南昌大学数字电路设计——数字钟

《数字电路与逻辑设计实验》实验报告题目数字钟电路设计与实物制作
学院：信息工程学院电子系
专业：
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
递交日期：2014年12月30日
学生姓名：学号：专业班级：
实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：2014.12.28 实验成绩：数字钟电路设计与制作实验报告
一、实验目的：
1、综合应用数字电路知识；
2、学习使用protel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。

二、实验任务及要求：
任务：设计一个12小时或24小时制的数字钟，显示时、分、秒，有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到准确时间。

可以根据兴趣增加其它与数字钟有关的功能。

要求：画出电路原理图，元器件及参数选择，PCB文件生成、制板
三、实验原理及电路设计：
1、设计方案与模块框图
该系统工作原理是：振荡器产生的稳定高频脉冲信号，为数字钟的时间基准，在经过分频器输出标准秒脉冲。

秒计数器计满60后向频计数器进位，分计数器计满60后向时计数器进位，小时计数器按照“24翻1”的规律计数。

计数器的输出经过译码器送显示器。

计时出现误差时可以用校正电路进行校时、分、秒。

主体电路是有功能电路部件或单元电路组成的。

数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。

在其进位计数的基本功能上，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。

数字钟的结构组成：
1）译码及显示电路单元
2）时间计数电路单元
3）校时电路单元
4）振荡电路单元
分频电路
校时电路
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实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：2014.12.28 实验成绩：
2、各子模块电路设计及原理说明
（1）译码驱动及显示单元选择74LS48作为显示译码电
路如图所示；选择ＬＥＤ数码管作为显示单元电路。

由74LS48
把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出
来。

这里的LED数码管是采用共阴的方法连接的。

在LT=RBI=1
的条件下，及使能输入BI/BRO=1时，锁存器不工作，译码器的
输出随输入码的变化而变化。

而七段数字显示器共阴极，输入
高电平有效，发光二极管导通发亮。

（2）时间计数单元
1）秒与分的个位与十位的连线电路
̅̅̅̅̅̅是清零端，当为
计数器芯片74L161的CLR
0时，将清零。

当给计数器的秒个位CLK端施加
脉冲信号时，开始计数，输出端Q0～Q3将结果
输出给译码器。

当秒个位输出结果是1010时，
一方面将Q1，Q3的高电平通过与非门后的结
结果0输送给秒十位的计数器CLK端，实现进
位，并驱动秒十位计数器工作。

另一方面Q1，
̅̅̅̅̅̅上，使秒个位自动清零。

由此，达到秒个位清零，并同时向十位进位Q2的高电平接到的CLR
̅̅̅̅̅̅上，使秒自的目的。

同理于秒十位，当其输出端结果为0110时，其Q1，Q2的结果接到CLR
动清零，分个位进位。

此时数码显示器的秒个位的数字从0变化到9，十进制状态；秒十位在个位的进位下从0变化到5，六进制状态。

2）分的进位方法同秒一样。

具体如右图：
3)时个位是十进制，而十位是三进制，所以
当个位的输出端结果分别是1010，个位向十位
进位，同时当十位为0010，个位为0100时，十
位的Q1和个位的Q2高电平通过与非门后的结
̅̅̅̅̅̅端进行清零。

结果0输送给秒十位的计数器CLR
同时个位的Q1、Q2与非和十位的清零信号通过
̅̅̅̅̅̅端进行清零，两者同时作用，使数字到达24时而清零，实现24小两次与非，结果输给CLR
时的功能。

（3）校时电路
学生姓名： 学 号： 专业班级： 实验类型：□验证 □综合 □设计 □创新 实验日期： 2014.12.28 实验成绩：
当重新接通电源或走时出现误差时都需要对
时间进行校正。

通常，校正时间的方法是：首先截
断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数
或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单
元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即
可。

（4）振荡电路
振荡器是数字钟的核心。

振荡器的稳定度及频率的
精确度决定了数字钟计时的准确程度。

通常选用石英晶
体振荡器电路。

一般来说，振荡器的频率越高，技术精
度越好。

常取晶振的频率为32768HZ ，有15级2分频集
成电路，输出端正好可以得到1HZ 的标准脉冲。

我们还
可以采用用集成逻辑门与R 、C 组成的时钟源振荡器或
用用集成电路定时器555与R 、C 组成的多谐振荡器。

这里选用由555构成的多谐振荡器，设其振荡频率为
1KHZ ，电路如图所示。

3、仿真图及仿真方法说明
①1kHz 信号发生电路
②分频器电路：
分频器的实质就是计数器。

分频器功能就
是将振荡器所输出的频率1kHZ 转换成我们所需
要的频率1HZ 。

可以选用三片74LS161进行串联.因为555定时器产生1kHZ 的信号，每片74LS161都进行10分频，经过3次1/10分频后正好是1HZ ，为标准秒脉冲信号。

由仿真结
时的连线电路
校
时
电
路
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实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：2014.12.28 实验成绩：果可以得出，此电路连线正确。

总电路图
四、主要实验元件及器材清单：
（见附录）
五、系统设计与实现
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实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：2014.12.28 实验成绩：
1、总电路图
3、PCB图
（见附录）
六、总结
1、电路图、PCB图设计及实物制作过程中遇到的主要问题及解决方法
在这次实验过程中，由于对设计软件的使用不熟悉，在设计过程中出现了许多问题，在画原理图的时候，线的节点没有处理好，在检查电器特性时，会出现许多错误。

在制作PCB 板时，经常出现问题的是元件封装号，如果元件的封装号不正确，就无法从网络表载入到PCB 界面，一些常用器件的封装号很容易查到，但是有些不常用的器件就很难找到,经常在网上百度，翻看了很多的网站才能找到，甚至还找不到的。

在生成网络表，创建PCB文件，载入网络表的时候，一开始出现了几十个错误，除了是封装遗漏，还有引脚遗漏的问题。

我右击，点击“Report”让它生成报表，一个一个的检查，排除错误。

2、收获与体会
“实践是检验真真理的唯一标准。

”的确如此，通过这次数字时钟的设计，我把理论知识与实践很好的结合，从而对我们以前所学的知识有了进一步的了解。

同时，我也明白了一个道理，不论做什么事都要养成认真细心，善于思考，勤于动手的好习惯。

在此次数字时钟设计的过程中，我更进一步的熟悉了芯片的结构及掌握了各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相关资料来解决问题的习惯。

虽然这只是一次简单实训，但通过这次实训我了解了设计的一般步骤和设计中应注意的问题。

通过这次实验，使我掌握了一些元器件的用途及它们的参数、性能。

同时提高了我理论与实际相结合的能力，增加了把理论用于实践的兴趣，提高了我分析问题和解决问题的能力。

俗话说：“世上无难事，只怕有心人“，我相信，通过这次实训，它给我的帮助是很大的，它教会了我如何去面对困难，解决困难，它使我明白，只有战胜自我，才能超越自我。