南京航空航天大学数子电路与系统设计数字时钟实验课程设计实验报告

南京航空航天大学
数子电路与系统设计实验数字闹钟
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2013年12月
目录
1.设计目的------------------------------------------------------------------3
1.1设计指标------------------------------------------------------3
1.2设计要求------------------------------------------------------3
2. 功能原理------------------------------------------------------------------3
2.1 数字钟的基本原理---------------------------3
2.2 原理框图-----------------------------------------------------4
3. 功能模块------------------------------------------------------------------4
3.1 振荡电路----------------------------------------------------4
3.2 秒计数电---------------------------------------------------4
3.3 分计数电路--------------------------------5
3.4 时计数电路--------------------------------6
3.5 显示电路-----------------------------------------------------6
3.6 校时电路-----------------------------------------------------7
3.7 定时起闹部分------------------------------------7
4. 系统电路总图------------------------------------------------------------7
5. 附加功能------------------------------------------------------------------7
6. 遇到的问题及解决方法-------------------------------------------------8 7．经验体会------------------------------------------------------------------8 8．参考文献------------------------------------------------------------------8
1. 设计目的
数字钟是一种用数字电路技术实现时、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，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。

因此，我们此次设计数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。

而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。

且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路。

通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。

1.1设计指标
1. 时间以24小时为一个周期；
2. 显示时、分、秒；
3. 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；
4. 可以闹铃
1.2 设计要求
1、电路设计原理说明
2、硬件电路设计(要求画出电路原理图及说明)
3、实物制作：完成的系统能达到题目的要求。

2. 功能原理
2.1 数字钟的基本原理
数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、LED数码管、校时电路、整点报时电路等组成。

工作原理为时钟源用以产生稳定的脉冲信号，作为数字种的时间基准，要求震荡频率为1HZ，为标准秒脉冲。

将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。

“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。

“时计数
器”采用24进制计数器，可以实现24小时的累计。

LED 数码管将“时、分、秒”计数器的输出状态显示。

校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。

2.2 原理框图
3. 功能模块
3.1 振荡电路
多谐振荡器也称无稳态触发器，它没有稳定状态，同时无需外加触发脉冲，就能输出一定频率的矩形波形（自激振荡）。

用555实现多谐振荡，需要R1，R2和电容，并接+5V 的直流电源。

振荡周期：T=0.69(R1+2R2)C
其中当R1=1.5K ，R2=2.5K ，C=220uF 时，T=1s
3.2 秒计数电路
时显示 分显示 时译码 分译码
时计时 分计时 校准 启闹 秒计时 秒信号 单稳态电路 闹铃
秒的个位部分为逢十六进一，十六位部分为逢十六进一，从而共同完成60进制计数器。

当计数到59时清零并重新开始计数。

秒的个位部分的设计：利用十六进制计数器74LS163设计10进制计数器显示秒的个位。

个位计数器由0增加到9时产生进位，连在十六位部计数器脉冲输入端CP，从而实现10进制计数和进位功能。

利用74LS161和74LS11设计6进制计数器显示秒的十六位，当十六位计数器由0增加到5时利用74LS11与门产生一个高电平接到个位、十六位的74LS163的清零端，同时产生一个脉冲给分的个位。

方案1：同步方式，采用两篇74LS163，此方式较为复杂。

方案2：异步方式，采用两篇74LS163，此方案较为简单。

对比以上两种方案，选方案2.电路原理图如下
CP1
60进制--秒计数电路
3.3 分计数电路
分的个位部分为逢十六进一，十六位部分为逢十六进一，从而共同完成60进制计数器。

当计数到59时清零并重新开始计数。

秒的个位部分的设计：来自秒计数电路的进位脉冲使分的个位加1，利用十六进制计数器74LS163设计10进制计数器显示秒的个位。

个位计数器由0增加到9时产生进位，连在十六位部计数器脉冲输入端CP，从而实现10进制计数和进位功能。

利用74LS161和74LS11设计6进制计数器显示秒的十六位，当十六位计数器由0增加到5时利用74LS11与门产生一个高电平接到个位、十六位的74LS163的清零端，同时产生一个脉冲给时的个位。

方案1：同步方式，采用两篇74LS163，此方式较为复杂。

方案2：异步方式，采用两篇74LS163，此方案较为简单。

对比以上两种方案，选方案2.电路原理图如下
CP1
60进制--分计数电路
3.4 时计数电路
来自分计数电路的进位脉冲使时的个位加，个位计数器由0增加到9是产生进位，并且清零，连在十六位计数器脉冲输入端CP，当十位计到2且个位计到3是经过与门产生置零信号，将所有74LS163置零。

Array
CP
24进制--时计数电路
3.5 显示电路
由74LS163产生十六进制数字，再由4511驱动数码管显示出来。

这里的LED 数码管是采用共阴的方法连接的。

3.6 校时电路
有两种可选方案：
方案1：
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。

这里利用轻触开关来实现校时功能，轻触开关的一端接高电平，另一端接时或分的个位74LS163的CP，当按下轻触开关时，时或分的个位就会加1，这样就能实现校时功能。

方案2：通过预置数功能吧指定的时间输入电路中。

比较两种方案，考虑到第二种方案可能更不稳定，并且过于复杂，选方案1。

3.7 定时起闹部分
1)正点起闹，不要求分
2)使用2片74LS138，分别选出小时的十位和个位
3)小时十位为0～2，3-8译码器只使用前2个输入端，小时个位为0～9，3-8
译码器只有3个输入端，会丢失几个时间点：8点、9点、18点、19点
4)还应控制起闹时间的长短，用74LS123构成单稳态触发器
原理框图
小时
（十位）
（个位）
4. 系统电路总图
将设计的各个单元电路进行级联，得到数字电子钟系统电路原理图见附录1。

5. 附加功能
可以手动实现小时的12进制和24进制的转换。

6. 遇到的问题及解决方法
在仿真及实际调试电路时，遇到很多的问题。

主要有以下几个问题:
1)对仿真软件不熟悉，导致很多功能不会用。

解决方法：在网上找相关的
教程同时在图书馆查找相关的资料；
2)用的mutlism中有几种芯片找不到。

3)实际电路搭建过程中，出错的概率很大。

解决方法:搭建每部分后仔细检
查电路；
4)调试的过程中，很多功能出不来。

解决方法：这种情况大部分都是电路
搭建出错，另一个原因就是理论设计存在问题。

7．经验体会
通过三天的努力，不断调试和不断的修改电路原理图，最终做出了比较理想的数字闹钟。

的通过这次对数字电子钟的设计作，让我了解了电路设计的基本步骤，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路先进行软件模拟仿真再进行实际的电路制作。

但最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。

而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。

所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。

通过和队友的合作分工，让我进一步认识到团队的重要性。

8．参考文献
《电子线路设计与应用》高等教育出版社臧春华主编
《数字电子技术基础》机械工业出版社王友仁等编。