数字钟课程设计报告

第一篇：数字钟课程设计报告

一、综述

数字电子钟是一种用数字电路实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的应用。数字钟从原理上来讲是一种典型的数字电路，其中即包含了组合逻辑电路，也有时序电路。

因此，我们此次设计与制作数字电子钟就是为了了解其工作原理，从而学会制作数字钟。通过设计和制作数字电子钟，可以加深我们对中小规模集成电路相关知识的理解，并且通过实际运用，提高我们的动手能力、培养我们的探索精神。

二、设计题目与设计要求 1.设计题目

本次的题目为设计一个具有计时、显示“时、分、秒”和校时功能的数字电子钟，具体功能如下：

① 显示时、分、秒；

② 具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； ③ 计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时； ④ 为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。2.设计要求

本次设计的具体要求如下：

① 画出电路原理图（或仿真电路图）； ② 元器件及参数选择； ③ 电路仿真与调试；

三、方案选择

数字电子钟作为实际生活中运用广泛的一个物品。在电路实现方面，完全可以用单片机实现功能。这也是我们小组一开始的思路。但是，由于我们小组的这道题本身就比较简单，如果还从用单片机来做，基本上就只是编个程序的事情了。如此，这个学期在数电课上学到的一些东西并不能得到很好的运用，老师也是基于此考虑，建议我们还是不要使用单片机。

因此，我们采用了老师提供的思路和方案，具体的阐述请见以下几个部分。

四、大体设计思路

1.总体概要设计

数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。晶体振荡器电路给数字电子钟提供一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。然后分频器将32768Hz的高频方波信号经32768次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。图1所示为数字钟的一般构成框图。

“时”计时信号 “分”计时信号

校时信号

“秒”计时信号

图 1

数字电子钟原理框图

2.晶体振荡器电路

晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的脉冲，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。

3.分频器电路

分频器电路将32768Ｈz的高频方波信号经74HC4060和T’触发器（将D端接至输出的非端，使其变成一个T’触发器实现二分频）的分频后得到1Hz的方波信号，可以供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。

4.时间计数器电路

时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器设计为24进制计数器。

5.译码驱动电路

译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。

6.示数电路

用译码驱动电路提供的电流带动数码管实现数字电子钟最后的示数部分。数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计采用的为LED数码管。

五、元件清单

30pF电容2个 32768Hz晶振1个 15k欧姆电阻4个 74HC4060一片

74LS74双D触发器一个 单刀双掷开关2个 1M电阻1个

74Ls00四二输入7个 74Ls192六片 74Ls48六片 共阴数码管6个 蜂鸣器一个

六、仿真电路图

根据上述思路，我们小组的各个成员分别负责了部分电路，在确认部分功能可以实现 的前提下，将它们有机地组合起来得到了总电路。并在proteus软件中进行了仿真，确定可以实现功能后，再申请了实做。

仿真电路总图见下：

七、各单元模块的具体设计和分析

1.晶体振荡器电路

晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。

图2所示电路通过CMOS非门构成的输出为方波的数字式晶体振荡电路，这个电路中，CMOS非门U1与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，U2实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻R1为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容C1、C2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。

晶体XTAL的频率选为32768HZ。该元件专为数字钟电路而设计，其频率较低，有利于减少分频器级数。

从有关手册中，可查得C1、C2 为30pF时，频率准确度和稳定度较高。

由于CMOS电路的输入阻抗极高，因此反馈电阻R1可选为20MΩ或10MΩ。较高的反馈电阻有利于提高振荡频率的稳定性。但是，由于实验室只提供了1MΩ的电阻，所以在实际制作的过程中，我们采用的是实验室提供的电阻，最终造成了脉冲输出端的频率并不是严格符合1Hz。

图2 晶体振荡器电路图

2.分频器电路

通常，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到1Hz的秒信号输入，需要对振荡

器的输出信号进行分频。

通常实现分频器的电路是计数器电路，一般采用多级2进制计数器来实现。例如，将32767Hz的振荡信号分频为1Hz的分频倍数为32767（2），即实现该分频功能的计数器相当于15级2进制计数器。

