数字电子技术课程设计论文

数字电子技术课程设计报告

2011年5 月10 日

数字电子钟

一、课程设计目的

（1）培养综合性数字电路的设计能力

（2）掌握数字电子钟的设计、组装和调试方法

二、课程设计内容及要求

（1）设计一个数字电子钟电路，要求按12小时制直接显示“时”、“分”、“秒”，当电路发生走时误差时，要求电路具有校时功能。

（2）用中小规模集成电路组成数字电子钟，并在面包板上组装、调试

（3）画出基本逻辑框图和各单元电路图，并写出设计、实验总结报告

三、数字电子钟的设计、安装与调试

1．工作原理

数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器和校正电路组成。整个系统的时基信号直接决定计时系统的精度，一般用555构成的振荡器加分频器来实现。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12进制计数器，可以实现12翻1。译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过六位LED 显示器显示出来。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。

2．总体电路设计

图1 数字钟系统组成框图

3．单元电路设计安装与调试

（1）秒脉冲信号发生器——555振荡器、分频器

秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分，其精度和稳定度决定了数字钟的质量。由振荡器和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1KHZ脉冲。其原理是0.7(2R3+R4+R5)C4=1ms，f=1/t=1KHZ。计时是1HZ的脉冲才是1S计一次数，所以需要分频才能得到1HZ的脉冲。

分频器：分频器功能主要有两个，一是产生标准秒脉冲信号，一是提供校正电路所组要的信号。由于震荡器输出的频率很高，所以需一定级数的分频电路。本设计方案中的分频器主要功能有两个：一是产生标准“秒”信号，二是提供整点报时电路所需要的1KHz的高音信号和500Hz的低音信号。这里选用三片中规模集成电路计数器74LS90即可满足上述功能，因三片级联则可获得所需频率信号，即第一片的Q0输出频率为500Hz，第二片的Q3输出频率为10Hz，第三片的Q3输出频率为1Hz。其电路图如图2所示。

图2 脉冲信号发生器

（2）计数器

➢60进制计数器

由74LS90和74LS92构成60进制计数器，将74LS90设计成10进制加法计数器，74LS92设置6进制加法计数器。当74LS90计数到6时进行反馈清零，秒计数器的十位除用作自身清零外，还要作为分计数器的输入脉冲。下面电路既可作为秒

计数器，也可作为分计数器。电路图如图3所示。

图3 60进制计数器

➢12进制计数器

时计数器是一个“12翻1”的特殊进制计数器，即当数字钟运行到12时59分59秒，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲是，数字钟应自动显示为01时00分00秒，实现日常生活中习惯用的计时规律。选用74LS191和74LS74。电路图如图4所示。

图4 12进制计数器

（3）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。用与驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS48。74LS48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译码管的输入端，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。电路图如图5所示。

图5 译码显示电路

4．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。K1、K2分别是时校正、分校正开关。不校正时，K1、K2开关是闭和的。当校正时位时，需要把K1开关打开，然后用手拨动K3开关，来回拨动一次，就能使时位增加1，根据需要去拨动开关的次数，校正完毕后把K1开关闭上。校正分位时和校正时位的方法一样。其电路图如图6所示。

图6 校正电路

5．系统联调

（1）组装调试数字钟电路，调节输入脉冲的频率，观察当秒显示器显示“59”，分显示器是否加1且秒显示器跳回到“00”开始加法计数至59，当分显示器和秒显示器显示“59 59”，时显示器是否加1且分显示器和秒显示器归“00 00”状态，秒显示器开始进行下一轮计数。当开关M拨至校分状态开关H处于计时状态时，观察分显示器是否自动校分，当开关H拨至校时开关M处于计时状态时，观察时显示器是否自动校时。数字钟电路的联调要注意各部分之间的时序配合关系，然后检查各部分的功能，使其满足设计要求。

（2）设计过程中遇到的问题及其解决方法

❖当接通电源时，分显示器和秒显示器只有分显示器在计数，秒计数器显示器的7个二极管都不亮，并且分显示器一直在跳动，而实际生活中是60次秒

脉冲才会有分显示器的加1计数。经调试发现问题，由555定时器和分频

器发出的秒脉冲并没有送入秒计数器，分显示器一直在跳动说明脉冲发生

器的脉冲是准确的，可能是由于分显示器正处于校分状态所以一直在跳动。

将秒脉冲送至秒计数器并将开关M拨至计数状态，即可解决问题。

❖LED显示器的显示数字的发光二极管有些不亮，不能构成完整的0~9数字，检查显示器的10个引脚接线，发现有些引脚接错至74LS48译码器，重新

连接引脚线路后，接通电源，显示无误。

❖在连接时显示器的过程中，时显示器不产生进位，也就是当分、秒显示器均显示“59”时，时显示器没有加1，用二极管测试分计数器的进位信号，当

分显示器由“59”跳至“00”时，二极管是否会产生由亮到灭的瞬时下降

沿状态，发现并无此现象，调试后发现是接错进位信号，重新接线后时显

示器能正常进位。