二十四小时制数字钟系统设计

沈阳航空航天大学

课 程 设 计

（说明书）

二十四小时制数字钟系统设计

班级 / 学号 学 生 姓 名 mandy 指 导 教 师 徐 嵩

1

沈阳航空航天大学

课 程 设 计 任 务 书

课 程 名 称 数字逻辑课程设计 课程设计题目 二十四小时制数字钟系统设计 课程设计的内容及要求：

一、设计说明与技术指标

设计一个二十四小时制数字钟系统电路，技术指标如下：

该数字钟系统要求利用二十四小时制表示时间，利用6位数码管进行具体时

间显示；另外要求有三个按键进行时间调节，一个调整时间功能键，按一次此键进入调时功能；连按两次进入调分功能；连按三次进入调秒功能；另外两个按键分别为“+”功能与“-”功能。

二、设计要求

1．在选择器件时，应考虑成本。

2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。 3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。 三、实验要求

1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。 2．进行实验数据处理和分析。 四、推荐参考资料

1. 童诗白，华成英主编．数字电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年

五、按照要求撰写课程设计报告

成绩 指导教师 日期

2

一、概述

数字钟是采用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的使用，使得数字钟的精度、稳定度远远超过了机械钟表。钟表的数字化在提高报时精度的同时，也大大扩展了它的功能，诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭路灯等。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。本设计就是关于数字钟的设计。

本设计的数字钟是二十四小时制的数字钟系统，设备上配备另外有三个按键，分别为空格键，用来控制“时”、“分”、“秒”三个分路的时间调节；W键，用来调整时间起到“+”的作用；Q键，用来调整时间起到“-”的作用。操作时，按一次空格键可以使“时”停止，通过Q和W键来调整时间，同理，按两次空格键调整“分”，三次调整“秒”，四次回到正常运行状态。

本报告包括方案的原理，方案的设计步骤，各部分电路的设计，性能的测试，以及设计的心得体会。

二、方案的原理

本方案主要采用具有加减功能的十进制的计数器74LS192来实现数字钟系统的设计，采用门电路与加法计数器74LS160控制各个分电路的运行，采用门电路的组合实现时间的“+”“-”调整，当调整时间的时候，按下空格键会给对应的74LS160片子一个脉冲从而控制分电路，74HC160片子的输出端连接着门电路与74LS192的片子，配合“+”“-”按键就可以实现对数字钟的时间调整功能。

原理框图如图1所示。

译码显示电路 时计数器 分计数器 调节电路 控制电路 图1 二十四小时制数字钟系统的原理框图

秒计数器 调节电路 调节电路

3

总共三条分电路，分别控制“时”、“分”、“秒”。每条分路，例如控制“秒”的分路中，又由两个显示器，两个计数器和一组利用“+”“-”调整时间的门电路组成。最后通过控制电路，用按下空格键的次数来控制每条分电路的时间调整。

三、电路设计

1.控制电路

控制电路由显示器，开关，门电路，和计数器74LS160组成。当按下1次空格键（开关）时，会给计数器74LS160一个脉冲，同时显示器显示数字1，再通过门电路的组合，使进入控制“时”的计数器74LS192的UP和DOWN引脚的均为高电平，就能控制“时电路”的停止，同理，按下2次控制“分电路”，3次控制“秒电路”，而按下4次空格键时，电路则正常运行。控制电路如图2所示。

U22时电路分电路DCD_HEX_DIG_BLUE秒电路U50AU28AU31AU34AU33AU32A74LS04D74ALS21ANU53AU27AU54AU55A74LS04D74ALS21AN74LS04D74LS04D74LS04D74LS04D74LS04D74LS04DU23A74ALS21ANU20A74LS04DU21A74LS04DU18A74LS04D15RCO11121314QDQCQBQA6543DCBA~CLR~LOADCLKVCC5V2S3键 = 空格10719ENTENPU19A74LS20DU1774LS160N

图2 控制电路

2.调节电路

调节电路主要由开关和门电路构成，在控制电路中选择了要停止的电路后，通过门电路的组合，给计数器74LS192的UP或DOWN一个低电平，就可以实现“+”、“-”的调节功能，调节电路如图3所示。

4

DOWNUPU26A74LS32NU10A7408NU24A74LS32NVCC5VS1Key = QU25A7408NU29A7408NVCC5VS5U49U30A100 Hz 7404NKey = W

图3 调节电路

3.计数器与显示电路

计数器与显示电路主要由加减计数器74LS192，门电路和显示器组成，完成最基本的数字钟的运行。将“分”和“秒”用两个74LS192片子接成60进制的计数器，将“时”接成24进制的计数器，60进制计数器与显示电路如图4所示，24进制计数器与显示电路如图5所示。