本实验中采用HC4060来构成分频电路。HC4060在数字集成电路中可实现的分频次数最高，而且HC4060还包含振荡电路所需的非门，使用更为方便。

HC4060计数为最高为14级2进制计数器，可以将32767Hz的信号分频为2Hz，而经过转换为T’的D触发器则可以通过翻转功能将它分为1HZ的信号。如图3所示，可以直接实现振荡和分频的功能。

5图3 分频电路图

3.时间计数单元

时间计数单元有时计数、分计数和秒计数等几个部分。

时计数单元一般为24进制计数器计数器，其输出为两位8421BCD码形式；分计数和秒计数单元为60进制计数器，其输出也为8421BCD码。

针对每个计数单元，本实验分别采取了用两块74LS192芯片进行级联来产生相应的进制。

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：

（a）引脚排列(b)逻辑符号

其中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端，为清除端，Q0、Q1、Q2、为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，Q3为数据输出端。

其功能表如下：

表1 74LS192的功能表

对于秒计数单元，由于192内部本身就是10进制，所以只需要将作为十位输出的那一片192的输出端中的Q2和Q1（相与代表作为得到数字6）作为反馈端，相与再连接到两片

192的清零端上即可。如此就可以实现60进制的计数。满足秒计数的要求。实现此功能的部分电路如图四所示：

图4 60进制计数器电路

对于分计数单元，与秒计数单元完全一致，在此不再累述。

对于时计数单元，同理，将作为十位输出的那一片的192的输出端中的Q1(代表数字2）和作为个位输出的那一片192的输出端中的Q2（代表数字4）作为反馈端，相与再连接到两片192的清零端上即可。如此就可以实现24进制的计数。满足时计数的要求。实现此功能的部分电路如图五所示：

图5 24进制计数器电路

4.译码驱动及显示单元

计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出，选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，选用74LS48作为显示译码电路，选用共阴LED数码管作为显示单元电路，实现此部分的功能的电路如图6所示。

图6 译码驱动和显示电路

5.校时电路

当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。通常，校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。

根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。

图7 校正电路

6.整点报时电路

一般时钟都应具备整点报时电路功能，即在时间出现整点前数秒内，数字钟会自动报时，以示提醒。其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波，较复杂的也可以是实时语音提示。本次采用的是用蜂鸣器实现简单的鸣响。

根据要求，电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分51秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。故将秒计数电路部分的作为十位的那一片的192的输出端中的Q2、Q0相与（即表示数字5），作为蜂鸣器的控制端1。再将分计数电路部分的作为十位的那一片192的输出端中的Q2、Q0相与（即表示数字5），再和作为个位的那一片192的输出端中的Q3、Q0相与（即表示数字9）相与，如此作为蜂鸣器的控制端2。最后，再将两个控制端相与，连接至蜂鸣器的一端，再将另一段接地即可。

八、心得体会

第二篇：数字钟课程设计报告

摘要

数字电子钟是一种用数字显示秒﹑分﹑时的记时装置，与传统的机械时钟相比，它一般具有走时准确﹑显示直观﹑无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用。数字电子钟的设计方法有许多种,例如,可用中小规模集成电路组成电子钟；也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟；还可以利用单片机来实现电子钟等等。本课程设计采用的是中小规模集成电路法，时钟信号发生器采用32768Hz的CMOS石英谐振器制作，产生1Hz时钟脉冲；用74LS290设计两个六十进制的计数器对“分”、“秒”信号计数，二十四进制计数器对“时”信号计数、再通过“时”、“分”校正电路进行时间的校正，实现数字电子钟的功能。

关键词

数字电子钟；中小规模集成芯片；计数器；数字电子技术

设计的目的

（1）加强对电子制作的认识，充分掌握和理解设计个部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、电路的焊接与调试等多项知识。（2）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人与团队协作能力，并在实践中锻炼。（3）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。（4）提高实践动手能力

