数字电子钟课程设计报告-数电

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华东交通大学理工学院

课 程 设 计 报 告 书

所属课程名称   数字电子技术课程设计                        

题    目    　 数字电子钟课程设计　　　　　　　　 　　　    

分    院       电 信 分 院    　　 　

专业班级       10电信2班                        

学　　号       20100210410201 　 　　　　    　　 　

学生姓名       陈 晓 娟 　 　　　　    　　　 

指导教师       徐 涢 基                　　　

       20 12 年 12 月 18 日  


目　录

第1章 课程设计内容及要求... 3

第2章 元器件清单及主要器件介绍... 5

第3章 原理设计和功能描述... 10

第4章 数字电子钟的实现... 15

第5章 实验心得... 16

第6章 参考文献... 17

第1章 课程设计内容及要求

1.1 数字钟简介 

 20世纪末，电子技术获得了飞速的发展。在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高、产品更新换代的节奏也越来越快。数字钟已成为人们日常生活中必不可少的生活日用品。广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、集成电路有体积小、功耗小、功能多、携带方便等优点。

因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路来设计一个数字式电子钟，使其完成时间及星期的显示功能。多功能数字钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。具有时间显示、走时准确、显示直观、精度、稳定等优点，电路装置十分小巧,安装使用也方便而受广大消费的喜爱。

  

1.2 设计目的

1. 掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法；

2. 进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；

  3. 提高电路布局，布线及检查和排除故障的能力。

     

1.3 设计要求

 

1. 设计一个有“时”、“分”、“秒”（23小时59分59秒）显示，且有校时功能的电子钟。

    2. 用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验箱上进行组装、调试。

  3. 画出框图和逻辑电路图、写出设计、实验总结报告。 

4. 整点报时。在59分59秒时输出信号，音频持续1s，在结束时刻为整点。 

第2章 元器件清单及主要器件介绍

2.1 元器件清单

（1）74LS160（ 6片）

（2）74LS247（6片）

（3）74LS00（1片）

（4）共阳七段数码显示器（6片）

（5）CD4013（1片）

（6）CD4060 (1片)

（7）4012 (1片)

（8）电阻、晶振、电容、导线、锡丝等（若干）

2.2  主要元器件引脚排列及逻辑功能

1.共阳七段显示器

发光二极管（在图中以dp表示），用于显示小数点。通过七段发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。

LED数码管中的发光二极管共有两种连接方法：

 1）共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。实验中使用的LED显示器为共阴极接法

 2）共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接＋5V。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮。

 注： 课设中使用的是共阳极数码管。

2. 74LS160芯片介绍

74LS160是十进制同步计数器（异步清除）。其管脚图及逻辑功能如图所示：

 RCO   进位输出端                 

 ENP    计数控制端

QA-QD  输出端

ENT    计数控制端

 CLK    时钟输入端

 CLR    异步清零端（低电平有效）

LOAD同步并行置入端（低电平有效）

 

3. 译码器（74LS247）

74LS247各引脚功能说明如下图：6 、2、1、7脚为译码输入（即编码输出）；9—15为译码输出；8、16脚为电源正负极。

74LS247译码器功能表

4 CD4013

CD4013是一双D触发器,由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q及Q输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将Q输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。

5 CD4060

   　CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成。振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。所有的计数器位均为主从触发器。在CP1(和CP0)的下降沿计数器以二进制进行计数。在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。

第3章 原理设计和功能描述

3.1数字计时器的设计思想

要想构成数字钟，首先应选择一个脉冲源——能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。而脉冲源产生的脉冲信号地频率较高，因此，需要进行分频，使得高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号，即“秒脉冲信号”（频率为1Hz）。经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数。由于计时的规律是：60秒=1分，60分=1小时，24小时=1天，就需要分别设计60进制，24进制计数器，并发出驱动信号。各计数器输出信号经译码器、驱动器到数字显示器，是“时”、“分”、“秒”得以数字显示出来。

3.2数字电子钟总体框架图

图3-1

（一）计数器

秒脉冲信号经过6级计数器，分别得到“秒”个位、十位、“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时。“秒”“分”计数器为六十进制，小时为二十四进制。

（1）六十进制计数

由分频器来的秒脉冲信号，首先送到“秒”计数器进行累加计数，秒计数器应完成一分钟之内秒数目的累加，并达到60秒时产生一个进位信号，所以，选用两片cc40192和一片cc4011组成六十进制计数器，来实现六十进制计数。其中，“秒”十位是六进制，“秒”个位是十进制。

（2）二十四进制计数

“12翻1”小时计数器是按照“01——02——03——……——22——23—­—00——01——02——……”规律计数的，这与日常生活中的计时规律相同。在此实验中，它是由两片cc40192和一片cc4011构造成的同步二十四计数器，利用异步清零端实现起从23——00的翻转，其中“24”为过渡状态不显示。其中，“时”十位是3进制，“时”个位是十进制 。

