数字钟

电子技术课程设计

__24_小时__数字钟

学院：电子信息工程学院

任课老师：张学成

课程设计：数字钟

学号：25号

班级：095

姓名：黄伟

目 录

一、课程设计的设计任务和基本要求„„„„„„1

二、总体框图 „„„„„„„„„„„„„„„1

三、选用器件及部分器件使用说明 „„„„„„6

四、功能模块 „„„„„„„„„„„„„„„14

五、总体设计电路图„„„„„„„„„„„„„17

六、课程设计的心得体会„„„„„„„„„„„19

七、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„20

数字钟

数字钟是用数字集成电路构成的、用数码显示的一种现代计时器，与传统机械表相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等特点。因而广泛应用于车站、码头、机场、商店等公共场所。在控制系统中，也常用来作定时控制的时钟源。

一、课程设计的设计任务与基本要求

用中小规模集成电路设计并制作一台能显示时、分、秒的数字钟。 （1） 由信号发生器器产生时钟信号。 （2） 小时计数器用24进制计数器。

（3） 可以用手动校正时间，能分别进行时、分的校正。 （4） 采用LED显示时、分、秒。 （5）要求电路主要采用中规模集成电路。 (6)要求电源电压+5伏— +10伏。

二、总体框图

(一) 各个模块及功能

数字式计时器一般都由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几部分组成。其中振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，由不同进制的计数器、译码器组成计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“时” 、“分” 、“秒”的数字显示出来。“时”显示由二十四进制计数器、译码器、显示器构成，“分” 、“秒”显示分别由六十进制计数器、译码器、显示器构成。其原理图如图6.1.1所示。

1.振荡器 振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的准确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用晶振构成振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，如果精度要求不高也可以采用集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成定时器555与RC组成的多谐振荡器。这里选用多谐振荡器，设振荡频率f=1kKz。

图6.1.1 数字钟原理框图

2．分频器 分频器的功能是产生标准脉冲信号，因为74LS90是二—五—十进制计数器，所以选用1片就可以完成上述功能，即3片级连则可获得所需要的频率信号：第1片的Q0端输出频率为1Hz标准秒脉冲信号。如果振荡频率为100kHz时，就需要5片74LS90进行级联。

3．时间计数器 由总系统框图可知，数字时钟需要两个六十进制计数器分别用作“分”和“秒”的计数，还需要一个二十四进制计数器作“小时”的计数。计数器可以采用前面的中规模集成计数器74LS160。

4．校时电路 在计数开始或计时出现误差时，必须和标准时间校准，这一功能同校时电路完成。校时的方法是给被校的计时电路引入一个超出常规计时许多倍的快速脉冲信号，从而使计时电路快速到达到标准时间。将“秒”信号分别引到“分”和“时”的脉冲输入端以便快速校准“分”

5.译码器、驱动及显示电路 从数字钟计数器输出的信号为8421BCD代码，需要经译码变成七段字形代码，用七段数码管显示出来。七段数码管分共阴，共阳两种，这里选用共阴数码管BS201，相应的译码器采用CT74248。由于采用静态方式显示，每个数码管必须有一个相应的译码器将8421BCD代码译成七段字形代码。

(二) 方案设计及选择

方案一：由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。如图（1）所示。

图（1）

方案二：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,通常选用石英晶体构成的振荡器电路。石英晶体振荡器的作用是产生时间标准信号。因此,一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一时间脉冲信号。

图（2）

如图(2)所示为电子手表集成电路中的晶体振荡器电路,常取晶振频率为32768Hz,因其内部有15级2分频集成电路,所以输出端正好可得到1Hz的标准脉冲。

信号发生器是数字钟的核心。它的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，在本实验中我选用555振荡器产生脉冲经过整形、分步获得1Hz的脉冲。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度就越高。

三、选用器件及部分器件的使用说明

74LS90 1片，74LS160 6片，74LS00 19片，74LS08 2片。74LS04 4片

74LS90逻辑框图

74LS90逻辑符号

74LS90逻辑功能:74LS90是异步二-五-十进制加法计数器，它即可以做二进制加法计数器，有可以做五进制和十进制加法计数器。

通过不同的连接方式，可以实现四种不同的逻辑功能；还可以借助R0(1)、R0(2)对计数器清零，借助S9(1)、S9(2)将计数器置9，其功能如下；

(1) 计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。

(2) 计数脉冲从CP2输入，QD、QC、QB输出端，为异步五进制加法计数器。 (3) 若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端。则构成异步8421码十进制加法计数器。 (4) 若将CP1和QD相连，计数脉冲由CP2输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步5421码十进制加法计数器。