设计用到的仪器和零件

计数器（3片CD4518、CD4081）、显示译码器（6片CD4511）、6片共阴极数码管、二极管、电阻、电容、晶振（32.768kHz）、集成计数器（CD4060、CD4013）、开关、接线座、PCB板等元件。

数字钟的结构及基本工作原理

结构

数字电子时钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与某一个标准时间（如东八时区时间）一致，故需要在电路上加上一个对“时”、“分”进行校正的校时电路，同时为了提高计时的准确性，信号发生器产生的标准的1Hz时间信号必须做到准确稳定，通常使用石英晶体振荡器电路构成数字电子时钟中的信号发生器电路的主元件。

（1）晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。

（2）分频器电路将32768Ｈz的高频方波信号经3276次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。

（3）时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为12进制计数器。

（4）译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。

（5）数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为ＬＥＤ数码管。

工作原理

（1）秒脉冲产生电路— CD4060

14位二进制串行计数器 CD4060。CD4060 是由一振荡器和 14 级二进制串行计数位组成。振荡器的结构可以是 RC 或晶振电路。CR 为高电平时，计数器清零且振荡器停止工作。所有的计数器均为主-从触发器，在 CP1（和 CP0）的下降沿，计数器以二进制进行计数。在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟的上升和下降时间无限制。利用CD4060组成32.768 kHz振荡器，再经过内部分频器14分频从其第3脚输出2Hz（32.768 kHz /214 = 2 Hz）的脉冲信号。焊接完毕后，通电测试 LED指示灯闪烁，1秒钟闪烁 2次。说明该电路正常工作

（2）分脉冲产生电路— CD4518 CD4518，是一种同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二 / 十进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～15。该计数器是单路系列脉冲输入（1 脚或 2 脚；9 脚或 10脚），4路BCD码信号输出(3脚～6脚；{11}脚～{14}脚)。此外还必须掌握其控制功能，否则无法工作CD4518有两个时钟输入端CP和EN，若用时钟上升沿触发，信号由CP输入，此时EN端应接高电平“1”, 若用时钟下降沿触发，信号由EN端输入，此时CP端应接低电平“0”,不仅如此，清零（又称复位）端CR也应保持低电平“0”，只有满足了这些条件时，电路才会处于计数状态，若不满足则不工作。值得注意，因输出是二/十进制的BCD码，所以输入端的计数脉冲到第十个时，电路自动复位0000状态。另外，CD4518无进位功能的引脚，但电路在第十个脉冲作用下，会自动复位，同时第6脚或第14 脚将输出下降沿的脉冲，利用该脉冲和EN端功能，就可作为计数的电路进位脉冲和进位功能端供多位数显用。（3）小时脉冲产生电路— CD4518 与分脉冲产生电路的结构工作原理相同，只是为24进制。

（4）与门电路— CD4081 CD4081为14脚封装，四2输入与门。在数字钟电路中的作用：将CD4518置为60进制、24进制计数器。

（5）2分频电路— CD4013 CD4013 是双 D 触发器芯片，为14脚封装，在数字电路中常用来进行锁存数据，组成分频电路等。CD4013 在数字钟电路中的作用：将 CD4060 产生的2Hz 脉冲2分频（2进制计数器），输出 1Hz 的秒脉冲。（6）译码显示电路— CD4511 CD4511 是一片 CMOS BCD —锁存 / 7 段译码 / 驱动器，用于驱动共阴极LED数码管显示器的BCD码—七段数码管译码器。具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路，能提供较大的拉电流。共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时，可使用300Ω左右的限流电阻。（7）秒、分、时校准电路—开关S3、S2、S1 分、时校准电路：利用开关手动输入脉冲，S2、S1每按下一次，相应的时、分的数字加一。秒校准电路：正常计时工作时，S3闭合；进行秒校准时，S3断开，暂停秒计时，等标准时间一到，立即闭合S3，恢复正常走时。

