数字电路数字时钟课程实验报告

数字时钟设计实验报告

一、设计要求：

设计一个24小时制的数字时钟。

要求：计时、显示精度到秒；有校时功能。采用中小规模集成电路设计。

发挥：增加闹钟功能。

二、设计方案：

由秒时钟信号发生器、计时电路和校时电路构成电路。

秒时钟信号发生器可由振荡器和分频器构成。

计时电路中采用两个60进制计数器分别完成秒计时和分计时；24进制计数器完成时计时；采用译码器将计数器的输出译码后送七段数码管显示。

校时电路采用开关控制时、分、秒计数器的时钟信号为校时脉冲以完成校时。

三、电路框图：

图一数字时钟电路框图

四、电路原理图：

（一）秒脉冲信号发生器

秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。

振荡器: 通常用555定时器与RC构成的多谐振荡器，经过调整输出1000Hz

脉冲。

分频器: 分频器功能主要有两个，一是产生标准秒脉冲信号，一是提供功能

扩展电路所需要的信号，选用三片74LS290进行级联，因为每片为1/10分频器，三片级联好获得1Hz标准秒脉冲。其电路图如下：

译码器译码器译码器时计数器分计数器秒计数器校时电路

秒信号发生器

图二秒脉冲信号发生器

（二）秒、分、时计时器电路设计

秒、分计数器为60进制计数器，小时计数器为24进制计数器。

60进制——秒计数器

秒的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，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：利用十进制计数器CD40110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位，当十位计数器由0增加到5时利用74LS11与门产生一个高电平接到个位、十位的CD40110的清零端，同时产生一个脉冲给分的个位。其电路图如下：

图三 60进制--秒计数电路

60进制——分计数电路

分的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，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，利用十进制计数器CD40110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位，当十位计数器由0增加到5时利用74LS11与门产生一个高电平接到个位、十位的CD40110的清零端，同时产生一个脉冲给时的个位。其电路图如下：

图四 60进制--分计数电路

24进制——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，连在十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74LS11与门产生一个清零信号，将所有CD40110清零。其电路图如下：

图五 24进制--时计数电路

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。用以驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS148。74LS148是BCD-7段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。若将秒、分、时计数器的每位输出分别送到相应七段数码管的输入端，便可以进行不同数字的显示。在译码管输出与数码管之间串联电阻R作为限流电阻。其电路图如下：

图六译码显示电路

校时电路

校时电路是数字钟不可缺少的部分，每当数字钟与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。一般电子表都具有时、分、秒等校时功能。为了使电路简单，在此设计中只进行分和小时的校时。“快校时”是通过开关控制，使计数器对1Hz校时脉冲计数。图中S1为校正用的控制开关，校时脉冲采用分频器输出的1Hz脉冲，当S1为“0”时可以进行“快校时”。其电路图如下：

图七校队电路

五、实验方法：

1、秒脉冲产生部分

采用555多谐振荡器产生1HZ频率信号，作为秒脉冲及整体电路的信号输入部分。其仿真电路图如下图所示：

图八秒脉冲发生器仿真电路

2、计数电路

电子钟计时分为小时、分钟和秒，其中小时为二十四进制，分钟和秒均为六十进制，输出可以用数码管显示，所以要求二十四进制为00000000~00100100计数，六十进制为00000000~01100000计数，并且均为8421码编码形式。

（1）小时计数——二十四进制电路仿真

用两片74LS160N（分A片、B片）设计一个一百进制的计数器，在24（00100100）处直接取出所有为1的端口，经过输入与非门74LS00D，再给两个清零端CLR。使用74LS160N异步清零功能完成二十四进制循环，计数范围为0~23。然后用七段显示译码器74LS47D将A、B两片74LS160N的输出译码给LED数码管。仿真电路如图九所示。：

图九 24进制——时计数器仿真电路

（2）分钟、秒计数——六十进制电路仿真

此电路类似于二十四进制计数器，采用74LS160N设计出一百进制的计数器，在60（01100000）处直接取出所有为1的端口，经过输入与非门74LS00D，再给两个清零端CLR。使用74LS160N异步清零功能完成六十进制循环，计数范围为0~59。然后用七段显示译码器74LS47D将A、B两片74LS160N 的输出译码给LED数码管。仿真电路如图所示：

图十 60进制——秒计数器仿真电路

图十一 60进制——分计数器仿真电路

（四）校时校分（秒）电路。

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。这里利用两个与非门加一个单刀双掷开关来实现校时功能。第一个74LS00D与非门的输入端一端接清零信号，另一端接第二个与非门的输入端，第二个74LS00D的输入端一端接计数脉冲，另一端接一个单刀双掷开关。开关接通的一段接地，另一端接高电平。当开关打到另一端时，时或分的个位就单独开始计数，这样就能实现校时功能。其电路图如图所示：