（二）显示器

本系统用七段发光二极管来显示译码器输出的数字，显示器有两种：共阳极显示器或共阴极显示器。74LS48译码器对应的显示器是共阳极显示器。 

（三）分频--晶振电路

利用CD4060、电阻及晶振连接成一个分频--晶振电路，如下图：

3.3数字电子钟原理图

3.4数字电子钟接线图

3.5数字电子钟的组装与调试

由图3-1中所示的数字中系统组成框图按照信号的流向分级安装，逐级级联。这里的每一级是指组成数字中的各个功能电路。

级联时如果出现时序配合不同步，或剑锋脉冲干扰，引起的逻辑混乱，可以增加多级逻辑门来延时。如果显示字符变化很快，模糊不清，可能是由于电源电流的跳变引起的，可在集成电路器件的电源端Vcc加退藕滤波电容。通常用几十微法的大电容与0.01μF的小电容相并联。

第4章 数字电子钟的实现

PCB板正面

PCB板反面

第5章 实验心得

通过这次数字电子钟的课程设计，我们把学到的东西与实践相结合。在这过程中对我们学的知识有了更进一步的理解，而且更进一步地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。

虽然这只是一次学期末的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤、方法和设计中应注意的一些问题。我觉得这次设计是很有重要意义的，它锻炼了同学们对待问题时的态度和处理事情的能力，了解了各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点，同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。

总之，这次课程设计让我学到了好多东西，这种课程设计对一个大学生是非常重要的。在此我要感谢我同组的搭档，特别是张佳！然后，非常感谢徐老师的耐心指导！最后非常感谢学校给我们提供这样的学习机会！

第6章 参考文献

[1] 绳广基编著.数字逻辑电路设计与实验【M】.上海：上海交通大学出版社，1988.

[2] 阎石主编.数字电子技术基础【M】.第五版.北京：高等教育出版社，2006. 3.

[3]《中国集成电路大全》编写委员会编.中国集成电路大全TTL集成电路【M】.北京：国防工业出版社，1985.

[4] 梁宗善主编.电子技术基础课程设计【M】.武汉：华中科技大学出版社，2009.

[5] 朱定华主编.电子电路测试与实验【M】.北京：清华大学出版社，2004.

致  谢


 

第二篇：数字电子钟(计时、校时以及整点报时)数电课程设计报告

河南城建学院电气与电子工程系

数字时钟电路

1.1设计要求

1. 用秒脉冲作信号源，构成数字钟，显示秒、分、时

2. 具有“对时”功能，即时间可以快速预置

3. 具有整点提示功能。一种实现的方法是每到整点时触发“音乐芯片”或每到整点前几秒钟，发出如 “的、的、的、答”声音信号。

1.2系统框图

1.3设计过程

     时间显示模块电路可以用3个CD4518作为核心芯片，进行级联，再辅以若干逻辑门，完成进位、置零等功能，CD4518是双十进制计数器，有两个时钟输入端，正好可以满足进位和校时的功能，而不会产生干扰，且有一个置零功能，可以组成六十进制和二十四进制的计数器。

整点报时模块电路用的是555芯片和一块CD4068芯片组成的电路，555芯片可以接成多谐振荡器，提供交变信号使蜂鸣器发出声音，而整点报时的控制可以用CD4068实现，CD4068是8输入与/与非门，

可以在整点之前输出脉冲信号，经过由555芯片组成的多谐振荡器，为其提供一个信号，这样由多谐振荡器输出端可以使蜂鸣器发出“嘀、嘀、嘀”的响声。

秒信号发生器可以用实验箱上的秒脉冲信号代替。

考虑到开关抖动现象，校时模块电路实验实验箱上的按键开关，每输出一个脉冲信号可以改变分个位和十个位，同时考虑到干扰问题，进位接线和校时接线接在不同的时钟输入端。

二、电路调试

2.1电路调试

课程设计的起点在于仿真，使用仿真软件做出来后，还要进行接线，这时候整个电路的成功与否，就在最后的调试了。在这次电路的调试过程中，遇到两个问题：

1、电路模块之间或者接线之间的干扰，导致在计数时数码管上显示的数并不如预期的变化，比如有时候是每计数到11秒时，本该到12秒的时候，秒十位也跟着变化了，变成22秒，在调整小部分接线之后，这个问题也解决了，计数器正常工作。

2、第二个问题也是最关键的问题，关系到校时电路这一部分能否做出来的问题，也就是上面提到的进位信号与校时信号相互干扰问题，由于CD4518的仿真库出错，所以在仿真软件上试验的话可能不准确，而且实际与理论是有差距的，因此只能在实验箱上进行调试。最后才想到CD4518有两个时钟输入端，之前的仿真不行是因为CD4518的仿真出错，于是将进位信号和校时信号接在不同的时钟输入端上，解决了互相干扰的问题，同时也可以正常校时。

经过调试，整个电路的功能实现了。

附录：

元件清单

实物照片

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