课程设计电路的组装与调试

组装

（1）核对元器件清单：是否有缺件；

（2）检查印制电路板：是否有断线、短路等；（3）焊接电阻：摆放整齐一致，黄色环在下边；（4）焊接二极管：1N4148，注意极性；（5）焊接跨线：剪下二极管引脚，焊J1~J6；（6）焊接集成电路座：注意缺口位置与图一致；（7）焊接无极性电容、晶振：注意C的字在正面；（8）焊接数码管：注意小数点在右下方；（9）焊接发光二极管：LED，注意极性；（10）焊接开关、电解电容、接线座。（1）判断二极管1N4148，LED的极性；

（2）判断电阻阻值：读色环、用万用表测量；（3）安装集成芯片12片：芯片型号不要装错，缺口位置与图/座一致，缺口左下方为1脚；（4）安装数码管：注意小数点在右下方；

（5）安装电容：正负极性，无极性C的字放在正面（6）最后检查焊接质量：焊点有无虚焊、瑕疵。

调试

（1）安装完成后通电，观察各个模块的工作情况；（2）若数码管不亮，检查地线通否，3脚接地否；（3）若整个电路不工作，分模块检查，各个部分 的接线、安装、功能是否正常；（一般方法）（4）芯片工作是否正常：首先检查电源，„„；（5）秒、分、时校准部分：测试是否功能正常。

总结与心得

通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。在设计中用的芯片可能与平时常见的不一样，但原理一样，同时我还理解到，同样功能可以由不同的芯片实现，需遵行简单，经济的原则，从而最大程度符合目标设计。课程设计是一次难得的锻炼机会，让我们能够充分利用所学过的理论知识还有自己的想象的能力，另外还让我们学习查找资料的方法，以及自己处理分析电路，设计电路的能力。这些对我来说都是一个很好的提高。我趁着做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。另外还学习到了一些仿真软件，比如Proteus等学习软件，给设计提供了很大的便利。

同时，这次课设还让我明白，困难是成功的台阶，只有一级级走上去才能有所收获。工科院校的学生应当这样多参与实践，多去运用自己所学的知识，为将来工作打下基础。

第三篇：数字钟课程设计

晶体振荡器电路

晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的脉冲，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。分频器电路

分频器电路将32768Ｈz的高频方波信号经74LS4060和74LS250的二分频的分频后得到1Hz的方波信号，可以供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。时间计数器电路

时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器可以设计为12进制计数器或者24进制计数器，我们这里根据自己的意愿设计成24进制计数器。译码驱动电路

译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。数码管

数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计采用的为ＬＥＤ数码管。

各单元模块设计和分析 晶体振荡器电路

晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。

图2 晶体振荡器电路图

分频器电路

通常，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到１Ｈz的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。

通常实现分频器的电路是计数器电路，一般采用多级２进制计数器来实现。例如，将32767Ｈz的振荡信号分频为１ＨZ的分频倍数为32767（２于１５极２进制计数器。时间计数单元

时间计数单元有时计数、分计数和秒计数等几个部分。

时计数单元一般为24进制计数器计数器，其输出为两位8421BCD码形式；分计数和秒计数单元为６０进制计数器，其输出也为8421BCD码。

本实验采取了74LS90 用两块芯片进行级联来产生60进制和24进制

秒个位计数单元为１０进制计数器，无需进制转换，只需将Ｑ0与ＣＰ1（下降沿有效）相连即可。ＣＰ0（下降没效）与１ＨZ秒输入信号相连，Ｑ3可作为向上的进位信号与十位计数单元的ＣＰ1相连。

秒十位计数单元为６进制计数器，需要进制转换。将１０进制计数器转换为６进制计数器的１５），即实现该分频功能的计数器相当电路连接，其中Ｑ2可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的ＣＰ0相连。

分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，也是分个位计数单元的Ｑ3作为向上的进位信号应与分十位计数单元的ＣＰ0相连，分十位计数单元的Ｑ2作为向上的进位信号应与时个位计数单元的ＣＰ0相连。60进制的连接如图4所示。时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计数单元应为24进制计数器，所以在两块74LS90构成的100进制中截取24，就得在24的时候进行异步清零。24进制计数功能的电路如图5所示。

