合肥工業(yè)大學(xué)數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)之電子時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)報(bào)告1

1、設(shè)計(jì)題目：數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（1）時(shí)鐘功能: 采用數(shù)碼管顯示累計(jì)時(shí)間，以24小時(shí)為周期。（2）校時(shí)功能: 能快速校準(zhǔn)“ 時(shí)”、“分”、“ 秒”的功能。（3）整時(shí)報(bào)時(shí)功能: 具體要求整點(diǎn)前鳴叫5 次低音( 500 Hz ) , 整點(diǎn)時(shí)再鳴叫一次高音(1 000 Hz左右) , 共鳴叫6 響, 兩次鳴叫間隔0 .5 s。(選做)（4）計(jì)時(shí)準(zhǔn)確: 每天計(jì)時(shí)誤差不超過(guò)10 s。2. 方案設(shè)計(jì)與論證（1）工作原理 數(shù)字電子鐘由信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、LED數(shù)碼管、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路等組成。工作原理為時(shí)鐘源用以產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，作為數(shù)字種的時(shí)間基準(zhǔn)，要求震蕩頻率為1HZ，為

2、標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。將標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，該計(jì)數(shù)器采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”。“時(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)的累計(jì)。LED數(shù)碼管將“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)顯示。校時(shí)電路是來(lái)對(duì)“時(shí)、分、秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整。根據(jù)題設(shè)要求，可得題設(shè)的總體設(shè)計(jì)思路框架如下：方案一: 利用編碼器74Ls192芯片對(duì)電路進(jìn)行輸入設(shè)計(jì)。利用74LS192對(duì)芯片1kHz的輸入信號(hào)進(jìn)行分頻，得到1HZ的秒脈沖分信號(hào)。再利用74LS1

3、92進(jìn)行產(chǎn)生秒，分，時(shí)，最后在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。方案二: 利用編碼器74Ls92芯片對(duì)電路進(jìn)行輸入設(shè)計(jì)。利用74LS92對(duì)芯片1kHz的輸入信號(hào)進(jìn)行分頻，得到1HZ的秒脈沖分信號(hào)。再利用74LS192進(jìn)行產(chǎn)生秒，分，時(shí)，最后在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。方案三： 編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘。方案比較：方案電路難易程度實(shí)現(xiàn)成本其它方案一簡(jiǎn)單低電路簡(jiǎn)單，不易調(diào)試方案二簡(jiǎn)單低電路簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但無(wú)74LS92芯片方案三難高需要編程，比較難綜上可知： 方案一是最優(yōu)方案，設(shè)計(jì)思路清晰，電路簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，原材料可得；故選擇第一種方案。3、 單元電路設(shè)計(jì) 整個(gè)電路分為振蕩電路部分，分頻電路部分，秒計(jì)數(shù)電路部分，分計(jì)數(shù)電路部分，

4、小數(shù)計(jì)數(shù)部分和整點(diǎn)報(bào)時(shí)部分，校時(shí)電路部分七個(gè)部分組成。（1） 振蕩電路部分： 振蕩電路部分要求產(chǎn)生精度較高的1KHz的信號(hào)，可用555定時(shí)器產(chǎn)生。多諧振蕩器也稱(chēng)無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)無(wú)需外加觸發(fā)脈沖，就能輸出一定頻率的矩形波形（自激振蕩）。用555實(shí)現(xiàn)多諧振蕩，需要R1，R2和電容，并接+5V的直流電源。555芯片的引腳圖：電路設(shè)計(jì)圖如下： 振蕩周期：T=0.69(R1+2R2)C； 其中當(dāng)R1=5.1K，R2=4.2K，C1=0.1uF，C2=0.01uF。因?yàn)殡娐房偞嬖谡`差，最后在實(shí)際電路中把R1設(shè)為電位器，使其可調(diào)節(jié)。（2） 分頻電路部分： 利用74LS192把產(chǎn)生1KHz的

5、信號(hào)分頻為1Hz的秒脈沖信號(hào)，其原理圖如下：（3） 秒計(jì)數(shù)電路部分：秒的個(gè)位部分為逢十進(jìn)一，十位部分為逢六進(jìn)一，從而共同完成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)到59時(shí)清零并重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。秒的個(gè)位部分的設(shè)計(jì)：利用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS192設(shè)計(jì)10進(jìn)制計(jì)數(shù)器顯示秒的個(gè)位。個(gè)位計(jì)數(shù)器由0增加到9時(shí)產(chǎn)生進(jìn)位，連在十位部計(jì)數(shù)器脈沖輸入端CP，從而實(shí)現(xiàn)10進(jìn)制計(jì)數(shù)和進(jìn)位功能。利用74LS192設(shè)計(jì)6進(jìn)制計(jì)數(shù)器顯示秒的十位 ，當(dāng)十位計(jì)數(shù)器由0增加到5時(shí)利用反饋清零法清除，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)脈沖給分的個(gè)位。 所用到的74LS192芯片為資料為： 仿真電路中所使用的是74LS161芯片，其邏輯功能與74LS192幾乎一樣，故設(shè)計(jì)

