[详细]Proteus实现纯逻辑数字时钟+流水灯混合电路(无单片机)

电工创新设计性实验

电子数字时钟

一、设计任务与要求

1. 信号源电路：利用直流电源和555 定时器设计1Hz 的振荡电路。需要理解

555 定时器的结构与原理。

2. 时钟电路：使用计时器、与门、非门实现60进制和24 进制，并设计调时

电路和归零电路。

需要深刻理解计时器和逻辑门的功能。

3. 流水灯电路：利用计时器的38 译码器实现流水灯随时间流动。需要掌握计

时器和38 译码器的原理。

、方案设计与论证

（一）方案设计方案一、单片机编程时钟电路方案二、纯逻辑时钟电路（二）方案论证选择方案一、单片机编程时钟电路优点：网络资源多，学习成本低，电路设计简单缺点：需要 C 语言基础方案二、纯逻辑时钟电路优点：成就感高，锻炼主动学习能力缺点：网络资源根本没有，学习时间成本高，电路设计复杂最终选择“方案二”

三、单元电路设计、参数计算、元器件的选择

信号源电路：

振荡电路是数字钟的核心部分，它的频率和

稳定性直接关系到表的精度。因此选择555 定时

器构成的多谐振荡器，其中电容C1为47 微法，

C2为0.01微法，两个电阻R1=R2=10K欧姆。此

时在电路的输出端就得到了一个周期性的矩形波，

其振荡频率为：

f=1.43/ [（R1+2R2）C]

由公式代入R1，R2和C的值得，f=1Hz。即其

输出频率为1Hz 的矩形波信号。

核心元件：555 定时器，电容，电阻

时钟电路：

信号源电路提供稳定的频率，使第一个计数器 1 秒加一，并通过一个与门和

两个非门连接Q1Q3和MR实现累计10 归零，（用两个非门的目的是为了单向传输，避免电位冲突），通过一个与门连接Q0Q3 和下一个计数器相连实现十进制，同样的道理做出了累计6归零，整体实现60 进制，这样秒钟就做好了，相同的方法做出了分钟，由于小时是24进制，所以累计24 归零需要更改复杂，比较费劲。归零电路要保证每条连接MR 的线路都是要用非门实现单向信号传输，而不能用二极管。

核心元件：计数器（CLK接受高电平后计数，MR接受高电平后重置计数，Q0-3输出 4 位二进制）

38译码器（ABC输入3位二进制，Y0-7对应脚输出低电平，其他输出高电平）

非门（输出相反电平）

流水灯电路：信号源电路提供稳定的频率，使计数器1秒加一，并通过连接Q3和MR实现累计8 归零，Q0-3连接38 译码器使流水灯与秒钟联动。

核心元件：

计数器（CLK接受高电平后计数，MR接受高电平后重置计数，Q0-3输出4 位进制）

与门（两个输入端同为高电平，则输出高电平）非门（输出相反电平）

四、总原理图及元器件清单

1．总原理图

总电路

2

五、实验内容与步骤

（一）信号源电路的搭建信号源电路主题为555信号发生器，搭建好信号源电路后，接入示波器，通过电阻的调节保证输出信号为一秒一个高电位信号。

二）构建计时器电路，按照计时器电路连线四）搭建流水灯电路接入实验电路

三）将搭建好的信号源电路接入实验电路

六、测试数据及结果分析

（一）测试数据

1.信号源电路测试数据

2.计时器电路测试数据

（二）结果分析信号源电路实验结果满足一秒输出一个高电位的实验要求，计时器电路满足实际一秒一个读数。

七、结论与心得

我们的结论：在本小组的努力下，实现了时钟电路的计时、调时、归零的功能，同时我们添加的流水灯线路也为时钟电路增添了不少可观赏性。

我们的心得：

通过本次创新实验，我们第一次接触了比较专业的Proteus 电工实验软件，在经过长时间的摸索下，从设计电路，选择元件，研究原理，逐渐对该实验平台有了理解，逐渐熟悉了Proteus的使用。通过小组成员共同探究，共同探讨学习，我们对555 计时器、计数器、逻辑门等电子元件有了很深的了解，并加以应用，小组成员的行动力得到了提升，同时也学习到很多电工学知识。