本文格式為Word版，下載可任意編輯——數電課程設計報告

課程設計報告

設計題目：數字電子鐘設計與實現

班級：學號：姓名：指導教師：設計時間：

摘要

數字時鐘已成為人們日常生活中必不可少的必需品，廣泛于個人家庭以及辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、消遣帶來了極大的便利。由于數字集成電路技術的發展采用了先進的三石英技術，使數字時鐘具有走時確鑿、性能穩定、攜帶便利等優點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領域。盡管目前市場上已有現成的數字時鐘電路芯片出售，價格低廉、使用也便利，但鑒于數字時鐘電路的基本組成包含了數字電路的組成部分，因此進行數定時鐘的設計是必要的。在這里我們將已學過的比較零散的數字電路的知識有機的、系統的聯系起來用于實際，來增養我們的綜合分析和設計電路的能力。

本次設計以數字時鐘為主，實現對時、分、秒數字顯示的計數器計時裝置，周期為24小時，顯示滿為23時59分59秒并具４有校時功能的數電子時鐘。電路主要采用中規模的集成電路，本電路主要脈沖產生模塊、校時模塊、兩個六十進制模塊（分、秒）、一個二十四進制模塊（時）和一個報時規律電路組成。時、分、秒再通過BCD-7段譯碼顯示屏顯示出來。

3.2.2系統原理圖及工作原理

系統具體電路連接狀況如圖2

GNDGNDCKCKCKCKCKCKU24ABCDEFGABCDEFGU25ABCDEFGU13ABCDEFGU15ABCDEFGU6ABCDEFGU84041424344454613121110915144748495051527613121110915145657585960616213121110915143165666768697091011121314151312111091514202322232425261312111091514OAOBOCODOEOFOG1312111091514OAOBOCODOEOFOG~LT~RBI~BI/RBO~LT~RBI~BI/RBO~LT~RBI~BI/RBO~LT~RBI~BI/RBO~LT~RBI~BI/RBOABCDABCDABCDABCD7126354ABCD71263547126ABCDU1274LS48NU1474LS48N71263547126354712653547255U16B7474LS08D6475631413121115354U3B7874LS08D16171887~LOAD~CLR35363432141312111537U21B74LS03N14131211151413121115QAQBQCQDQAQBQCQDQAQBQCQDRCORCORCOQAQBQCQD141312111514131211~LOAD~CLR~LOAD~CLR~LOAD~CLRQAQBQCQDRCOQAQBQCQDCLKCLKCLKENPENTENPENTENPENTENPENTCLKU20B2774LS08DU17AABCDABCDABCD710710710ABCD54RCO74LS160N710~LOAD~CLR~LOAD~CLR34569123456912345691234569121U274LS160NCLK15U18U1974LS160NU107374LS160NRCOU974LS160N354~LT~RBI~BI/RBOU2274LS48NU2374LS48NU574LS48NOAOBOCODOEOFOGU774LS48NOAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOGU174LS160NCLK2ENPENT300710VCC9VU26A9VVCC274LS21N710VCCU11BABCD34569123456U4BVCC674LS00D74LS00D09VVCC78J23J1U27ALTBAEQBAGTBB0A0B1A1765OALTBOAEQBOAGTBB2A2B3A32349101112141311574LS21D3877I2BIPOLAR_CURRENT092U28ALTBAEQBAGTB2349101112141311588Key=SpaceVCC29I1BIPOLAR_CURRENT0U34ALTBAEQBAGTBB0A0B1A1765OALTBOAEQBOAGTBB2A2B3A323491011121413115Key=Space8584U29OR283393381820765OALTBOAEQBOAGTBB0A0B1A1B2A2B3A380VCCU33ALTBAEQBAGTB2349101112141311596U32ALTBAEQBAGTB23491011121413115U31ALTBAEQBAGTB23491011121413115VCCR2100Ω04RSTDISTHRTRICON9V7485N7485N8VCCOUTU3038689765OALTBOAEQBOAGTBB0A0B1A1B2A2B3A39495765OALTBOAEQBOAGTBB0A0B1A1B2A2B3A3999798765OALTBOAEQBOAGTBB0A0B1A1B2A2B3A3LED279LED1VCCR1100Ω9V71R3100Ω7906257485N937485NVCC7485N7485NC1100nF0VCC91GND1C21nFLM555CN9VVCCVCC9VR4100Ω101C4100nF10274LS04DC3100nF10347691280ABCDVCCENPENTU35100U378VCCRSTDISTHRTRICONGND1OUT3BUZZER200Hz100ΩR519U36B25LM555CN0圖2

