简易数字钟的设计与实现

华中科技大学

《电子线路设计、测试与实验》实验报告

实验名称：简易数字钟的设计与实现

院（系）：电子与信息工程学院

专业班级：

姓名：

学号：

时间：2013.12.18

地点：

实验成绩：

指导教师：

2013 年12 月26 日

一．实验目的

1、掌握40161的逻辑功能及使用方法；

2、掌握同步计数器的设计与实现方法；

3、掌握译码、显示电路的构成及使用方法；

4、学习小型数字电路设计、组装与调试的方法。

二．实验内容与具体要求

组装数字钟实现计时、清零、校时、与定时闹钟功能。

1．用161设计并组装60进制计数、译码、显示电路；

2．CP=1Hz时，利用数码管调试60进制计数、译码、显示电路观察并记录实验结果；

3．CP=1kHz时（信号源），观测并记录60进制计数器个位输出Q0，Q1，Q2，Q3以及CP的波形，比较它们的时序关系；

4．利用发光二极管搭建60进制计数器个位输出的显示电路；

5．设计并组装24进制计数、译码、显示电路；

基本功能要求：

1.准确计时，以数字形式显示时、分的时间；

2.小时的计时要求为“24进制”，分的计时要求为60进位；

3.校正时间。

当数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间（或称校时）。校时是数字钟应具备的基本功能。对校时电路的要求是，在小时校正时不影响分的正常计数；在分校时不影响小时的正常计数。

三．计数器40161以及74LS192的逻辑功能及其应用

1.40161的逻辑功能：

左图为40161的引脚图，右图为40161的真值表，其时序波形图如下：

清零

预置

输出

数据输入

利用40161可搭建60进制的分计数器： 利用串行进位，其电路图如下：

2. 74LS192的逻辑功能：

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：

利用74LS192芯片可搭建24进制的时计数器：其电路图如下：

该单元电路是由两片74LS192可逆计数器芯片和一个与门构成的24进制计数器电路，它的地位脉冲信号由分钟计数器单元电路的进位信号体统，它为小时显示电路提供驱动信号。

四．译码显示电路的构成

1.CD4511译码器

CD4511是一个用于驱动共阴极LED （数码管）显示器的BCD 码—七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS 电路能提供较大的拉电流。

其引脚图如下：

用CD4511实现LED 并行接口方法如下图：

2. 共阴七段显示器

一个LED 数码管可用来显示一位0--9十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2～2.5V ，每个发光二极管的点亮电流在5～10mA 。 LED 数码管要显示BCD 码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。 图为共阴管的电路以及引脚功能图：

a b

e d c g

p

f p

c b e

f a

g d

五．闹钟功能的电路

7时59分对应数字钟的十个位计数器的状态为(Q3Q2Q1Q0)H1=0111，分十位计数器的状态为(Q3Q2Q1Q0)M2=0101，分个位计数器的状态为(Q3Q2Q1Q0)M1=1001,。将上述计数器输出为1的所有输出端经过与门电路去控制音响电路，可以使音响电路正好在7点59分响，持续1分钟后（即8点时）停响。所以闹钟控制信号Z的表达式为Z=(Q2Q1Q0)H1(Q2Q0)M2(Q3Q0)M1*M，M为上午信号输出，M=1；

用与非门实现其逻辑功能，其中74LS20为4输入2与非门，74LS03为集电极开路（OC门）的2输入4与非门，因OC门的输出端可以进行“线与”，使用时在它们的输出端与电源+5V之间接一电阻R，其电路图如下：

六．校时电路的设计

下图为校时、校分、电路。其中S1为校分的控制开关，S2为校时的控制开关。校时脉冲采用分频器输出的1Hz脉冲，当S1或者S2分别为0时，可进行校时。

七．数字钟总体电路

如图所示，数字钟电路系统由主体电路和扩展电路两大部分组成。其中，主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能：

电路图如下：

按照电路图，可搭建如图所示的电路：分别为计时功能和闹钟功能：

八．实验总结和体会

设计之初没有一点信心，感觉设计复杂没有一丝头绪，但是后来结合所学的数字电子技术知识，并且与同学进行交流开始逐步构想、设计、运行检测。现将心得体会总结如下：

1. 开始设计之前必须有一个整体的构想，考虑周到，由于接线较多一旦出现错误

较难发现和改正，这样可以避免后期调试时出现较少的问题；

2. 列出几个方案进行比较选出最简单易行的方案，并进行理论上的排检；

3. 在设计某些模块的时候无法把握住整体，这时可以先进行小部分功能的实现，

在此基础上进行改进，虽然可能会多花一些时间，但这比空想要有效的多；

4. 电路连接尽量整洁有序，使各项功能的连接一目了然，方便查看及排查故障；

5. 很多难点的突破都来自于与同学的交流，交流使自己获得更多信息，开拓了思

路，因此要重视与别人的交流；

6. 应该有较好的理论基础，整个实验都是在理论的指导下完成了，设计过程中使

用了许多理论课上学的内容，如真值表、卡诺图等；

本次设计把理论应用到了实践中，同时通过设计，也加深了自己对理论知识的理解和掌握。

总体来说，本设计要求有耐心和细心，有效结合了理论与实践，将我们所学的书本知识，运用于实践，培养了我们发现和解决问题的能力。