1、課程設計報告 設計題目：數字鐘設計與實現 班級：學號：姓名： 指導教師： 設計時間：2014年7月 摘要： 鐘表作為一種定時工具被廣泛的使用在生產生活的各方面。人類最初依靠太陽的角度來進行定時，所以受天氣的影響比較大，為了克服依靠自然現象定時的缺點人們發明的機器鐘表，電子鐘表一系列的定時工具。自改革開放以來我國科技得以高速發展，尤其是電子技術的飛速發展。各種各樣的電器器材憑空而出。 數字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。鐘表的數字化給人們生產生活帶來了極大的方便，諸如定時報警，按時自動打

2、鈴，時間程序自動控制，定時啟閉路燈等等，所有這些都是以數字鐘為基礎的。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。數字電子鐘由以下幾部分組成：分頻器、脈沖發生器、校正電路、60進制的秒、分計數器和24進制的時計數器以及分、時、秒的7段共陰譯碼顯示部分，能夠完成顯示時間、調整時間、整點報時等基本功能。關鍵詞：整點報時、譯碼顯示、校時 目錄1.概述 12.課程設計任務及要求 2.1 設計任務 3 2.2 設計要求 33.理論設計 3.1方案論證 3 3.2 系統設計 3.2.1 結構框圖及說明 4 3.2.2 系統原理圖及工作原理 5 3.3 單元電路設計 3.3.1震

3、蕩電路 6 3.3.2分頻電路 7 3.3.3計數電路 8 3.3.4校時電路 10 3.3.5譯碼顯示電路 12 3.3.6整點報時系統 134.軟件仿真 4.1 仿真電路圖 15 4.2 仿真過程 15 4.2 仿真結果 16 5.結論 186.使用儀器設備清單 197.參考文獻 198.收獲、體會和建議 20 2.課程設計及要求2.1設計任務 試設計一個數字電子鐘，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七段顯示器顯示出來，并且具有校時、校分、整點報時功能，能夠顯示23h59m59s，歸零后重新開始。2.1設計要求 獨立完成系統的原理設計。說明

4、系統實現的功能，應達到技術指標，進行方案論證，確定設計方案。畫出電路圖，說明各部分電路的工作原理，初步選定所使用的各種器件的主要參數及型號，列出元器件明細表。系統中包含的中小規模集成電路的種類至少在六種以上。根據理論設計用multisim 7在計算機上進行仿真。驗證所設計方案的正確性。 3.理論設計3.1方案論證 分和秒計時需要六十進制計數器，“時”需要二十四進制計數器，用74LS161和74LS160均可實現六十進制和二十四進制計數器。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七段顯示器顯示出來。整點報時電路是根據計時系統的輸出狀態產生一個脈沖信號，

5、然后去觸發觸發器實現報時。校時電路是通過改變時計數器和分計數器的輸入脈沖來實現校時功能，新的脈沖由脈沖發生器和分頻器發出。 3.2系統設計3.2.1結構框圖及說明 原理框圖如圖3-1所示 圖3-1 工作時，555構成的多諧振蕩器產生穩定的秒脈沖信號并送入計時電路，當秒計數器滿60秒時輸出秒進位脈沖，送入分計數器，當計分器滿60分時，輸出分進位脈沖送入時電路計數，當計時電路滿24時時，時、分、秒計數器同時清零。校時電路分別控制對時和分的校正。根據計時電路的輸出狀態，整點報時電路在每個整點都會顯示十秒的提示。 3.2.2 系統原理圖及工作原理系統具體電路連接情況如圖3-2 圖3-23.3單元電路設

6、計3.3.1震蕩電路 圖3-3-1 555構成的多諧振蕩器電路圖如圖3-3-1所示，由555定時器、電容和電阻組成震蕩電路，產生秒脈沖信號。555定時器與RC組成的系統接通電源后，電容C1被充電，vc上升，當vc上升到大于2/3VCC時，觸發器被復位，放電管T導通，此時v0為低電平，電容C1通過R2和T放電，使vc下降。當vc下降到小于1/3VCC時，觸發器被復位，v0翻轉為高電平。電容器C1放電結束，所需時間為： T1=0.7R2C當C1放電結束時，T截止，VCC將通過R1、R2向電容器C1充電，vc由1/3VCC上升到2/3VCC所需的時間為： T2=0.7（R1+R2）C當vc上升到2/

7、3VCC時，觸發器又被復位發生翻轉，如此周而復始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為：1.43/（R1+2R2）C本設計中頻率可通過以上公式計算出來，f=1Hz3.3.2分頻電路分頻器能將高頻脈沖變換為低頻脈沖，它可由觸發器以及計數器來完成由于一個觸發器就是一個二分頻，N個觸發器就是2n個分頻器。如果用計數器做分頻器，就要按進制數進行分頻。例如十進制計數器計是十分頻器。分頻器的功能主要有兩個：一個是產生標準秒脈沖信號；二是提供功能擴展電路所需要的信號。本設計中，需要對1kHz分頻，等到校時脈沖。其電路圖如圖3-3-2所示 圖3-3-2 分頻電路 從圖3-3-2可以看出，由信號發生器的10