3.3單元電路設計

3.3.1秒脈沖電路設計

VCCVCCR2100Ω4RSTDISTHRTRICONGND19V8VCCOUTU30371R3100Ω79062591C1100nF0VCC9VC21nFLM555CN

圖3由555構成的多諧振蕩器

電路圖如圖3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。它是數字電子鐘的核心部分，它的精度和穩定度決定于數字中的質量。尋常晶體振蕩器發出的脈沖經過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。

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放電終止，所需時間為：T1=0.7R2C

當C1放電終止時，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2/3VCC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=1Hz

3.3.2時、分、秒計數器電路

一般采用10進制計數器來實現時間計數單元計數功能，要實現這一要求，可選用的中規模集成計數器較多，這里我們選擇使用74LS160。

圖474LS160引腳圖

假使采用反饋清零方式時在計數一遍后進入重新計數時時間間隔不是一個時間脈沖而是兩個，會造成計數不準，例如十進制從0000—0001—0010—??1001—1010（此狀態雖不會顯示但已經出來）—0000。故現在采用反饋置數法實現，以十進制為例0000——0001——0010——??1001——0000（不會出現1010狀態，故很準）其接法電路如圖5圖6。

秒信號經秒計數器、分計數器、時計數器之后。分別得到顯示電路，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。

圖5兩塊74LS160構成的六十進制計數器

采用置數法74LS160的3、4、5、6引腳接地，低位的7、10、1引腳和高位1引腳接高電平，高位7、10引腳接低位15引腳。其14—11引腳接顯示譯碼器的7、1、2、6引腳。

圖6兩塊74LS160構成的二十四進制計數器

（1）六十進制計數器。它由兩塊中規模集成十進制計數器74LS160，一塊組成十進制，另一塊組成六進制。采用置數法時，當高位出現0101狀態，低位為1001狀態，即計到59（第60個脈沖），如圖5所示六十進制計數器。

（2）二十四進制計數器。它由兩塊中規模集成十進制計數器74LS160構成。當高位出現0010狀態，低位為0011狀態，即計到第24個來自“分〞計數器的進位信號時，產生反饋置數信號，如圖6所示為二十四進制計數器。

3.3.3校時電路

在剛接通電源或者時鐘走時出現誤差時，則需要進行時間的校準。因此，應截斷時分的直接計數通路，并采用正常計數信號與校時信號可以切換的電路接入其中。故我們設計了對時、分、秒各自校時的電路。設計原理是：將74ls160的兩個使能端接在一起后接到單刀雙擲開關的公共端，再將進位端和高電平分別接到另外兩端。當開關按下時接入高電平，反之便會接到進位端。

圖7校時部分電路原理圖

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。

校時電路的連接狀況如圖8所示

圖8校時電路連接

3.3.4譯碼顯示電路

選用器件時應當注意譯碼器和顯示器件相互協同。一是驅動功率要足夠大，二是規律電平要匹配秒計數器、分計數器、和時計數器的計數分別輸送給各自的顯示譯碼器74LS48，在數送給各自的數碼管，顯示出時、分、秒的計時。電路如圖9所示為計數、譯碼顯示電路。

圖9譯碼顯示電路

圖1074LS48引腳圖

這里采用74LS48作為顯示譯碼器，A0~A3接74LS160的QA~QD端3、4、5引腳都接高電平，9~15端接七段數碼管。七段數碼管引腳圖如下圖11（共陰極）

