课程设计

一、设计目的

1、了解计时器主体电路的组成及工作原理；

2、掌握采用异步时序电路设计方法实现课题要求；

3、熟悉集成电路及有关电子元器件的使用。

二、设计任务说明

数字钟电路是一块独立构成的时钟集成电路专用芯片。它集成了计数器、比较器、振荡器、译码器和驱动等电路，能直接驱动显示时、分、秒、日、月，具有定时、报警等多种功能，被广泛应用于自动化控制、智能化仪表等领域。

数字电子钟的电路组成方框图如图2-1所示。

图2-1 数字电子钟电路框

数字电子钟由石英晶体振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器，校时电路，六十进制计数器及二十四进制计数器，以及秒、分、时的译码显示部分等组成。

三、设计要求

1、根据数字电子钟的电路组成方框图和指定器件，完成数字电子钟主题电路设计及调试。

2、设计一台能直接显示“时”“分”“秒”“日”的数字时钟电路。秒、分是显示00—59的六十进制计数器。时是显示00-23的二十四进制的计数器，且以小时为一天。周是显示1-7的七进制计数器。当计数器运行到23时59分59秒时，秒个位

计数器再接收一个秒脉冲信号后，计数器自动显示为00时00分00秒。

3、走时精度要求每天误差小于1S，任何时候可对数字种进行校准。

4、在实验板上安装、调试出所要求的计数器。

5、画出逻辑电路图。

四、数字时钟方案设计

1、总体方案设计：

用六片74LS161、四片74LS00的芯片实现数字电子时钟的设计。具体设计如下：首先用2片74LS161实现秒的设计，它为六十进制 , 即显示 00—59 秒，它的个位为十进制，十位为六进制。对于个位而言，当信号从0000—1001时采用反馈清0法进行清0，同时向十位产生一个进位。与此同时，当十位从0000—0101时，也采用反馈清零法清0，然后重新开始下一循环。分的设计同秒相同，通过级联（用与非门的输出结果控制分的时钟信号）实现秒向分的进位。小时的设计为二十四进制计数器 ,显示为 00—23, 个位仍为十进制，但当十进位计到 2,而个位计到4时清零，就为二十四进制了，也同样通过级联(同秒向分的进位)实现分向时的进位。日也一样。整个过程通过秒向分进位，分向时进位，时向日进位，从而实现显示时、分、秒。

2、计数器具体单元电路设计：

秒、分、时分别为 60 、 60 和 24进制计数器。秒、分均为六十进制 , 即显示00—59 秒，它们的个位为十进制，十位为六进制。时为二十四进制计数器 ,显示为00—23, 个位仍为十进制，但当十进位计到 2,而个位计到4时清零，就为二十四进制了。这种计数器的设计可采用异步反馈置零法，先按二进制计数级联起来构成计数器，当计数状态达到所需的模值后，经门电路译码、反馈，产生“复位”脉冲将计数器清零，然后重新开始进行下一循环。

【六十进制计数】秒计数器由秒个位计数器和秒十位计数器组成。十进制计数用反馈归零法设计，用 74LS161(四位二进制计数器)来设计。六十进制计数的反馈方法是当 CP 输入第六个脉冲时，输出状态“Q3Q2QlQ0=0110”，取出Q2Ql送到计数器 R0R1 清零端，使计数器归零，从而实现六十进制计数。

【二十四进制计数】当个位计数状态为“Q3Q2QlQ0=0100”十位计数状态为

“Q3Q2QlQ0=0010”时 , 即 24 时，通过把个位 Q2，十位Q1相与后的信号送到个位、十位清零端CR,使计数器复零，从而实现24进制计数。

3、校正电路

图 2-1 所示的校时电路由 CMOS 电路和四只开关 (Kl—K4) 组成，分别实现对日、时、分、秒的校准。开关选择有“正常”和“校时”两挡。校“日”、“时”、“分”的原理比较简单，当开关打在“校时”状态，秒脉冲时进入个位计数器，实现校对功能。校“秒”时，送入2Hz（0.5s）信号，可方便快速校对。

图2-1 校正电路

4、关于74LS161(四位二进制计数器)的资料

从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，

D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=

Q0〃Q1〃Q2〃Q3〃CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。

★用74LS161构成十进制计数举例（其他同理）：

①电路图：

5、画出完整的原理电路图：

五、元器件选择

74LS161(四位二进制计数器)6片、74LS00（四2输入与非门）4片。

六、设计报告

1、分析数字种电路各部分功能及工作原理。

（1）在数字钟电路秒分部分，秒、分均为六十进制 , 即显示 00—59 秒，它们的个位为十进制，十位为六进制。对于个位而言，当信号从0000—1001时采用反馈清0法进行清0，同时向十位产生一个进位。与此同时，当十位从0000—0101时，也采用反馈清零法清0，然后重新开始下一循环。（2）在数字钟时部分，时为二十四进制计数器 ,显示为 00—23, 个位仍为十进制，但当十进位计到 2,而个位计到4时清零，就为二十四进制了。 (3)工作原理：将各部分级联起来构成计数器，当计数状态达到所需的模值后，经门电路译码、反馈，产生“复位”脉冲将计数器清零，然后重新开始进行下一循环。

2、分析设计中出现的故障及解决办法：

当计数器不计数时，应检查线路是否连接正确以及电源是否接通。还应检查芯片是否被扣紧，如果芯片松懈的话就没有计数显示。（2）当计数器不进位时，应检查各部分级联是否正确，以及连线是否正确。如果级联出现问题，则会导致计数器不进位。在这部分应注意级联时，应使上一个计数器产生的信号恰好对当前的计数器产生一个脉冲，这样计数器才会产生进位。（3）校正时，如果不能明显的区分原来的计数和校正后的计数时，应检查开关与所加信号是否经过与非门与非的合适。如果不恰当，应及时改正。

七、心得体会

本次数电课程设计使我更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了74LS161芯片的

工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看芯片相关资料来解决问题的习惯。设计本身并不是有很重要的意义，而是同学们对待问题时的态度和处理事情的能力。设计的过程，设计的思想和设计电路中的每一个环节对于我们都很重要，电路中各个部分的功能是如何实现的。各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点。同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。同时对普通计数器如何构成n进制计数器有了更深的了解和掌握，对自我的实际操作能力也有了很高的提升。