电子电路数字钟实验报告.docx
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电子电路数字钟实验报告
电子电路课程设计总结报告
（数字钟）
项目名称：
数字钟
学院：
机械工程学院
专业：
班级：
姓名：
穆明国
指导老师：
一、课程设计题目……………………………………3
二、课程设计的设计任务和基本要求………………3
三、课程设计题目分析……………………………3
四、课程设计的电路设计部分……………………5
五、课程设计的总电路图…………………………9
六、元器件的使用说明………………………………11
七、课程设计的心得体会……………………………15
八、参考文献…………………………………………15
一、课程设计题目:
数字钟
二、课程设计任务和基本要求:
1）设计数字钟电路（每人一组，独立完成）
基本功能：
准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间；小时的计时要求为24进位,分和秒的计时要求为60进位；能快速校正时、分的时间。
扩展功能：
定点闹时功能，比如在7时59分发出闹时信号，持续时间为1分钟；整点报时功能，比如计时到整点时发出声音，且几点响几声。
2）提交设计报告（书面形式）
画出所设计电路的结构方框图；分析各部分的工作原理；所含集成电路的管脚和功能说明；通过Multisim等软件对所设计电路进行仿真，提交仿真电路的原理图（电子版）。
3）制作数字钟（两人一组共同完成）
实现基本功能，给定统一的元器件，按照自己的设计方案在面包板上搭建实际电路，并达到设计要求。
三、课程设计题目分析:
☆设计要点
●设计一个精确的秒脉冲信号产生电路
●设计60进制、24进制计数器
●设计译码显示电路
●设计操作方面的校时电路
●设计整点报时电路
☆工作原理
数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路等组成。
秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用555构成的振荡器加分频器来实现。
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，可以实现一天24h的累计。
译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过六位LED显示器显示出来。
整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然后去触发音频发生器实现报时。
校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。
其数字电子钟系统框图如下:
各部件
（1）时钟振荡电路。
555定时器与RC组成的多谐振荡器可以产生1kHz的方波信号，可以作为时间标准信号源。
（2）秒脉冲产生电路。
分频器电路将1kHz的方波信号经1000次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。
分频器实际上也就是计数器。
（3）计数电路。
电子时钟分为小时、分钟和秒，其中小时为二十四进制，分钟和秒均为六十进制，输出可用数码管显示，所以要求二十四进制为00000000~00100011计数，六十进制为00000000~01100000计数，并且均为8421编码形式。
（4）校时校分电路。
在刚接通电源或者时钟走时出现误差时，则需要进行时间的校准。
通常可以在整点时刻和利用电台或电视台的信号进行校准，也可以在其他时刻利用别的时间标准进行校对。
（5）译码驱动电路。
译码驱动电路将计数器输出的8421码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。
（6）显示数码管。
本设计选用LED七段数字显示数码管，检验选用四段数字显示。
4、课程设计的电路设计部分:
555振荡器555多谐振荡器产生1kHz。
利用555和3个电阻、两个电容完成电路。
其中Cf为刚干扰电容，设计电路前根据相关频率计算公式计算R1R2C的具体取值并通过示波器的显示来进行微调。
公式如下：
f=1/T=1.43/（R1+2*R2）*C
仿真电路如下：
分频器74LS160在级联使用时一定注意两个使能端EP、ET的设置，只有两个均为高电平才能计数，当第三级控制时一定是第一级和第二级一同控制第三级。
如下图所示，第二级的EP、ET一同由第一级的RCO控制，第三级的EP由第二级的RCO控制，而ET由第一级的RCO控制，这样保障了第三级的进位是前两个芯片均计满益处时。
60进制计数器
由两片74LS290构成六十进制计数器，联接方式如下图，将一片74LS290作为个位（下图芯片1），另一片74LS290作为十位（下图芯片2）。
秒计数器的十位和个位，输出脉冲除用作自身清零外，同时还作为分计数器的输入脉冲CP0。
下图电路即可作为秒计数器，也可作为分计数器:
图460进制计数器
24进制计数器
由两片74LS290构成的二十四进制计数器，连接图如下：
