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    数字时钟设计实验报告

    时间：2020-10-30 11:39:39 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人 蒲公英阅读网手机站

    相关热词搜索：时钟 实验 数字

    　 电 子 课 程 设 计

    　题

    　目：数字时钟

    　数字时钟设计实验报告

    　一、设计要求：

    　 设计一个 24 小时制的数字时钟。

    　要求：计时、显示精度到秒；有校时功能。采用中小规模集成电路设计。

    　发挥：增加闹钟功能。

    　 二、设计方案：

    　由秒时钟信号发生器、计时电路和校时电路构成电路。

    　秒时钟信号发生器可由振荡器和分频器构成。

    　计时电路中采用两个 60 进制计数器分别完成秒计时和分计时；24 进制计数器完成时计时；采用译码器将计数器的输出译码后送七段数码管显示。

    　校时电路采用开关控制时、分、秒计数器的时钟信号为校时脉冲以完成校时。

    　 三、电路框图：

    　图一 数字时钟电路框图

    　四、电路原理图：

    　（一）秒脉冲信号发生器 秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。

    　 振荡器: 通常用 555 定时器与 RC 构成的多谐振荡器，经过调整输出 1000Hz 脉冲。

    　 分频器: 分频器功能主要有两个，一是产生标准秒脉冲信号，一是提供功能 扩展电路所需要的信号，选用三片 74LS290 进行级联，因为每片为 1/10 分频器，三片级联好获得 1Hz 标准秒脉冲。其电路图如下：

    　译码器 译码器 译码器 时计数器 (24 进制) 分计数器 (60 进制) 秒计数器 (60 进制) 校 时 电 路 秒信号发生器

    　 图二 秒脉冲信号发生器

    　（二）秒、分、时计时器电路设计 秒、分计数器为 60 进制计数器，小时计数器为 24 进制计数器。

    　 60 进制——秒计数器 秒的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成 60 进制计数器。当计数到 59 时清零并重新开始计数。秒的个位部分的设计：利用十进制计数器 CD40110 设计 10 进制计数器显示秒的个位 。个位计数器由 0 增加到 9 时产生进位，连在十位部计数器脉冲输入端 CP，从而实现 10 进制计数和进位功能。利用 74LS161 和 74LS11 设计 6 进制计数器显示秒的十位 ，当十位计数器由 0 增加到 5 时利用 74LS11 与门产生一个高电平接到个位、十位的 CD40110 的清零端，同时产生一个脉冲给分的个位。其电路图如下：

    　 图三 60 进制--秒计数电路

    　 60 进制——分计数电路 分的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成 60 进制计数器。当计数到 59 时清零并重新开始计数。秒的个位部分的设计：来自秒计数电路的进位脉冲使分的个位加 1，利用十进制计数器 CD40110 设计 10 进制计数器显示秒的个位 。个位计数器由 0 增加到 9 时产生进位，连在十位部计数器脉冲输入端 CP，从而实现 10 进制计数和进位功能。利用 74LS161 和 74LS11 设计 6 进制计数器显示秒的十位 ，当十位计数器由 0增加到 5 时利用 74LS11 与门产生一个高电平接到个位、十位的 CD40110 的清零端，同时产生一个脉冲给时的个位。其电路图如下：

    　图四 60 进制--分计数电路

    　 24 进制——时计数电路 来自分计数电路的进位脉冲使时的个位加，个位计数器由 0 增加到 9 是产生进位，连在十位计数器脉冲输入端 CP，当十位计到 2 且个位计到 3 是经过 74LS11 与门产生一个清零信号，将所有 CD40110 清零。其电路图如下：

    　 图五 24 进制--时计数电路

    　  译码显示电路 译码电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用以驱动 LED 七段数码管的译码器常用的有 74LS148。74LS148 是 BCD-7 段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动 LED 七段共阴极显示数码管。若将秒、分、时计数器的每位输出分别送到相应七段数码管的输入端，便可以进行不同数字的显示。在译码管输出与数码管之间串联电阻 R 作为限流电阻。其电路图如下：

    　图六 译码显示电路

    　

    　 校时电路

    　校时电路是数字钟不可缺少的部分，每当数字钟与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。一般电子表都具有时、分、秒等校时功能。为了使电路简单，在此设计中只进行分和小时的校时。“快校时”是通过开关控制，使计数器对 1Hz 校时脉冲计数。图中