图5 24进制计数器电路

主要参考文献

《电子技术基础》

康华光

高教出版社 《电子线路设计、实验与测试》

谢自美

华中科技大学出版社 《电子技术实验》

汪学典

华中科技大学出版社 课程设计摘要 中文摘要

此次课程设计以数字钟为例，全面的利用了所学的知识，设计出了生活中常见的东西。数字钟主要有多谐振荡器、分频器、计数器、译码器组成。主要芯片有74LS90、CC4511。有多谐振荡器产生约1Mz信号脉冲。满24计数器自动复位，从而实现24 小时计时。

关键词：多谐振荡器、分频器、计数器、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：数字钟课程设计

数字电子钟逻辑电路设计

一、实验目的：

1、掌握数字钟的设计方法；

2、熟悉集成电路的使用方法。

二、设计任务和要求：

1、设计一个有“时”，“分”，“秒”（23小时59分59秒）显示且有校时功能的电子钟；

2、用中小规模集成电路组成电子钟；

3、画出框图和逻辑电路图，写出设计报告；

4、选做：①闹钟系统。②整点报时。③日历系统。

三、方案选择和论证：

1．分秒功能的实现：用两片74290组成60进制递增计数器 2.时功能的实现：用两片74290组成24进制递增计数器 3．定点报时：当分秒同时出现为0时，灯亮。

4.日历系统：月跟日分别用2片74192实现，月份就接成12进制，日则接成31进制，星期由1片74192组成7进制，从星期一至星期天。

四、方案的设计：

1、可调时钟模块：

秒、分、时分别为60、60和24进制计数器。用两片74LS290做一个二十四进制, 输入计数脉冲CP加在CLKA’端，把QA与与CPLB’从外部连接起来，电路将对CP按照8421BCD码进行异步加法计数。通过反馈端，控制清零端清零，其中个位接成二进制形式，十位接成四进制形式。其电路图如下：

同理利用两片74290组成的六十进制计数器，如下图所示

将两个六十进制的加法计数器和一个二十四进制的加法计数器进行级联：将秒的十位进位脉冲接到分的个位输入脉冲，将分的十位进位脉冲接到时的个位输入脉冲，这样就可以组成最基本的电路。2.校时电路： 例如说时的校准，开关1上端接1HZ脉冲，下端接分的进位。当开关打到上端时电路进入校准功能，当开关打到下端时电路进入正常计时功能。其电路如总电路图所示

3.整点报时：

分别用2个或非门接到分和秒的各输出个节点处，再用一个与非门与报时灯链接，当输出同时为零时，即整点时，报时灯就亮了，起到报时功能。本实验使用LED发光（1s），其电路图如下：

4日历系统：

月和日都用2片74192实现。月份功能则接成13进制，因为月份分日都是从1开始计起，所以要求从0001开始，到1101时，立刻清零，清零时应该切换到置数状态，即将ABCD置1000，通过一个与非门链接到LOAD端置零，同时也将计数器置为0001的状态。其电路图如下所示

日功能74192三十一进制电路图：

总电路图：

四、电路调试：

调试这部分工作在EWB仿真软件上进行。对于电路的调试应该分为几个部分，分别对电路各个部分的功能都进行调试，之后，每连接一部分都要调试一次。在实现日历系统时，如月份需要显示灯显示1～31。一开始以为只把计数器链接成三十一进制即可，结果显示灯只显示0～30，没有自己预期的结果。经过仔细思考，要把0去掉不显示，从1开始显示，而还要显示31。经过查书，最后，知道开始需置数成0001状态，到1000才清零，清零的同时回到置数0001状态，通过多次链接、测试，终于实现了。

在实现校时功能过程中，由于之前想得太过复杂了，浪费了大量时间，最后，经过上网搜索，到图书馆查书，简单的用了个开关连接到脉冲实现了。

五、收获心得体会：

整个过程花了我不少时间，可当做完时才发现做这个数字钟是多么简单的一件事，主要是在调试时花了不少时间，其间换了不少器件，有的器件在理论上可行，但在实际运行中就无法看到效果，所以调试花了我不少时间，有时无法找出错误便更换器件重新接线以使电路正常运行。

