南京航空航天大学电子技术课程设计之数字电子钟

电子技术课程设计

数字电子钟

专 业：

设 计：

一、设计目的

数字钟是一种以数字显示周、日、时、分、秒的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准、显示直观、无机械传动装置等优点，因此得到了广泛的使用。

数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。

设计与制作数字钟的目的：

①进一步了解某些中小规模集成电路的作用。

②熟练掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法.

二、设计内容及要求

（1）设计指标

① 由晶振电路产生1Hz标准秒信号。 ② 分、秒为00~59六十进制计数器。 ③ 时为00~23二十四进制计数器。 ④ 周显示从1~日为七进制计数器。

整点报时 整点报时电路要求在每个整点前鸣叫五次低音（500HZ），整点时再鸣叫一次高音（1000HZ）。

（2）设计要求

① 画出电路原理图。

② 元器件及参数选择。 ③ 电路仿真与调试。

（3）制作要求 自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。 （4）编写设计报告 写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，心得体会。

三、原理框图

数字电子钟由以下几部分组成：

① 石英晶体振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器。

② 六十进制秒、分计数器、二十进制时计数器及七十进制日计数器以及秒、分、时的译码显示部分等。

四．主要部分的实现方案

1

秒脉冲发生器

32768Hz经 CD4060十四分频为2Hz，再经过74LS74一

由晶振

次分频，即得1Hz 标准秒脉冲，提供给时钟计数脉冲。如图示：

20pF 74LS74

10 Q 1Hz

CD4060 3 Q14 C1

3~20pF 1D Q 11 R 32768Hz 22MΩ 12

秒脉冲发生器

2计数译码显示

由6个74LS90 计数器组成时、分、秒的计数电路，74LS90 是4位二进制同步加法计数器。 （１）秒计数器

秒的个位计数单元为10进制计数器，当QDQCQBQA变成1010时，通过与非门把它的清零端变成0，计数器的输出被置零，跳过1011到1111的状态，又从0000开始，如此重复。秒的十为计数单元为6进制，当QDQCQBQA变成0101时，通过与非门把它的清零端变成0，计数器的输出被置零，跳过0110到1111的状态，又从0000开始，如此就是60进制。同时秒十位上的0101时，要把进位信号传输给“分”个位的计数单元。 （2）分计数器

分的个位和十位计数单元的状态转换和秒的是一样的，只是它要把进位信号传输给时的个位计数单元。

（3）时计数器

当“时”十位的QDQCQBQA为0000或0001时，“时”的个位计数单元是十进制计数器，当他的QDQCQBQA到1010时，通过与非门使得个位74LS90上的清零端为0，则计数器的输出直接置零，从0000有开始。当十位的QDQCQBQA为0010时，通过与非门使得该74LS90的清零端为0，“时”的十位有重新从0000开始，此时的个位计数单元变成4进制，即当个位计数单元的QDQCQBQA为0100时，就要又从0000开始计数。这样就实现了“时”24进制的计数

( 4 ) 日计数器

日计数器由两个74LS74，四个TTL 和一个 74LS20 构成，实现了七定制的功能。每个74LS74控制一个输入，即控制QDQCQBQA中的一个。当从0000到0111 时，显示是按照74LS74集成们电路的逻辑功能来实现的，当为0111的时候，QCQBQA各为1 1 1 ，他们三个通过74LS74 与非门输出为0 。再与QD 所控的0 通过 TTL集成门电路输出了0 ，如此循环，使得四个TTL 输出都为 0000。即使得输出变为了“置零”状态。从而实现了七禁止循环。如下图所示：

3 数字钟的译码及显示单元电路

译码显示采用共阳极数码管和译码器74SL247组成。

4.整点报时电路

电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分54秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。

当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5、9和5，因此可将分计数器十位的QC和QA 、个位的QD和QA及秒计数器十位的QC和QA相与，从而产生报时控制信号。

报时电路由74LS08高音和74LS04低音通过74LS32来构成。

五、元器件

元件名称 数量 面包板 1 共阳极数码管 7 译码/驱动器 74LS247 7 计数/分频/振荡器 CD4060 1 计数器 74LS90/74LS290 6 双D触发器 74LS74 4 四2输入或门 74LS32 1 双4输入与非门 74LS20 2 四2输入与门 74LS08 2 六反相器 74LS04 1 与非门74LS00 1 晶振32768Hz 1 电阻 9 三极管8050 1 固定电容 1 可调电容 1 连接导线 2

六、总体电路图及部分单元的电路图 参见附加实验报告纸

七.实验过程中遇到的问题及解决方法

① 我们接好秒计数模块发现数码管不亮。仔细对照电路才发现。我们没有给芯片接电源和“地”，为了防止之后再次出现这个错误，我们重新布置电路，先用电源和“地”把面包板围起来。 ② 秒显示器十进制和六进制都没有问题，但是秒不向分进位。经过检查发现是进位线连错了。

③ 周显示正常，但发现有一条线接在两个不同的接口都可以实现正常的功能。最后几个室友讨论这两种方法之间的不同就是在精度上有区别。

④ 蜂鸣器不鸣叫，但我们的电路检查是没有问题的。最后查资料才知道蜂鸣器的正负接口接反了。

⑤ 还有一个不可忽略的问题。我们先保证电路的正确，再美化线路，有几次我们美化完电路发现之前的功能不能实现。就是我和队友两个人一起美化线路，接口上不小心就连错了。

八.心得体会

①通过这次对数字钟的设计与制作，让我们了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路总要对着一个参考电路图才可以连接的。但是最后的成品却不一定与想象的完全一样，因为在实际接线中有着各种各样的条件制约着，所以要合理布局这样连出来的成品才比较美观。

②通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，实践是检验真理的唯一标准，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。在这次实验连接中，发现了一个极大的问题，那就是在电路连接过程中一定要细心，耐心。细心耐心连线，调试。

③在调试过程中，任何问题都可能导致功能无法实现，我们必须一点一点地检查，这就学要我们有足够的耐心，从小处着手，从每根导线入手。

④这次实验是两个人一起做的，对团队的分工和协作有着很大的考验。这次实验使我和室友的默契提高了。深刻地领悟到团队协作的重要性。

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