数字逻辑课程设计数字时钟课程设计 数电课程设计 数字电子技术

1、数字逻辑课程设计 课题名称 数字时钟 班 级 姓 名 指导教师 日 期 2008-6-24 前 言 自从它被发明的那天起，就成为人们生活中必不可少的一种工具，尤其是在现在这个讲究效率的年代，时钟更是在人类生产、生活、学习等多个领域得到广泛的应用。然而随着时间的推移，人们不仅对于时钟精度的要求越来越高，而且对于时钟功能的要求也越来越多，时钟已不仅仅是一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。诸如闹钟功能、日历显示功能、温度测量功能、湿度测量功能、电压测量功能、频率测量功能、过欠压报警功能等。钟表的数字化给人们的生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时

2、功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。可以说，设计多功能数字时钟的意义已不只在于数字时钟本身，更大的意义在于多功能数字时钟在许多实时控制系统中的应用。在很多实际应用中，只要对数字时钟的程序和硬件电路加以一定的修改，便可以得到实时控制的实用系统，从而应用到实际工作与生产中去。因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路.目前,数字钟的功能越来越强,并且有多种专门的大规模集成电路可供选择

3、.目 录前言2目录2题目2摘要2关键字3设计要求3正文31电路结构与原理图32数码显示器360进制计数和24进制计数4校时7振荡器83.计算、仿真的过程和结果9鸣谢11元器件清单11参考文献11总结与体会11教师评语12数字时钟的课程设计摘要: 数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。目前，数字钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。本设计采用74LS290.74LS47.BCD七段数码管和适当

4、的门电路构成,可实现对时、分、秒等时间信息的采集和较时功能地实现.关键字: 60进制.24进制.时分秒的控制,较时.设计要求:1. 时间以24小时为一个周期;,分,秒;,可以分别对时及分进行单独校时,使其校正到标准时间;正文: 一. 总体方案:数字钟主要分为数码显示器、60进制和24进制计数器、频率振荡器和校时这几个部分。数字钟要完成显示需要6个数码管，八段的数码管需要译码器械才能显示，然后要实现时、分、秒的计时需要60进制计数器和24进制计数器，在在仿真软件中发生信号可以用函数发生器仿真，频率可以随意调整。60进制可能由10进制和6进制的计数器串联而成，而小时的24进制可以采用74LS191

5、的十进制计数器和D触发器来产生计数和进位。频率振荡器可以由晶体振荡器分频来提供，也可以由555定时来产生脉冲并分频为1HZ。主体思路如下图所示： 时显示器分显示器秒显示器时译码器分译码器秒译码器时计数器分计数器秒计数器校时电路振 荡 器分频器 具体操作中，计时电路可采用74LS161.74LS290.74LS90等器件分别构成60和24进制的计数器而完成，显示部分可采用数码管直接实现，振荡分频部分由于有函数发生器可直接采用。较时功能是设计的难点，我们设计了两种方案，一种是需要较时时通过将161的置数端打到0，在161的输入端接编码器，需将时钟较时为多少就在编码器的输入端将对应的I置为0.但在实

6、际操作时极为繁琐，故不采用。另一方案是：当需要较时时，将分或时直接将clock接函数发生器（将函数发生器的频率定在150HZ左右），通过函数发生器直接驱动要较时的部分一步步变到准确值。此方案简洁易懂且操作方便，因此实验中采用此方案。1. 电路结构与原理图（1）数码显示器在Multisim仿真器件中，数码管分为需要译码器显示的和无需译码直接显示的两种，需要译码器的数码管有共阳极和共阴极之分，此电路采用的是不需译码直接显示的数码管（如图1所示），这样就简化了电路，增加了调试的正确性。如图2所示的数码管需要译码器才能显示，74LS47是驱动共阳极数码管的器件，74LS48是驱动共阴极数码管的器件。

7、图1 不需译码管的数码管 图2 需译码器的双数码显示 图3 译码器驱动共阴极数码管电路如图3所示电路，从74LS48的A，B，C，D端输入二进制数便可完成显示功能，而图1的数码管直接输入二进制数便可显示。（2）60进制计数和24进制计数 方案一:基于74LS161的计数设计在设计数字钟电路中，进制是最主要的一部分，它关系着显示的正确与否。关键在于了解各种器件的作用及功能，而且在调试的过程中容不容易出问题，电路会不会变得复杂，器件的选择最好要统一，以便调试成功。分和秒的六十进制：从常理可知，数字钟需要六十进制和十二进制计数器，而六十进制可通过十进制和六进制串联而成，从而完成数码显示。因为同步加法

8、计数器74LS161可构成16进制以下的计数器，所以此电路中分和秒的计时都采用74LS161来进行设计。而小时是24进制计数，依然用74LS161，但电路作了改进。在数字钟的控制电路中，分和秒的控制都是一样的，都是由一个十进制计数器和一个六进制计数器串联而成的，在电路的设计中我采用的是统一的器件74LS161N的反馈置数法来实现十进制功能和六进制功能，十进制的同步加法计数器有74160和74192，而没有现成的六进制同步加法计数器。图4是用74LS161构成六进制计数器的结构图，根据74LS161的结构把输出端的0101（十进制为5）用一个与非门74LS00引到Load端便可置0，这样就实现了