U5U6DCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUE1213~CO~BOQDQCQBQA~CO~BOCLR~LOAD14119101151411VCC5V9101154545U39A74ALS20ANCLR~LOADDOWNUPDCBADOWNUPU1174LS192NQDQCQBQADCBAU47AU46A7404N7404NU16AU14A7404N7404N121376237623U1274LS192NU15A74ALS21ANVCC5V

图4 60进制计数器与显示电路

5

U40U41DCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUEU67A74ALS20AN12131213~CO~BO7623U38A7400N~CO~BOQDQCQBQAU37A7408NDOWNUPCLR~LOADCLR~LOADDCBADOWNUPU3674LS192NQDQCQBQA910115DCBA7623U3574LS192N1411910115VCC5V5V14114545VCC

图5 24进制计数器与显示电路

四、性能的测试

按电路图连接好电路，调整到23时59分50秒，再正常工作到00时00分00秒。 1 2 3 4 时 23 23 23 00 分 X 59 59 00 图6 测试数据表

秒 X X 50 00 按照测试数据表对电路进行测试，得到如图7,8,9,10所示的结果。

6

12137623121376231213762312137623121312137623QDQCQBQAQDQCQBQAQDQCQBQAQDQCQBQA~CO~BO~CO~BO~CO~BO~CO~BODOWNUPDOWNUPDOWNUPDOWNUPCLR~LOADDCBACLR~LOADDCBACLR~LOADDCBACLR~LOADDCBADOWNUPCLR~LOADU3674LS192NU3ADOWNUPCLR~LOAD~CO~BOQDQCQBQAU38A7400NU3574LS192NU62UA63AU274LS192NU39A74ALS20AN451411910115DCBAU37A7408NU7A7404NU174LS192NU15A74ALS21ANU1174LS192N~CO~BOQDQCQBQA451411U47UA46A740744N04NU16AU14A7404N7404N7623451411910115451411910115451411910115451411910115740744N04NNU48A7404U4A74ALS20AN74ALS21ANU26A74LS32NVCC5V5VU24AU10A7408N74LS32NU45A74LS32NVCCVCC5VVCC5VVCCU61A74LS32N5VU59A74LS32NU58A7408NU42A7408NU43A74LS32NVCCVCC5VU44A7408NU51A7408NKey = QS1U25A7408NU29A7408NVCC5VU22VCC5VS5S2U60A7408NU57A7408N5VS615RCOQDQCQBQA11121314CLK~CLR~LOADENTENPVCC2191075VS3键 = 空格6543DCBA图7 测试1结果图

7

Key = W键 = Q910115DCBA

U41U8U9U5U6DCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUEU67A74ALS20ANU1274LS192NVCC5VU40DCD_HEX_DIG_BLUE

U30A7404NU52A7404NU31AU53AU27AU54AU55A74LS04D74ALS21AN74LS04D74LS04D74ALS21ANU20A74LS04DU2L1SA04U18A74D74LS04DU19A74LS20DKey = QVCCDCD_HEX_DIG_BLUE5VS4VCC5VS7键 = WU50AU34AU33A74UL3S20A4D74LS04D74LS04DU28A74LS04D74LS04D74ALS21ANU23AU13U56A7404N100 Hz Key = WU1774LS160N

12137623121376231213762312137623121312137623QDQCQBQAQDQCQBQAQDQCQBQAQDQCQBQA~CO~BO~CO~BO~CO~BO~CO~BODOWNUPDOWNUPDOWNUPDOWNUPCLR~LOADDCBACLR~LOADDCBACLR~LOADDCBACLR~LOADDCBADOWNUPCLR~LOADU3674LS192NU3ADOWNUPCLR~LOAD~CO~BOQDQCQBQAU38A7400NU3574LS192NU62UA63AU274LS192NU39A74ALS20AN451411910115DCBAU37A7408NU7A7404NU174LS192NU15A74ALS21ANU1174LS192N~CO~BOQDQCQBQA451411U47UA46AU16AU14A740744N04N7404N7404N7623451411910115451411910115451411910115451411910115740744N04NNU48A7404U4A74ALS20AN74ALS21ANU26A74LS32NVCC5V5VU24AU10A7408N74LS32NU45A74LS32NVCCVCC5VVCC5VVCCU61A74LS32N5VU59A74LS32NU58A7408NU42A7408NU43A74LS32NVCCVCC5VU44A7408NU51A7408NKey = QS1U25A7408NU29A7408NVCC5VU22VCC5VS5S2U60A7408NU57A7408N5VS6910115DCBA

U41U8U9U5U6DCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUEU67A74ALS20ANU1274LS192NVCC5VU40DCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUE15RCOQDQCQBQA11121314CLK~CLR~LOADENTENPVCC2191075VS3键 = 空格6543DCBA 图8 测试2结果图

