(完整版)数字电路课程设计--数字时钟

《数字时钟》技术报告

概要

数字钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24 小时，显示满刻度为23 时59 分59 秒。一个基本的数字钟电路主要由秒信号发生器、“时、分、秒、”计数器、译码器及显示器组成。由于采用纯数字硬件设计制作，与传统的机械表相比，它具有走时准，显示直观，无机械传动装置等特点。

本设计中的数字时钟采用数字电路实现对“时” 、“分”、“秒” 的显示和调整。通过采用各种集成数字芯片搭建电路来实现相应的功能。具体用到了555 震荡器，74LS90 及与非，异或等门集成芯片等。该电路具有计时和校时的功能。

在对整个模块进行分析和画出总体电路图后，对各模块进行仿真并记录仿真所观察到的结果。

实验证明该设计电路基本上能够符合设计要求！

一、系统结构。

（1）功能。此数字钟能显示“时、分、秒”的功能，它的计时周期是24 小时，最大能显示23 时59 分59 秒，并能对时间进行调整和校对，相对于机械式的手表其更为准确。

2）系统框图

系统方框图 1

（3）系统组成。

1.秒发生器：由555 芯片和RC 组成的多谐振荡器，其555 上3 的输出频率由接入的电阻与电容决定。

2.校时模块：由74LS03 中的4 个与非门和相应的开关和电阻构成。

3.计数器：由74LS90 中的与非门、JK 触发器、或门构成相应芯片串接得到二十四、六十进制的计数器，再由74LS90 与74LS08 相连接而得到秒、分、时的进分别进位。

4.译码器：选用BCD 锁存译码器4511，接受74LS90 来的信号，转换为7 段的二进制数。

5.显示模块：由7 段数码管来起到显示作用，通过接受CD4511 的信号。本次选用的是共阴型的CD4511 。

二、各部分电路原理。

1.秒发生器：555 电路内部（图2-1）由运放和RS 触发器共同组成，其工作原理由8处接VCC ，C1 处当

Uco=2/3Vcc>u11 时运放输出为1，同理C2 也一样。最终如图3 接口就输出矩形波，而形成的秒脉冲。

图 2-2 555 功能表

2.校时模块：校时模块主要由74LS03中的4个与非门构成（图2-3），由其功能图看得出只要有一个输入端由H 到L 或者从L 到H 都会使输出端发生高低变化。因此通过开关的拨动产生高低信号从而对时、分处的计数器起到调数作用。

图3-3 74LS03 功能图

3.计数器：通过74LS90 来计数，由14 接脚INPUT 为秒脉冲信号输入端，从而使输出端到CD4511 上产生10 进制数，这里相互之间的74LS90 的连接能相应的产生60 进制和24 进制数，由个位到十位是当各位控制的74LS90 输出到8、9 是Qd 变为H，又从9到0 是Qd变为低，从而使十位74LS90 的14 接口输入由H 到L 进一位（图2-5 和图2-7 ）。关于24 进制和60 进制的控制是由74LS08 控制的，如图2-5 所示74LS08 控制的是60进制数，当Qb、Qc 输出高电平时，即此时数码管显示的60，74LS08 的与门输出H ，到74LS90 的R0（1）、R0（2）从而达到清零的

作用，与此同时又到下一时

钟处的 74LS90 的 14 接口处而达到进位作用。同理 24 进制 就是把十位上的 Qb 和个位上的 Qc 与 74LS08 上的与非门相 连而达到清零作用。

图 2-5

图 2-6

Reset Inputs 复位输入

输出 R0

(1)

R0 (2) R9 (1) R9 (2) Q D Q C Q B QA H H L X L L L L

图2-7

4.显示模块：显示模块由CD4511 和数码管组成。其功能表

如图2-8 和图2-9 所示。

图2-8

图2-9

三、装配与调试

整个装配过程分为四各阶段过程：

555 1.秒脉冲信号模块：在焊接结束后接上正负极，看 上 3 接口处的发光二极管的是否能亮，来判断是否成功 2. 秒显示模块：焊好秒显示模块时，接上 555 秒脉冲模 块发现不能正常工作，数码管都显示 00，后来又看电路图， 原来 74LS90 上的 2、3 接口并没有接上，原电路图是接上 74LS08 后才能正常工作。后来由使 74LS90 上的 2、3 接地， 就能正常工作了。

3. 时、分显示模块：其实这一模块和秒显示模块接线都 一样的，所以焊上后用同样用 555 秒脉冲模块一样调试都能 正常工作。

4. 校时模块：这也是最后调试模块（总调试） ，这个过程 前面调试都没有问题，接下来会有问题的话，就是时、分、 秒模块的连接问题或者是校时电路的问题， 也可能是 74LS08 的连接问题，当然还可能是芯片问题。这次调试要达到的效 果就是总的效果，走秒、走分、走时以及可以调数。还好最 后没出问题，总的效果没问题。

四、技术总结。

本电路采用纯数字电路制作，刚开始也是不知道怎么 下手，总的制作过程分为三个过程：

1.制作前期： 从图书馆借阅图书查找相应的课题， 并从 网上查找相应的课设和论文，最终决定选定制作数字时钟。

2.制作中期： 从相应的图书和论文中选定电路图， 本组 三人分模块去弄，各自把各自的模块搞懂，并一定时间相应 讨

论进度，了解整个模块的运行原理。用Protues 仿真软件

555

进行相应的仿真（图1-1 ），并能成功运行运行。在仿真中对原电路图进行了一定的修改，原来的分频板块取消了（分频模块目的是降低555 脉冲的输出频率），由于可以通过改变555 模块的电阻和电容，从而得到1 秒脉冲，就直接就接上555 秒脉冲电路。本来打算用晶振来做秒脉冲的但是觉得555 报警电路以前做过觉得简单就用555 秒脉冲电路，并且显示模块在实际焊接的时候数码管没有4 段的，就利用电子实习时做八路抢答器时显示模块是利用CD4511 接上的，最后就采用CD4511 （图4-2）。

3.制作后期：从仿真的电路图中确定元器件，去采购相应的元器件，并通过Protues 软件对电路进行了相应的排版（图4-3 ），最后开始焊接电路，一点一点的进行调试。

图4-1