6、出的秒計(jì)數(shù)電路為：（4） 分計(jì)數(shù)電路部分: 分的個(gè)位部分為逢十進(jìn)一，十位部分為逢六進(jìn)一，從而共同完成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)到59時(shí)清零并重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。分的個(gè)位部分的設(shè)計(jì)：利用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS192設(shè)計(jì)10進(jìn)制計(jì)數(shù)器顯示秒的個(gè)位。個(gè)位計(jì)數(shù)器由0增加到9時(shí)產(chǎn)生進(jìn)位，連在十位部計(jì)數(shù)器脈沖輸入端CP，從而實(shí)現(xiàn)10進(jìn)制計(jì)數(shù)和進(jìn)位功能。利用74LS192設(shè)計(jì)6進(jìn)制計(jì)數(shù)器顯示分的十位 ，當(dāng)十位計(jì)數(shù)器由0增加到5時(shí)利用反饋清零法清除，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)脈沖給時(shí)的個(gè)位。 設(shè)計(jì)的電路圖如下： （4）時(shí)計(jì)數(shù)電路部分：來(lái)自分計(jì)數(shù)電路的進(jìn)位脈沖使時(shí)的個(gè)位加，個(gè)位計(jì)數(shù)器由0增加到9是產(chǎn)生進(jìn)位，連在十位計(jì)數(shù)器脈沖輸入端CP，

7、當(dāng)十位計(jì)到2且個(gè)位計(jì)到3是經(jīng)過(guò)74LS192與門(mén)產(chǎn)生一個(gè)清零信號(hào)，將所有時(shí)的個(gè)位與十位都清零。電路原理圖如下：（6） 整點(diǎn)報(bào)時(shí)部分電路： 當(dāng)59分50秒開(kāi)始，進(jìn)行預(yù)報(bào)時(shí)，每當(dāng)個(gè)位數(shù)為奇數(shù)時(shí)蜂鳴器響一聲，共5聲。在此電路中不用常規(guī)中的報(bào)時(shí)電路那么復(fù)雜，而是巧用74LS148芯片；把判斷59分，50秒，的電平線(xiàn)接入到74LS148的輸入端，當(dāng)達(dá)到59分50秒+秒的個(gè)位為奇數(shù)時(shí)，芯片的GS端恰好輸出低電平來(lái)判斷是否該進(jìn)行報(bào)時(shí)，此方法簡(jiǎn)單易懂，而且電路連接不復(fù)雜。原理圖如下：其中74LS148的相關(guān)資料如下：（7）校時(shí)電路數(shù)字鐘應(yīng)具有秒校時(shí)，分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)嗝雮€(gè)位，分個(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接

8、計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)兩信號(hào)進(jìn)行或后接入其中。這里利用輕觸開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)校時(shí)功能，輕觸開(kāi)關(guān)的一端接高電平，另一端接時(shí)或分的個(gè)位，秒的個(gè)位的CP，當(dāng)按下輕觸開(kāi)關(guān)時(shí)，時(shí)或分或秒的個(gè)位就會(huì)加1，這樣就能實(shí)現(xiàn)校時(shí)功能。4. 總的電路原理圖如下： 將設(shè)計(jì)的各個(gè)單元電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)，得到數(shù)字電子鐘系統(tǒng)電路原理圖如下：材料清單：編號(hào)類(lèi)型數(shù)量其它15551274LS1929374LS001474LS041574LS082674LS14817R115K電位器8R214.7K9C110.01uF10C210.1uF5. 調(diào)試分析及調(diào)試中所遇問(wèn)題及解決方法。 在按原理圖連接好電路后，并不能成功的工作；故進(jìn)行

9、一步一步的調(diào)試；在調(diào)試過(guò)程中需要對(duì)電路的原理必須掌握，在這種我遇到很多問(wèn)題，但在自己仔細(xì)琢磨和請(qǐng)教老師下，都一一的解決了。編號(hào)調(diào)試遇到問(wèn)題分析問(wèn)題解決方法問(wèn)題 110進(jìn)制，就開(kāi)始進(jìn)位反饋清零信號(hào)不對(duì)不用進(jìn)位信號(hào)清零，用8+2與反饋清零法問(wèn)題2分頻后秒脈沖較快產(chǎn)生的1KHz的信號(hào)頻率不準(zhǔn)確（1） 調(diào)節(jié)振蕩電路電位器（2） 分頻加大模值問(wèn)題3時(shí)計(jì)數(shù)部分由23直接變?yōu)?4當(dāng)24時(shí)，忘記清除個(gè)位添加清除個(gè)位的電路后，問(wèn)題解決問(wèn)題4數(shù)碼管偶爾亂碼電路接觸不良選擇較好的導(dǎo)線(xiàn)，確保每一次連線(xiàn)穩(wěn)固 在排除完電路中上述問(wèn)題后，電路正常工作。打開(kāi)電路時(shí)，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間，調(diào)節(jié)到目的時(shí)間，并按24小時(shí)時(shí)間值進(jìn)行，當(dāng)達(dá)到整點(diǎn)時(shí)，能進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)，且誤差很低。 綜上述，電路完全符合要求。6 心得和體會(huì)。 通過(guò)這次對(duì)數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)作，讓我了解了電路設(shè)計(jì)的基本步驟，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路先進(jìn)行軟件模擬仿真再進(jìn)行實(shí)際的電路制作，不能直接的去連電路。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)?，再?shí)際接線(xiàn)中有著各種各樣的條件制約著。還有我們不能直接的拿其他人的電路來(lái)直接用，而是應(yīng)該通過(guò)對(duì)數(shù)字電路的了解，和