9、六进制计数。图5是用74LS161构成十进制计数器的结构图，同样，在输出端的1001（十进制为9）用一个与非门74LS00引到Load端便可置0，这样就实现了十进制计数。在分和秒的进位时，用秒计数器的Load端接分计数器的CLK控制时钟脉冲，脉冲在上升沿来时计数器开始计数。 小时的二十四进制：数字钟的小时要用到十二进制，要用到十进制，并且在计数到12时要清零，所以不能用单纯的十进制计数器，考虑到在12时要清零，还是要用两个74LS161来实现。具体的电路图如图6。个位采用十进制，而且当同时满足十位为1，各位为2时，两个计数器同时清零，这自然就要想到用与非门和非门反馈接到清零或置数端来实现，电路

10、也是用反馈置的方法。其他原理与相同，不再细讲。方案二:基于74LS290的计数器在课本中还学习了74LS290,此计数器也有计数的功能,因此也可进行设计.以下两图为60进制分秒的设计,以及24进制时的设计. 74ls290的60进制13端口为进位9为cp脉冲 74ls290的24进制14处为分的进位 方案比较:在设计中如果没有较时电路,那么用290或161基本上是一样的,只是连接方式不同而已.但加入较时电路后,就会出现两种方案:一种是在161下的ABCD端口接上编码器,并且在其Ld端设置开关,计数时接高电平,当需进行较时时,接低电平.此时将编码器的I0到I9中的某一端口接高电平,这样就会在16

11、1的ABCD端口有置数信号,从而实现置数. 但在290中,没有置任意数功能,只能制一和制九,因此远远不能完成电路需要较时的功能.因此我们放弃了用290进行设计的方案.选择了用161进行设计. （3） 校时由于Multisim可以仿真，并有函数发生器，最简单的校时方法就是通过开关用函数发生器对CLK端输入脉冲以改变显示的数值。此电路的设计就是采用这种方法校时的，虽可以只用一个函数发生器来实现同步，但调试时结果不能体现出来，所以用另外的函数发生器来实现校时。校时的具体设计方法是：用一个单刀双掷开关切换计数功能与校时功能，另一端接计数器的脉冲输入端，开关置于函数发生器这一端便可以校时，置于计数器的进

12、位端便是计时。不校正时间时开关都应打在与非门的那一端，校时时才用键盘操作改变开关的状态。 图6 控制小时显示的进位电路图（4）振荡器 振荡器可由晶振组成，也可以由555定时器组成。图7是由555定时器构成的1KHZ的自激振荡器，其原理是0.7(2R3+R4+R5)C4=1ms，f=1/t=1KHZ。计时是1HZ的脉冲才是1S计一次数，所以需要分频才能得到1HZ的脉冲，如图8所示电路，是三个用十进制计数器74LS90串联而成的分频器，分频原理是在74LS90的输出端子中，从低位输入10个脉冲才从高位输出1个脉冲，这样一片74LS90就可以起十分频的作用，三个74LS90串联就构成了千分频的电路，

13、输出的便是1HZ的信号，从而达到目的。 在仿真时，1HZ的频率太慢了，在实际中得到的时间不是1S计数一次，所以仿真都是用函数发生器代替，所以在数字钟总电路图中没有振荡器。 图7 555定时器产生频率为1KHZ信号的电路 图8 把1KHZ的信号分频为1HZ信号的电路2. 计算、仿真的过程和结果 在74LS161的调试中发现没有到16而进位在进位时会多出一个消隐状态，为了消除这个状态，我用一个非门从进位端接到异步清零端，就可消除这个状态，从而让计数重新从零开始。图中的秒和分的60进制可以用十进制计数器74LS160和74LS161代替，十进制计数器代替74LS161可以减少与非门的使用，这样就更加

14、简化了电路，相当于一个小小的改进。仿真的结果在Multisim中可以清楚 地看到。从左到右的函数发生器中第一个是为校时提供的，第二个是为校分提供的，第三个是是正常计数产生脉冲的信号源。 图9 数字钟总电路图和仿真效果(总电路见附图)鸣谢:谢谢学校的支持以及田莉娟老师.邓秋霞老师林涛老师的支持及辅导,他们在课设期间给了我们最大的帮助,为我们解答了很多难题.,还有好友辛龙的鼎立支持。元器件清单器件数量四输入数码管6个74LS161N6个74LS051个LM555CM1个电阻器3个电容器2个74LS08N6个74LS00N与非门）5个单刀双掷开关2个参考文献: 1.陈志武.数字电子技术基础.西北工业

15、大学出版社.3、谢自美.电子线路设计.实验.测试.华中科技大学出版社,2000.7. 4总结与体会：收获体会:整个过程花了我们不少时间，主要是在调试时花了不少时间，其间换了不少器件，查了很多资料,有的器件在理论上可行，但在实际运行中就无法看到效果，所以调试花了我不少时间，有时无法找出错误便更换器件重新接线以使电路正常运行。Multisim软件有时会出问题，在理论上可行的电路在调试中未必能显示出来，这就需要不断地尝试才能得出正确的答案。在实际的操作过程中，能把理论中所学的知识灵活地运用起来，并在调试中会遇到各种各样的问题，电路的调试提高了我们解决问题的能力，学会了在设计中独立解决问题，也包括怎样去查找问题。似乎所有的事都得自己新手去操作才会在脑海中留下深刻的印象，这个