yàn)用555定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖。“分計(jì)數(shù)器”采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)作為“時(shí)計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過LED七段共陰極數(shù)碼顯示管顯示出來。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路是根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路是用來對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整的。

五、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1、六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路

由兩片74160構(gòu)成的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器如下圖所示。首先將兩片74160構(gòu)成一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后采用整體置數(shù)法接成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。電路的59狀態(tài)譯碼產(chǎn)生LD＇=0信號(hào)，同時(shí)加到兩片74LS161上，在下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖（第60個(gè)計(jì)數(shù)脈沖）到達(dá)時(shí)將0000同時(shí)輸入兩片74LS161中，從而得到六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。進(jìn)位輸出可有門電路G的輸出直接得到。

2、二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路

由兩片74LS161構(gòu)成的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器如下圖所示。首先將兩片74160構(gòu)成一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后采用整體置數(shù)法接成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。電路的23狀態(tài)譯碼產(chǎn)生ＬＤ＇=0信號(hào)，同時(shí)加到兩片74LS161上，在下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖（第24個(gè)計(jì)數(shù)脈沖）到達(dá)時(shí)將0000同時(shí)輸入兩片74LS161中，從而得到二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

3、秒信號(hào)發(fā)生器電路

秒信號(hào)發(fā)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，本實(shí)驗(yàn)用555定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)。先將555定時(shí)器的2、6管腳連在一起構(gòu)成施密特觸發(fā)器，然后再通過RC積分電路構(gòu)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(jīng)不同的路徑，充電電流只流經(jīng)R1，放電電流只流經(jīng)R2，因此電容C1的充電時(shí)間為

T1=R1C1Ln2 電容C1的放電時(shí)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(gè)2千歐的電位器串聯(lián)，則電路的振蕩周期為

T=T1+T2=1s

4、校時(shí)電路

校準(zhǔn)電路實(shí)質(zhì)上是由一個(gè)555定時(shí)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(jìn)入計(jì)數(shù)器，數(shù)字鐘正常工作。校時(shí)時(shí)先按下按鈕J2，若按下J2則10Hz脈沖信號(hào)進(jìn)入分計(jì)數(shù)器的個(gè)位，而分脈沖被阻止進(jìn)入，因而較快的校準(zhǔn)分計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值；若按下J1則100Hz脈沖信號(hào)進(jìn)入時(shí)計(jì)數(shù)器個(gè)位，而時(shí)脈沖被阻止進(jìn)入，因而較快的校準(zhǔn)時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。

5、譯碼顯示電路

譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動(dòng)LED七段數(shù)碼管的譯碼器為74LS48。由74LS48和LED七段數(shù)碼管組成的數(shù)碼顯示電路如下圖所示。將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。在譯碼器輸出與數(shù)碼管之間串聯(lián)的為限流電阻。

六、實(shí)驗(yàn)總電路圖

Multisim仿真原理圖

七、實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果 1、1kHz脈沖信號(hào)：

2、秒時(shí)鐘：

3、分時(shí)鐘：

4、時(shí)時(shí)鐘：

5、實(shí)驗(yàn)總仿真圖：

八、實(shí)驗(yàn)總結(jié)

1、仿真過程中遇到的問題及解決方法 剛接到數(shù)字鐘這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的時(shí)候，感覺腦子中一片混亂，理不出來一個(gè)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(gè)集成芯片的功能和它們的接法，然后又查閱了相關(guān)的資料。經(jīng)過這個(gè)過程之后，我構(gòu)思出來了數(shù)字鐘大致的電路圖和所要用到的集成芯片。但是在真正設(shè)計(jì)、畫電路圖的時(shí)候卻不斷出現(xiàn)了一些細(xì)節(jié)問題。比如用74LS161芯片構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器后，在Multisim里找不到實(shí)驗(yàn)室用到的CD4511BE型號(hào)的譯碼器，那我該如何選合適的譯碼器進(jìn)行譯碼？用555定時(shí)器產(chǎn)生1Hz的秒脈沖信號(hào)后，在保證原理圖一定正確的情況下，為什么數(shù)碼管一直顯示0，不會(huì)走數(shù)字呢？24進(jìn)制的地方為什么仿真結(jié)果總是會(huì)有些不對(duì)，從09變成10的時(shí)候中間會(huì)有一個(gè)類似于“8”一樣的數(shù)出現(xiàn)，使得24進(jìn)制與60進(jìn)制不能同步進(jìn)行，總是慢一秒？。于是我又去查資料，并請(qǐng)教了一些同學(xué)、老師才逐漸掌握了解決這些問題的方法，最后將問題一個(gè)個(gè)的擊破了。經(jīng)上網(wǎng)百度后，我知道用74LS48譯碼比較合適；問同學(xué)、老師后，我知道1Hz數(shù)碼管能走數(shù)字，但是周期太長，所以將555定時(shí)器改成1KHz的才能很直觀的看到實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果；在24進(jìn)制的個(gè)位上加一個(gè)非門后就能實(shí)現(xiàn)正常功能。經(jīng)過幾次修改完善之后，我的設(shè)計(jì)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(guān)實(shí)現(xiàn)校時(shí)電路時(shí)發(fā)現(xiàn)所選開關(guān)沒有封裝，后來經(jīng)老師點(diǎn)撥在“元件庫”中查找到了帶封裝的單刀雙擲開關(guān)；

②不知道花PCB板的時(shí)候需要在板子的某個(gè)角落放總電源，否則整塊板子無法供電使用，就連555定時(shí)器也需要電源驅(qū)動(dòng)才能正常產(chǎn)生脈沖信號(hào)，加個(gè)電源開關(guān)更能使整個(gè)電路設(shè)計(jì)的合理、規(guī)范；

3、心得體會(huì)

此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于理論設(shè)計(jì)、對(duì)各種集成芯片的應(yīng)用和電路本身的原理的熟悉,與電路的仿真和實(shí)際的連線有很大的差距。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過程中,讓我更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)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(jìn)制及其進(jìn)位輸出和用555定時(shí)器構(gòu)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(cuò)時(shí)能準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正。

這次電子課程設(shè)計(jì)讓我收獲很大，通過這次的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步地增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的動(dòng)腦、動(dòng)手能力。讓我體會(huì)到了學(xué)習(xí)知識(shí)時(shí)理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，并發(fā)現(xiàn)自己的知識(shí)面是很窄的，對(duì)很多簡單的理論問題都比較難于解決，更別說實(shí)際的的問題了。所以，以后遇到這種動(dòng)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。