多功能数字钟设计实验报告

《数字电路与逻辑设计实验》实验报告题目数字钟电路设计

学院：信息工程学院系电子信息工程

专业：

班级：

学号：

学生姓名：

同组同学：

指导教师：

递交日期：

多功能数字钟设计

一、实验目的

1、综合应用数字电路知识，提高逻辑电路设计能力；

2、学习使用protel或Altium designer进行电子电路的原理图设计、印制电路板设计；

3、学习电路板制作、安装、调试技能和设计流程；

4、了解数码管，译码器，555定时器及以下中规模器件的逻辑功能和使用方法。

二、设计任务和设计要求

1、设计一多功能数字钟并进行仿真和PCB板制作。

2、基本功能：准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间。

3、扩展功能：校正时间，定时控制，正点报时。

三、设计方案

1、数字钟设计方案基本框图如下

2、各模块设计原理

1.时的设计：

时的计数以24小时为周期，按通常的习惯，24小时计数器的计数序列为00，01，…，22，23，00，…，即当计数到23小时59分59秒时，再来一个秒脉冲，计数器就进到00时00分00秒。这样，可利用反馈置数或反馈清零法进行二十四进制计数，本实验采用74LS161进行设计。

2.分、秒的设计：

分和秒计数器都是模M=60的计数器。计数规律为00，01，…，58，59，00，…。它们的个位都是十进制，而十位则是六进制。

3.译码显示：

将计数器和闹钟输出的4位二进制代码，译码显示出相应的十进制数状态，可利用显示译码器和数码管实现。

4.校时电路：

校时可用1s 脉冲快速校正，也可手动产生单次脉冲慢校正至时或者分计数器。可设置不同脉冲来控制实现校正或正常计数。

5.定时控制：

数字钟在指定的时刻发出信号，实现闹钟功能，通过数据选择器使得在设定闹钟是可在数码管上显示设定时间而不影响正常计数。

6.正点报时：

每当数字钟计时快要到正点时发出声响，通常按照4低音1高音的顺序发出间断声响，以最后一声高音结束的时刻为正点时刻，即当分达到59，秒达到50开始发出声响，50、52、54、56、58、60（高音）。

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3、各模块设计原理图

1.总体设计图

2.各模块电路原理图及实验仿真结果

3.1）计数模块电路原理图，如图1所示

图1

2）显示译码模块时钟正常计数模拟结果，如图2所示

图2

3）闹钟模块原理图如图3所示

闹钟设定电路

闹钟和正常时钟比较模块电路

图3

4）整点报时模块电路原理图如图4

图4 5）秒脉冲产生电路原理图，见下图5

图5

五、系统设计与实现

1、总电路图（见附页）

2、工程变化订单（见附页）

3、PCB图（见附页）

4、3D图（见附页）

六、总结

通过本次软件仿真设计实验收获很多，耗时也比较多，从一开始的基本模制计数器的设计到最后数字钟的形成都经历了很多困难，但最终还是解决并成功的完成了多功能数字钟的设计。首先说一下遇到的问题主要有一下6点。

1、对Altium designer 软件的基本操作不熟悉，一边摸索一边画图（包括元器件查找、元件布局和布线，环境配置等）；

2、在进行整点报时模块和闹钟模块设计的时候面临的问题是蜂鸣器的高低音无法区分，整点报时的时候蜂鸣器只要满足条件就一直响，没有高低音的区别，在进行闹钟设计的时候更加困难，一开始只能在电路里设计不可调节的闹钟设计到后来的任意时刻的设置且在数码管上显示不影响正常计数，一开始想着通过控制场效应的导通选择正常计数的数据和闹钟设定的数据在数码管上显示，但是一试发现不行，后来想到一种方案就是通过数据选择器实现2路数据的选择，只需要通过一个开关控制数据选择器的地址代码就可以选择出一路数据，因此闹钟的设定模块成功设计出来，但是在进行正常时钟与闹钟比较的时候又被卡住了，最后就通过异或门和与非门构建出同或门实现正常时钟和闹钟的时间比较二达到闹钟的功能。

3、画PCB图的时候因为用的是Altium designer元器件封装不全；

4、PCB布线环境设置也是一个难点，刚入门PCB对布线环境不清楚；

5、元器件布局特别困难，为了板子的美观和布线更加容易必须考虑很多因素才决定一个元器件的位置；

6、布线的时候使用了10多根跳线，这个过程中连线的难以基本取决于布局的工作和环境设置。

收获又以下几点：

1、对系统设计的认识更加深入，逻辑设计能力得到很大的提高，各种软件的使用也更加熟练；

2、虽然在整个过程中遇到很多问题，但是通过查资料自己把问题解决还是很开心的，使得我对资料的收集和整理能力得以提高，资源获取速度大大加快，获取资源的途径更加丰富。