圖11七段數碼管引腳圖

譯碼顯示電路在仿真中的連接狀況如圖12

圖12

3.3.5定時電路設計

每當數字時鐘計時與所設定的時間一致時開始發出5s的響聲，響聲是從第1s開始到第6s,響聲的頻率一樣，即所發出的聲音是一樣的沒有變化。定時電路即規律見下圖13。

圖13定時響5s真值表

由卡諾圖可以計算出定時響5s的規律，其規律電路連接見下圖14

VCC100R4100Ω101C4100nF103C3100nF8VCC47625RSTDISTHRTRICONGND1OUT3U35U37BUZZER200Hz100ΩR5LM555CN0

圖14響5s規律電路連接4.軟件仿真

4.1仿真電路圖

GNDGNDCKCKCKCKCKCKU24ABCDEFGABCDEFGU25ABCDEFGU13ABCDEFGU15ABCDEFGU6ABCDEFGU84041424344454613121110915144748495051527613121110915145657585960616213121110915143165666768697091011121314151312111091514202322232425261312111091514OAOBOCODOEOFOG1312111091514OAOBOCODOEOFOG~LT~RBI~BI/RBO~LT~RBI~BI/RBO~LT~RBI~BI/RBO~LT~RBI~BI/RBO~LT~RBI~BI/RBOABCDABCDABCDABCD7126354ABCD71263547126ABCDU1274LS48NU1474LS48N71263547126354712653547255U16B7474LS08D6475631413121115354U3B7874LS08D16171887~LOAD~CLR35363432141312111537U21B74LS03N14131211151413121115QAQBQCQDQAQBQCQDQAQBQCQDRCORCORCOQAQBQCQD141312111514131211~LOAD~CLR~LOAD~CLR~LOAD~CLRQAQBQCQDRCOQAQBQCQDCLKCLKCLKENPENTENPENTENPENTENPENTCLKU20B2774LS08DU17AABCDABCDABCD710710710ABCD54RCO74LS160N710~LOAD~CLR~LOAD~CLR34569123456912345691234569121U274LS160NCLK15U18U1974LS160NU107374LS160NRCOU974LS160N354~LT~RBI~BI/RBOU2274LS48NU2374LS48NU574LS48NOAOBOCODOEOFOGU774LS48NOAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOGU174LS160NCLK2ENPENT300710VCC9VU26A9VVCC274LS21N710VCCU11BABCD34569123456U4BVCC674LS00D74LS00D09VVCC78J23J1U27ALTBAEQBAGTBB0A0B1A1765OALTBOAEQBOAGTBB2A2B3A32349101112141311574LS21D3877I2BIPOLAR_CURRENT092U28ALTBAEQBAGTB2349101112141311588Key=SpaceVCC29I1BIPOLAR_CURRENT0U34ALTBAEQBAGTBB0A0B1A1765OALTBOAEQBOAGTBB2A2B3A323491011121413115Key=Space8584U29OR283393381820765OALTBOAEQBOAGTBB0A0B1A1B2A2B3A380VCCU33ALTBAEQBAGTB2349101112141311596U32ALTBAEQBAGTB23491011121413115U31ALTBAEQBAGTB23491011121413115VCCR2100Ω04RSTDISTHRTRICON9V7485N7485N8VCCOUTU3038689765OALTBOAEQBOAGTBB0A0B1A1B2A2B3A39495765OALTBOAEQBOAGTBB0A0B1A1B2A2B3A3999798765OALTBOAEQBOAGTBB0A0B1A1B2A2B3A3LED279LED1VCCR1100Ω9V71R3100Ω7906257485N937485NVCC7485N7485NC1100nF0VCC91GND1C21nFLM555CN9VVCCVCC9VR4100Ω101C4100nF10274LS04DC3100nF10347691280ABCDVCCENPENTU35100U378VCCRSTDISTHRTRICONGND1OUT3BUZZER200Hz100ΩR519U36B25LM555CN0

4.2仿真過程

按下仿真開始開關，觀測時鐘是