    　S1 为校正用的控制开关，校时脉冲采用分频器输出的 1Hz 脉冲，当 S1 为“0”时可以进行“快校时”。

    　其电路图如下：

    　图七 校队电路

    　五、实验方法：

    　1、秒脉冲产生部分

    　采用555多谐振荡器产生1HZ频率信号，作为秒脉冲及整体电路的信号输入部分。其仿真电路图如下图所示：

    　图八 秒脉冲发生器仿真电路

    　2、计数电路 电子钟计时分为小时、分钟和秒，其中小时为二十四进制，分钟和秒均为六十进制，输出可以用数码管显示，所以要求二十四进制为 00000000~00100100 计数，六十进制为 00000000~01100000 计数，并且均为 8421 码编码形式。

    　（1）

    　小时计数——二十四进制电路仿真

    　 用两片 74LS160N（分 A 片、B 片）设计一个一百进制的计数器，在 24（00100100）处直接取出所有为 1 的端口，经过输入与非门 74LS00D，再给两个清零端 CLR。使用 74LS160N 异步清零功能完成二十四进制循环，计数范围为 0~23。然后用七段显示译码器 74LS47D 将 A、B 两片8

    　9

    　10

    　U1074LS01

    　2

    　3

    　U1174LS0112

    　13

    　U1074LS00

    　R3.3 C0.01uS1

    　GN10

    　1U8E

    　74LS01HZ

    　S2/M2 +5

    　74LS160N 的输出译码给 LED 数码管。仿真电路如图九所示。

    　：

    　图九 24 进制——时计数器仿真电路 （2）分钟、秒计数——六十进制电路仿真

    　 此电路类似于二十四进制计数器，采用 74LS160N 设计出一百进制的计数器，在 60 （01100000）处直接取出所有为 1 的端口，经过输入与非门 74LS00D，再给两个清零端 CLR。使用 74LS160N异步清零功能完成六十进制循环，计数范围为 0~59。然后用七段显示译码器 74LS47D 将 A、B两片 74LS160N 的输出译码给 LED 数码管。仿真电路如图所示：

    　 图十 60 进制——秒计数器仿真电路

    　 图十一 60 进制——分计数器仿真电路

    　 （四）校时校分（秒）电路。

    　数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。这里利用两个与非门加一个单刀双掷开关来实现校时功能。第一个 74LS00D 与非门的输入端一端接清零信号，另一端接第二个与非门的输入端，第二个 74LS00D 的输入端一端接计数脉冲，另一端接一个单刀双掷开关。开关接通的一段接地，另一端接高电平。当开关打到另一端时，时或分的个位就单独开始计数，这样就能实现校时功能。其电路图如图所示：

    　图十二 校分仿真电路

    　六、实验结果和结论：

    　 数字时钟仿真电路图如下图所示，在 Multisim11.0 中进行仿真，可以实现数字时钟的显示功能、校时功能。显示功能中，小时实现的是 24 进制，分和秒实现的是 60 进制，通过校时电路能够分别校对时和分。

    　 图十三 数字时钟仿真电路

    　 七、 设计体会：

    　 在本次 Multisim 仿真过程，从安装软件、选定课题、设计电路、进行仿真、运行结果都自己实际操作完成。在数字时钟设计中，根据老师上课所讲的内容，可以用两片集成十进制同步计数器 74LS160D 级联为 100 进制，再利用其异步清零功能，可以分别实现小时的 24 进制和分秒的 60 进制。当然，在仿真过程中也遇到了很多困难和问题。比如说，无法直接从秒进位到分和分进位到时，并且在仿真中总是出错。于是自己请教了一些也做数字时钟的同学，同时在网上查找了相关资料，最后终于用两个与非门和单刀双掷开关实现了从秒到分的进位、分到时的进位功能及校准功能。

    　通过本次实验对数电知识有了更深入的了解，将其运用到了实际中来，明白了学习电子技术基础的意义，也达到了其培养的目的。也明白了一个道理：成功就是在不断摸索中前进实现的，遇到问题我们不能灰心、烦躁，甚至放弃，而要静下心来仔细思考，分部检查，找出最终的原因进行改正，这样才会有进步，才会一步步向自己的目标靠近，才会取得自己所要追求的成功。

    　当然，自己的仿真技术和应用能力还是很欠缺的，虽然完成了基本的设计要求，但是很多自己想要的扩展功能还未能实现。而且很多时候会走过很多弯路，浪费了很多不必要的时间。不过，这次设计经历必将使我受益终身，让我明白如何更好的获取知识，如何更好的理论联系实际。今后的学习更需要不断努力，在获得知识的同时获得快乐，真正的主动探索，主动学习，形成自己的思维方式，不断应用，不断进取。

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