在实际的操作过程中，能把理论中所学的知识灵活地运用起来，并在调试中会遇到各种各样的问题，电路的调试提高了我们解决问题的能力，学会了在设计中独立解决问题，也包括怎样去查找问题。似乎所有的事都得自己新手去操作才会在脑海中留下深刻的印象，这个小小的课程设计让我可以熟练的操作EWB软件，也了解了不少器件的功能的应用，也加深了对数字电路认识和理解。

本次课程设计主要是用软件仿真，如果是实际加工电路板就更加锻炼我们的动手能力了，因此，能力还有待提高。

第五篇：数字钟课程设计

南 昌 大 学

数字电路与逻辑设计实验报告

姓

名：

付

容 学

号：

6100212236 学

院：

信息工程学院 班

级：

电气信息I类126班 实验名称：

数字钟设计

一、实验目的

1、熟悉数字系统的分析和设计方法；

2、熟悉根据任务的要求合理选择集成器件的方法；

3、学习和掌握数字钟的工作原理及设计方法，并且通过对数字钟的制作

进一步了解各种中、小规模集成电路的功能及使用方法；

4、学习使用protel软件进行电子电路的原理图设计、印制电路板设计；

5、初步掌握PCB板的制作流程及其工艺；

6、掌握数字系统的调试方法；

7、提高检查故障和排除故障的能力。

二、实验任务

利用中、小规模集成电路设计并制作一个数字显示时、分、秒的时钟，应具备如下功能：

1、能进行正常的时、分、秒计时功能，以数字形式显示时、分、秒的时间；

2、时应以24小时计时周期，计数序列为00—23；

3、计时出现误差时能校正，可以分别对时和分进行校正。

三、实验器材

计算机、protel软件、555定时器一个、6个74LS161、3个74LS90、个74LS48、6个数码管、若干个74LS00和74LS04、电源、开关。

四、实验原理

1、电路的总体原理框图

数字钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它

2、数字钟的构成的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器、校时电路、振荡电路组成。数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使振荡电路构成数字钟。

⑴555振荡电路

555定时器振荡电路给数字钟提供一个频率稳定准确的1KＨz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了555振荡电路。

⑵分频器电路

分频器电路用74LS90芯片将1kＨz的高频方波信号经3次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。

⑶时间计数器电路

时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为12进制计数器。⑷译码驱动电路

译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。

⑸数码管

数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为LED数码管。

3、数字钟工作原理

数字电子钟的原理方框图如上图，该电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及数码显示管、校时电路、整点报时电路等组成。秒信号发生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，本实验用555定时器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用六十进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”采用六十进制计数器，每累计60分钟发出一个“时脉冲”信号，该信号作为“时计数器”的时钟脉冲。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过LED七段共阴极数码显示管显示出来。整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路是用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的。

五、实验设计方案

1、六十进制计数器电路

由两片74160构成的六十进制计数器如下图所示。首先将两片74160构成一百进制计数器，然后采用整体置数法接成六十进制计数器。电路的59状态译码产生LD＇=0信号，同时加到两片74LS161上，在下一个计数脉冲（第60个计数脉冲）到达时将0000同时输入两片74LS161中，从而得到六十进制计数器。进位输出可有门电路G的输出直接得到。

2、二十四进制计数器电路

由两片74LS161构成的二十四进制计数器如下图所示。首先将两片74160构成一百进制计数器，然后采用整体置数法接成二十四进制计数器。电路的23状态译码产生ＬＤ＇=0信号，同时加到两片74LS161上，在下一个计数脉冲（第24个计数脉冲）到达时将0000同时输入两片74LS161中，从而得到二十四进制计数器。

3、秒信号发生器电路

秒信号发生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，本实验用555定时器来实现。先将555定时器的2、6管脚连在一起构成施密特触发器，然后再通过RC积分电路构成多谐振荡器。接入电路的二极管D1、D2使电容C1的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只流经R1，放电电流只流经R2，因此电容C1的充电时间为