8

Key = W

键 = QKey = QVCCDCD_HEX_DIG_BLUEU30A7404N5VS4VCC5VS7键 = WU50AU34AU31AU33A74UL3S20A4D74ALS21AN74LS04D74LS04DU28A74LS04D74LS04D74ALS21ANU23AU13U56A7404N100 Hz Key = WU52A7404NU53AU27AU54AU55A74LS04D74ALS21AN74LS04D74LS04DU20A74LS04DU2L1SA04U18A74D74LS04DU19A74LS20DU1774LS160N

12137623121376231213762312137623121312137623QDQCQBQAQDQCQBQAQDQCQBQAQDQCQBQA~CO~BO~CO~BO~CO~BO~CO~BODOWNUPDOWNUPDOWNUPDOWNUPCLR~LOADDCBACLR~LOADDCBACLR~LOADDCBACLR~LOADDCBADOWNUPCLR~LOADU3674LS192NU3ADOWNUPCLR~LOAD~CO~BOQDQCQBQAU38A7400NU3574LS192NU62UA63AU274LS192NU39A74ALS20AN451411910115DCBAU37A7408NU7A7404NU174LS192NU15A74ALS21ANU1174LS192N~CO~BOQDQCQBQA451411U47UA46AU16AU14A740744N04N7404N7404N7623451411910115451411910115451411910115451411910115740744N04NNU48A7404U4A74ALS20AN74ALS21ANU26A74LS32NVCC5V5VU24AU10A7408N74LS32NU45A74LS32NVCCVCC5VVCC5VVCCU61A74LS32N5VU59A74LS32NU58A7408NU42A7408NU43A74LS32NVCCVCC5VU44A7408NU51A7408NKey = QS1U25A7408NU29A7408NVCC5VU22VCC5VS5S2U60A7408NU57A7408N5VS6910115DCBA15RCOQDQCQBQA11121314CLK~CLR~LOADENTENPVCC2191075VS3键 = 空格6543DCBA

U41U8U9U5U6DCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUEU67A74ALS20ANU1274LS192NVCC5V键 = QU40DCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUE图9 测试3结果图

9

Key = W

Key = QVCCDCD_HEX_DIG_BLUEU30A7404N5VS4VCC5VS7键 = WU50AU34AU31AU33A74UL3S20A4D74ALS21AN74LS04D74LS04DU28A74LS04D74LS04D74ALS21ANU23AU13U56A7404N100 Hz Key = WU52A7404NU53AU27AU54AU55A74LS04D74ALS21AN74LS04D74LS04DU20A74LS04DU2L1SA04U18A74D74LS04DU19A74LS20DU1774LS160N

U40U41U8U9U5U6DCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUEDCD_HEX_DIG_BLUEU67A74ALS20AN121376231213762312137623121312137623QDQCQBQAQDQCQBQAQDQCQBQA~CO~BO~CO~BO~CO~BO~CO~BOQDQCQBQADOWNUPCLR~LOAD45141112137623~CO~BOQDQCQBQADOWNUPDOWNUPDOWNUPCLR~LOADDCBACLR~LOADDCBACLR~LOADDCBADOWNUPCLR~LOADU3674LS192NU3ADCBADOWNUPCLR~LOAD~CO~BOQDQCQBQAU38A7400NU3574LS192NU62UA63AU274LS192NU39A74ALS20AN451411910115DCBAU37A7408NU7A7404NU174LS192NU15A74ALS21ANU47UA46AU16AU14A740744N04N7404N7404NU1174LS192N7623U1274LS192NDCBA451411910115451411910115451411910115451411910115740744N04NNU48A7404U4A74ALS20AN74ALS21ANU26A74LS32NVCC5V5VU24AU10A7408N74LS32NU45A74LS32NVCCVCC5VVCC5VVCCU61A74LS32N5VU59A74LS32NU58A7408NU42A7408NU43A74LS32NVCCVCC5VU44A7408NU51A7408NKey = QS1U25A7408NU29A7408NVCC5VU22VCC5VS5S2U60A7408NU57A7408N5VS6910115VCC5V

15RCOQDQCQBQA11121314CLK~CLR~LOADENTENPVCC2191075VS3键 = 空格6543DCBA图10 测试4结果图

10

Key = W键 = QKey = QVCCDCD_HEX_DIG_BLUEU30A7404N5VS4VCC5VS7键 = WU50AU34AU31AU33A74UL3S20A4D74ALS21AN74LS04D74LS04DU28A74LS04D74LS04D74ALS21ANU23AU13U56A7404N100 Hz Key = WU52A7404NU53AU27AU54AU55A74LS04D74ALS21AN74LS04D74LS04DU20A74LS04DU42L1SA04U18A7D74LS04DU19A74LS20DU1774LS160N

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