(5) 清零、置9功能

a) 异步清零

当R0(1)、R0(2)均为“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA＝0000。 b) 置9功能

当S9(1)、S9(2)均为“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA＝1001

74LS90逻辑功能表

74LS90内部原理图

74LS02逻辑框图(异或逻辑框图)

74LS02逻辑符号

74LS02内部原理图

74LS02逻辑功能表

异或逻辑功能如下:当A、B不同时,输出Y为1；而A、B相同时，输出Y为0。2输入端四或非门

74LS00逻辑框图(与非逻辑框图)

74LS00逻辑符号

74LS00内部原理图

74LS00逻辑功能表(与非逻辑功能表)

与非门逻辑功能:将A、B先进行与运算,然后将结果求反,最后得到的A、B的与非运算结果.因此,可以把与非运算看作是与运算和非运算的组合.2输入端四与非门

74LS08逻辑框图(与门逻辑框图)

74LS08逻辑符号

74LS08内部原理图

74LS08逻辑功能表(与门逻辑功能表)

与门逻辑功能：只有决定事物结果的全部条件同时具备时，结果才发生。2输入端四与门

74LS04逻辑框图(非门逻辑框图)

74LS04逻辑符号

74LS04内部原理图

74LS04逻辑功能表(非门逻辑功能表)

非门逻辑功能：只要条件具备了，结果便不会发生；而条件不具备时，结果一定发生。

四、功能模块

1．每个模功能块要分别打印出电路图，并详细说明每一模块的逻辑功能，每一器件的逻辑功能，器件之间的连接关系

（一） 振荡器 振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的准确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用晶振构成振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，如果精度要求不高也可以采用集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成定时器555与RC组成的多谐振荡器。这里选用石英晶体振荡器，设振荡频率f=1kKz。电路图如下

（二） 分频器 分频器的功能是产生标准脉冲信号，因为74LS90是二—五—十进制计数器，第1片的Q3端输出为1Hz。如果振荡频率为100kHz时，就需要5片74LS90进行级联。电路图如下图所示

（三） 时间计数器 由总系统框图可知，数字时钟需要两个六十进制计数器分别用作“分”和“秒”的计数，还需要一个二十四进制计数器作“小时”的计数。计数器可以采用前面的中规模集成计数器74LS160。电路图如下所示

（四） 校时电路 在计数开始或计时出现误差时，必须和标准时间校准，这一功能同校时电路完成。校时的方法是给被校的计时电路引入一个超出常规计时许2倍的快速脉冲信号，从而使计时电路快速到达到标准时间。将震荡信号分别引到“分”和“时”的脉冲输入端以便快速校准“分”。电路图如下所示

三． 总体设计电路图

1.数字式计时器一般都由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几部分组成。其中振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，由不同进制的计数器、译码器组成计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“时” 、“分” 、“秒”的数字显示出来。“时”显示由二十四进制计数器、译码器、显示器构成，“分” 、“秒”显示分别由六十进制计数器、译码器、显示器构成。

555振荡器发生脉冲信号,经过分频器最后输出1Hz信号，把分频器的Q3接到计数器的INA处,使分频器与计数器相连。然后计数器与显示器相连，秒、分、时分别对应着。另外还有校正部分，图见校时电路的电路图。左边的开关是时校正，中间的开关是分校正，可以手动校正。

实验结果:实验箱上的数字钟正常运行,已经成功达到了设计的要求和目的。第一次连线没有显示出结果，原因是接线处有一处导线接触不良，经过检查，成功的排除了故障。当再一次打开数字实验箱开关后，还是跟第一次一样，只显示50秒，然后秒的数字就再运行。经过又一次检查，发现是秒显示器的74LS90器件接触不良，用手按住后，数字钟正常运行，秒到六十向分进一，分到六十向时进一，时到二十四时，自动回到零。自此，实验全部完成。

六．课程设计的心得体会

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新月异，电子技术在生活中可以说是无处不在。因此做为二十一世纪的大学生来说掌握电子技术是非常之重要。 回顾此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两周的日子里，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多很多东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上无法学到的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的。只有理论与实际相结合才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计中遇到的问题有很多，这毕竟是第一次，难免会遇到各种各样的问题。在这次设计中我发现我所学的知识这远远不够，在今后的学习中我要更加努力奋斗！

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在百度的帮助下都一一解决。在此我十分感谢百度对我的帮助和支持。

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