T1=R1C1Ln2 电容C1的放电时间为

T2＝R2C1Ln2 输出脉冲的占空比为

ｑ＝R1/(R1+R2)若取R1=R2=71千欧然后与一个2千欧的电位器串联，则电路的振荡周期为

T=T1+T2=1s

4、校时电路

校准电路实质上是由一个555定时器接成的频率为1KHz的多谐振荡器，如下图示。从图中可知，秒脉冲进入计数器，数字钟正常工作。校时时先按下按钮J2，若按下J2则10Hz脉冲信号进入分计数器的个位，而分脉冲被阻止进入，因而较快的校准分计数器的计数值；若按下J1则100Hz脉冲信号进入时计数器个位，而时脉冲被阻止进入，因而较快的校准时计数器的计数值。

5、译码显示电路

译码电路的功能是将“秒”、“分”、“时”计数器的输出代码进行翻译变成相应的数字。用于驱动LED七段数码管的译码器为74LS48。由74LS48和LED七段数码管组成的数码显示电路如下图所示。将“秒”、“分”、“时”计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字的显示。在译码器输出与数码管之间串联的为限流电阻。

六、实验总电路图

Multisim仿真原理图

七、实验仿真结果 1、1kHz脉冲信号：

2、秒时钟：

3、分时钟：

4、时时钟：

5、实验总仿真图：

八、实验总结

1、仿真过程中遇到的问题及解决方法 刚接到数字钟这个实验设计的时候，感觉脑子中一片混乱，理不出来一个清晰的思路。但是我先看了一遍课本，充分理解、熟悉课本中所讲的每个集成芯片的功能和它们的接法，然后又查阅了相关的资料。经过这个过程之后，我构思出来了数字钟大致的电路图和所要用到的集成芯片。但是在真正设计、画电路图的时候却不断出现了一些细节问题。比如用74LS161芯片构成60进制计数器后，在Multisim里找不到实验室用到的CD4511BE型号的译码器，那我该如何选合适的译码器进行译码？用555定时器产生1Hz的秒脉冲信号后，在保证原理图一定正确的情况下，为什么数码管一直显示0，不会走数字呢？24进制的地方为什么仿真结果总是会有些不对，从09变成10的时候中间会有一个类似于“8”一样的数出现，使得24进制与60进制不能同步进行，总是慢一秒？。于是我又去查资料，并请教了一些同学、老师才逐渐掌握了解决这些问题的方法，最后将问题一个个的击破了。经上网百度后，我知道用74LS48译码比较合适；问同学、老师后，我知道1Hz数码管能走数字，但是周期太长，所以将555定时器改成1KHz的才能很直观的看到实验仿真结果；在24进制的个位上加一个非门后就能实现正常功能。经过几次修改完善之后，我的设计仿真终于做出来了。

2、画protel原理图遇到的问题

①用单刀双掷开关实现校时电路时发现所选开关没有封装，后来经老师点拨在“元件库”中查找到了带封装的单刀双掷开关；

②不知道花PCB板的时候需要在板子的某个角落放总电源，否则整块板子无法供电使用，就连555定时器也需要电源驱动才能正常产生脉冲信号，加个电源开关更能使整个电路设计的合理、规范；

3、心得体会

此次的数字钟设计重点在于理论设计、对各种集成芯片的应用和电路本身的原理的熟悉,与电路的仿真和实际的连线有很大的差距。在此次的数字钟设计过程中,让我更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。在连接六十进制及其进位输出和用555定时器构成多谐振荡器的接法中,熟悉了逻辑电路及其芯片各引脚的功能,在电路出错时能准确地找出错误所在并及时纠正。

这次电子课程设计让我收获很大，通过这次的设计实验进一步地增强了实验的动脑、动手能力。让我体会到了学习知识时理论联系实际的重要性，并发现自己的知识面是很窄的，对很多简单的理论问题都比较难于解决，更别说实际的的问题了。所以，以后遇到这种动手操作的能力我一定要格外重视，并且努力完成它，争取做到最好的效果。