合肥工业大学数字电路课程设计之电子时钟实验报告1

1、设计题目：数字电子钟设计1. 设计任务与要求（1）时钟功能: 采用数码管显示累计时间，以24小时为周期。（2）校时功能: 能快速校准“ 时”、“分”、“ 秒”的功能。（3）整时报时功能: 具体要求整点前鸣叫5 次低音( 500 Hz ) , 整点时再鸣叫一次高音(1 000 Hz左右) , 共鸣叫6 响, 两次鸣叫间隔0 .5 s。(选做)（4）计时准确: 每天计时误差不超过10 s。2. 方案设计与论证（1）工作原理 数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、LED数码管、校时电路、整点报时电路等组成。工作原理为时钟源用以产生稳定的脉冲信号，作为数字种的时间基准，要求震荡频率为1HZ，为

2、标准秒脉冲。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计数器，可以实现24小时的累计。LED数码管将“时、分、秒”计数器的输出状态显示。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。根据题设要求，可得题设的总体设计思路框架如下：方案一: 利用编码器74Ls192芯片对电路进行输入设计。利用74LS192对芯片1kHz的输入信号进行分频，得到1HZ的秒脉冲分信号。再利用74LS1

3、92进行产生秒，分，时，最后在数码管上显示出来。方案二: 利用编码器74Ls92芯片对电路进行输入设计。利用74LS92对芯片1kHz的输入信号进行分频，得到1HZ的秒脉冲分信号。再利用74LS192进行产生秒，分，时，最后在数码管上显示出来。方案三： 编程实现数字时钟。方案比较：方案电路难易程度实现成本其它方案一简单低电路简单，不易调试方案二简单低电路简单，容易实现，但无74LS92芯片方案三难高需要编程，比较难综上可知： 方案一是最优方案，设计思路清晰，电路简单易实现，原材料可得；故选择第一种方案。3、 单元电路设计 整个电路分为振荡电路部分，分频电路部分，秒计数电路部分，分计数电路部分，

4、小数计数部分和整点报时部分，校时电路部分七个部分组成。（1） 振荡电路部分： 振荡电路部分要求产生精度较高的1KHz的信号，可用555定时器产生。多谐振荡器也称无稳态触发器，它没有稳定状态，同时无需外加触发脉冲，就能输出一定频率的矩形波形（自激振荡）。用555实现多谐振荡，需要R1，R2和电容，并接+5V的直流电源。555芯片的引脚图：电路设计图如下： 振荡周期：T=0.69(R1+2R2)C； 其中当R1=5.1K，R2=4.2K，C1=0.1uF，C2=0.01uF。因为电路总存在误差，最后在实际电路中把R1设为电位器，使其可调节。（2） 分频电路部分： 利用74LS192把产生1KHz的

5、信号分频为1Hz的秒脉冲信号，其原理图如下：（3） 秒计数电路部分：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74LS192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74LS192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时利用反馈清零法清除，同时产生一个脉冲给分的个位。 所用到的74LS192芯片为资料为： 仿真电路中所使用的是74LS161芯片，其逻辑功能与74LS192几乎一样，故设计

6、出的秒计数电路为：（4） 分计数电路部分: 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。分的个位部分的设计：利用十进制计数器74LS192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74LS192设计6进制计数器显示分的十位 ，当十位计数器由0增加到5时利用反馈清零法清除，同时产生一个脉冲给时的个位。 设计的电路图如下： （4）时计数电路部分：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，

7、当十位计到2且个位计到3是经过74LS192与门产生一个清零信号，将所有时的个位与十位都清零。电路原理图如下：（6） 整点报时部分电路： 当59分50秒开始，进行预报时，每当个位数为奇数时蜂鸣器响一声，共5声。在此电路中不用常规中的报时电路那么复杂，而是巧用74LS148芯片；把判断59分，50秒，的电平线接入到74LS148的输入端，当达到59分50秒+秒的个位为奇数时，芯片的GS端恰好输出低电平来判断是否该进行报时，此方法简单易懂，而且电路连接不复杂。原理图如下：其中74LS148的相关资料如下：（7）校时电路数字钟应具有秒校时，分校正和时校正功能，因此，应截断秒个位，分个位和时个位的直接

8、计数通路，并采用正常计时信号与校正信号两信号进行或后接入其中。这里利用轻触开关来实现校时功能，轻触开关的一端接高电平，另一端接时或分的个位，秒的个位的CP，当按下轻触开关时，时或分或秒的个位就会加1，这样就能实现校时功能。4. 总的电路原理图如下： 将设计的各个单元电路进行级联，得到数字电子钟系统电路原理图如下：材料清单：编号类型数量其它15551274LS1929374LS001474LS041574LS082674LS14817R115K电位器8R214.7K9C110.01uF10C210.1uF5. 调试分析及调试中所遇问题及解决方法。 在按原理图连接好电路后，并不能成功的工作；故进行

9、一步一步的调试；在调试过程中需要对电路的原理必须掌握，在这种我遇到很多问题，但在自己仔细琢磨和请教老师下，都一一的解决了。编号调试遇到问题分析问题解决方法问题 110进制，就开始进位反馈清零信号不对不用进位信号清零，用8+2与反馈清零法问题2分频后秒脉冲较快产生的1KHz的信号频率不准确（1） 调节振荡电路电位器（2） 分频加大模值问题3时计数部分由23直接变为04当24时，忘记清除个位添加清除个位的电路后，问题解决问题4数码管偶尔乱码电路接触不良选择较好的导线，确保每一次连线稳固 在排除完电路中上述问题后，电路正常工作。打开电路时，随机产生一个时间，调节到目的时间，并按24小时时间值进行，当达到整点时，能进行整点报时，且误差很低。 综上述，电路完全符合要求。6 心得和体会。 通过这次对数字电子钟的设计作，让我了解了电路设计的基本步骤，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路先进行软件模拟仿真再进行实际的电路制作，不能直接的去连电路。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。还有我们不能直接的拿其他人的电路来直接用，而是应该通过对数字电路的了解，和