8、00Hz高頻信號從U20的14端輸入，經過3片74LS90的三級1/10分頻，就能從U21的11端輸出得到標準的秒脈沖信號，用于校時脈沖。3.3.3計數電路“時”計數器要用到二十四進制計數器，“分”、“秒”計數器要用到六十進制計數器，這里采用74160和74161構成二十四進制計數器和六十進制計數器。74161和74160的功能表如圖3-3-3和3-3-4所示， 圖3-3-3 圖3-3-4六十進制計數器的電路連接如圖3-3-5 圖3-3-5六十進制計數器74160的時鐘輸入端連接秒輸入信號，將它的進位輸出信號與74161的時鐘輸入端連接，每過十秒，74160就向74161發出一個時鐘信號，通過

9、與非門和74161的同步清零端Ld，將74161改成六進制計數器，從而整體構成了六十進制計數器。二十四進制計數器連接如圖3-3-6所示 圖3-3-6二十四進制計數器 將74160和74161的異步清零端Cr與與非門的輸出端連接，每當計數到二十四就異步清零，完成二十四進制計數。3.3.4校時電路當時鐘指示的時間與實際時間不符的時候，就需要校時電路來對時鐘顯示的時間進行調整。 圖3-3-7校時電路原理圖 校時電路的基本原理如圖3-3-7所示，通過一個單刀雙擲開關控制接入“時”計數電路的脈沖信號。若要校時，將校時脈沖信號引入“時”計數器，讓其快速計數，在時計數器顯示到需要的數字后再切掉校時信號，引入

10、正常脈沖信號，完成校時功能。校分的原理和校時一樣。校時電路的連接情況如圖3-3-8所示 圖3-3-8校時電路連接3.3.5譯碼顯示電路 譯碼驅動電路是將“秒”、“分”、“時”計數器輸出的8421BCD碼進行編譯，轉換為數碼管需要的邏輯狀態。若將秒、分、時計數器的每位輸出分別于相應七段譯碼器的輸出端連接，在脈沖的作用下便可進行不同的數字顯示。 圖3-3-9 7448的邏輯圖 圖3-3-10 7448的真值表譯碼顯示電路在仿真中的連接情況如圖3-3-11 圖3-3-113.3.6整點報時系統整點報時電路設計為每當是整時前十秒的時候，提示燈點亮，持續十秒，當提示燈熄滅時正好是整點，每隔一個小時提示一

11、次。因為整點報時電路未涉及到“時”，所以只與“分”“秒”計時器有關。記“秒”個位計數器輸出端為A1、A2、A3、A4，“秒”十位計數器輸出端為B1、B2、B3、B4,“分”個位輸出端為C1、C2、C3、C4，“分”十位輸出端為D1、D2、D3、D4，當需要整點報時的時候，D1D2D3D4=0101，C1C2C3C4=1001，B1B2B3B4=0101，只有秒個位正常計數。 D2D4C1C4B2B4 圖3-3-12 圖3-3-13 4.軟件仿真4.1仿真電路圖4.2仿真過程按下仿真開始開關，觀測時鐘是否正常計時。鍵盤上的A和B分別控制著校時和校分，按下A開始校時，再次按下，校時停止；按下B開始

12、校分，再次按下，校分停止。讓鐘表計時到整點，觀測整點指示燈是否點亮。4.3仿真結果 按下仿真開關后，數字鐘可以正常計時，從左至右依次是“時”十位，“時”個位，“分”十位，“分”個位，“秒”十位，“秒”個位。 按下校時開關和校分開關后，可以正常校時和校分。每當到整點時間前十秒的時候，左下角的指示燈會亮起，十秒后熄滅。時鐘計時到23點59分59秒后，會全部清零，重新開始新的一天。 5.結論通過本次設計，使我對已學過的電路、數電、模電等電子技術的知識有了更深一步的了解，鍛煉和培養了自己利用已學知識來分析和解決實際問題的能力。對自己以后的學習和工作有很大的幫助。雖然，在本設計中所用的方案不是最好的，但

13、我想其中的原理是最基本的；雖然其中可能出現的誤差會計較大些，但是是最經濟的和實用的。我相信以后我會設計出更加合理的方案。 6.使用儀器設備清單1.555定時器2.74LS1603.74LS1614.7段譯碼顯示器5. 脈沖發生器6. 74LS907. 74LS308. 74009. 單刀雙擲開關10. 小燈泡 7.參考文獻1. 馬學文，李景宏.電子技術實驗教程.北京：科學出版社.20132. 李景宏，王永軍編著.數字邏輯與數字系統.北京：電子工業出版社，20123.高吉祥，易凡編著.電子技術基礎實驗與課程設計.北京：電子工業出版社，2002 8.收獲、體會和建議 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。經過這次數字電子電路的課程設計，我的數電知識得到鞏固，并且有了一定程度的提高，對數字鐘的工作原理有了比較深刻的理解，對數字電子設計的過程及其涉及的工具有更深入的認識。此次設計立足于電子技術的實際運用，不斷實踐，調試的流程，使我深刻的體會到了在學習我們專業的過程中理論與實踐相結合的重要性，同時也解決了以前學習比較模糊的專業知識點，使自己掌