将一片74LS290作为个位（下图芯片1），另一片作为十位（下图芯片2），当个位值是4，同时十位值是2的时候，两片同时清零。
图524进制计数器
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。
用与驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS247。
74LS247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译吗管的输入端，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。
在模拟过程中,我们直接选用带有译码器的显示器，也就是将译码器和显示器合并成一个元件。
图6译码显示电路
校正模块
校正电路的工作原理：
校时校分电路基本一致，这里只仿真校分电路，方法是控制六十进制的时钟输入端CP，使用两个三态门或者把秒进位信号（V2信号源仿真）加入，或者把校分的按键信号J1加入，J2用来控制校分和计分切换，由于两个三态门U10A和U11A的使能端有效电平刚好相反，J2接地时为校分功能，J2不接地时为计分功能。
校时电路与此电路基本一致。
图9时校正连接电路
上电复位
在计数器清零端处接一个或门即可。
五、总电路图：
六、元器件的使用说明：
集成异步十进制计数器74LS90
集成异步十进制计数器74LS90它是二-五-十进制计数器，若将Qa与CPB相连从CPA输入计数脉冲其输出Qd、Qc、Qb、Qa便成为8421码十进制计数器；若将Qd与CPA相连，从CPB输入计数脉冲其输出Qd、Qc、Qb、Qa便成为5421码十进制计数器。
74LS90具有异步清零和异步置九功能。
当R0全是高电平，R9至少有一个为低电平时，实现异步清零。
当R0至少有一个低电平，R9全是高电平时，实现异步置九。
当R0、R9为低电平时，实现计数功能。
8421BCD码十进制5421BCD码十进制
74LS90功能表如下:
输入
输出
R01R02R91R92
QdQcQbQA
HHL×
HH×L
L×HH
×LHH
LLLL
LLLL
HLLH
HLLH
×L×L
×LL×
L××L
L×L×
计数
计数
计数
计数
555定时器
振荡器由555定时器构成。
在555定时器的外部接适当的电阻和电容元件构成多谐振荡器，再选择元件参数使其发出标准秒信号。
555定时器的功能主要由上、下两个比较器Ｃ1、Ｃ2的工作状况决定。
比较器的参考电压由分压器提供,在电源与地端之间加上ＶＣＣ电压,且控制端ＶＭ悬空,则上比较器Ｃ1的反相端“-”加上的参考电压为2/3ＶＣＣ,下比较器Ｃ2的同相端“+”加上的参考电压为1/3ＶＣＣ。
若触发端Ｓ的输入电压Ｖ2≤1/3ＶＣＣ,下比较器Ｃ2输出为“1”电平,ＳＲ触发器的Ｓ输入端接受“1”信号,可使触发器输出端Ｑ为“1”,从而使整个555电路输出为“1”;若阈值端Ｒ的输入电压Ｖ6≥2/3ＶＣＣ,上比较器Ｃ1输出为“1”电平,ＳＲ触发器的Ｒ输入端接受“1”信号,可使触发器输出端Ｑ为“0”,从而使整个555电路输出为“0”。
控制电压端ＶＭ外加电压可改变两个比较器的参考电压,不用时,通常将它通过电容（0.01μＦ左右）接地。
放电管Ｔ1的输出端Ｑ′为集电极开路输出,其集电极最大电流可达50ｍＡ,因此,具有较大的带灌电流负载能力。
若复位端ＲＤ加低电平或接地,可使电路强制复位,不管555电路原处于什么状态,均可使它的输出Ｑ为“0”电平。
只要在555定时器电路外部配上两个电阻及两个电容元件,并将某些引脚相连,就可方便地构成多谐振荡器。
译码器74LS48
74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，下面是74LS48的引脚图和功能表。
74LS48功能表
元器件清单
序号
元件名称
数量
规格
备注
1
NE555定时器
1
DIP封装
2
74LS160D
6
DIP封装
3
74LS48N
6
DIP封装
4
共阴数码管
6
5
电阻
6
51Ω
6
电阻
4
105Ω
7
开关
2
8
导线
若干
9
瓷片电容
4
0.1uf
10
74LS00
3
11
74LS20N
4
12
74LS04D
12
13
按键
2
14
74LS125N
2
15
74LS126D
2
16
74LS90D
3
7、实习心得：
拿到这份实习任务，因为当初不认真学习，还有时间很久的缘故，根本无从下手，而通过再次翻书，借鉴同学的，与同学讨论等等，让我对数字电路以及各种元器件有了重新的了解。
而且通过设计发现总会有一些小的错误，让我在细节的注意上有了更深刻的了解。
还有就是发现理论和实际差距还是很大的。
八、参考文献：
《电工学（第六版）》上、下册秦曾煌主编·高等教育出版社
《Multisim2001电路设计及仿真入门与应用》郑步生·电子工业出版社
《数字电子技术基础》杨颂华·西安电子科技大学出版社
《电子线路设计指导》李银华主编·北京航空航天大学出版社
《微型计算机原理与接口技术》冯博琴吴宁主编·清华大学出版社
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