数字电子钟课程设计报告
课 程 名 称 数字电路技术基础
设 计 题 目 数字电子钟逻辑电路设计
专 业 电子科学与技术
班 级 20##级电子（3）班
姓 名
同 组 者
指 导 老 师
20##年1月 4日
目录
一、 内容摘要... 4
二、 课设内容及要求... 4
三、 方案比较... 5
1. 方案一：... 5
2. 方案二：... 5
3. 方案三: 5
四、 方案解说... 6
1. 1Hz的时钟产生电路：... 6
2. 校对整理模块：... 7
3. 计数和进位模块：... 8
4. 译码模块：... 9
5. 显示模块：... 9
6. 直流稳压电源：... 9
7. PCB布线图：... 10
五、 安装调试过程... 10
六、 设计过程中遇到的问题及其解决方法... 10
七、 总结... 11
八、 元器件清单... 12
九、 对该设计的建议... 13
十、 参考文献... 14
一、 内容摘要
数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时、日的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用：小到日常生活中的电子手表，大到车站、码头、机场等公共场所的大型显示电子钟。而本次的数电课设的目标是用一些特定的硬件和芯片，来完成分频，进位，译码，显示等工作。最终搭建成一个可以实时显示当前时间如：时、分、秒和星期的电子时钟，并且要求具有可以调速，自动进位等功能。该数字电子钟由石英晶体振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器；校时电路；六十进制秒、分计数器及24进制或12进制计时计数器；以及秒、分、时的译码显示部分等构成。
二、 课设内容及要求
1. 由晶振电路产生1Hz的标准秒信号；
2. 秒、分为00-59六十进制计数器；
3. 时为00-23二十四进制计数器；
4. 周显示从1-日为七进制计数器；
5. 可手动校正：能分别进行秒、分、时、日的校正。只要将开关置于手动位置，可分别对秒、分、时、日进行手动脉冲输入调整或连续脉冲输入的校正。
三、 方案比较
1. 方案一：
555定时器设计的多谐振荡器产生振动周期为1s的脉冲。并将信号送入计数器进行计算，并把累加的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“秒”的显示由两级计数器和译码器组成的六十进制计数电路实现；“分”的显示电路“秒”相同，“时”的显示由两级计数器和译码器组成的二十四进制电路来实现。所有计时结果由六位数码管显示。采用555定时器能够极方便的构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以在施密特触发器的基础上改接成多谐振荡器。
2. 方案二：
设计也可以采用单片机进行控制。晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端输出到片内的时钟发生器上。时钟发生器为二分频器。向CPU提供两相时钟信号P1和P2。每个时钟周期有两个节拍（相）P1和P2，CPU就以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥AT89S52单片机各部件协调工作。
3. 方案三:
采用石英晶体振荡来及简单的门电路实现。本次实践我选择该方案，其系统框图如下：
四、 方案解说
1. 1Hz的时钟产生电路：
时钟产生电路我们用石英晶体组成石英晶体振荡器，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联后再串联一个电容的二端网络，这个网络有两个谐振点。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，因此，当晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路。电路的震荡频率及取决于石英晶体的并联谐振频率，与R、C的数值无关。
晶体振荡器电路给数字电子钟提供了一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号，此外还有一校正电容可以对温度进行补偿，以提高频率准确度和稳定度，使稳定度优于10^-4，可保证数字钟的走时准确及稳定。我们采用32768晶振，为了得到1Hz的脉冲，我们要进行15次二分频。最终我们选用CD4060的14次二分频分频加上74HC74D触发器芯片组成的二分频来构成15次的二分频，最终得到1Hz的脉冲。这个模块的电路图如下：
2. 校对整理模块：
对于这个模块我们直接用CD4060的Q13脚来产生校对电路的时钟，用一个开关来选择校对和正常的时序，校对的频率在此次课设中为32768/（2^13） =4Hz，所以整体的电路图为：
3. 计数和进位模块：
秒进位（60进制），分进制，时进制，星期进制：
采用两片10进制的74ls160采取置数方式来进行，电路图连接如下：
其中u3的进位输出端（output）和u4的时钟输入端（clock端）是通过74hc04 的其中一个反向器来联通的。
如图所示：时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器、时个位和时十位计数器及星期计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器为24进制计数器，星期计数器为7进制计数器。
4. 译码模块：
此次译码模块比较简单都是采用专用的译码芯片CD4511来实现。CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。电路图如下：
5. 显示模块：
有上面的译码模块可知，我们这次显示总共采用7个阴极型数码管的静态显示方式。比较简单在这里直接附上电力图：
6. 直流稳压电源：
在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。它是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。本设计采用的直流稳压电源，输入为220V的交流电，输出为5V左右的稳定电压。
7. PCB布线图：
五、 安装调试过程
1．使用multisim对数码管进行仿真，确保该芯片的分频能使数码管正常工作。
2．使用面包板进行搭线调试，确保电路连接无误。
3．PCB布线。
4．对所制作好的板进行短路测试
六、 设计过程中遇到的问题及其解决方法
在检测面包板状况的过程中,出现本该相通的地方却未通的状况,后经检验发现是由于万用表笔尖未与面包板内部垂直接触所至.
在检测CD4511驱动电路的过程中发现数码管不能正常显示的状况,经检验发现主要是由于接触不良的问题,其中包括线的接触不良和芯片的接触不良,在实验过程中,数码管有几段二极管时隐时现,有时会消失.用5V电源对数码管进行检测,一端接地,另一端接触每一段二极管,发现二极管能正常显示的,再用万用表欧姆档检测每一根线是否接触良好,在检测过程中发现有几根线有时能接通,有时不能接通,把接触不好的线重新接过后发现能正常显示了.其次是由于芯片接触不良的问题,用万用表欧姆档检测有几个引脚本该相通的地方却未通,而检测的导线状况良好,其解决方法为把CD4511的芯片拔出,根据面包板孔的的状况重新调整其引脚,使其正对于孔,再用力均匀地将芯片插入面包板中,此后发现能正常显示,本次实验中还发现一块坏的LED数码管和两块坏的CD4511,经更换后均能正常显示。
七、 总结
通过本次实验对输电知识有了更深入的了解，将其运用到了实际中来，明白了学习电子技术基础的意义，也达到了其培养的目的。在实验中，我也遇到了很多挫折，不过我都和同伴一一克服了，大家齐心协力解决了问题，使我明白了和他人共同合作的重要性。在以后的道路上我们也必须深刻认识到团队合作精神，投入今后的发展之中，实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。这也是一次预演和准备毕业设计工作。通过课程设计，让我们找出自身状况与实际需要的差距，并在以后的学习期间及时补充相关知识，为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备，从而缩短从校园走向社会的心理转型期。
作为整个学习体系的有机组成部分，课程设计虽然安排在独立单周进行，但并不具有绝对独立的意义。它的一个重要功能，在于运用学习成果，检验学习成果。运用学习成果，把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性地应用于实际设计工作，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。
在进行电路连接的时候，在确保一切都连接无误之后，时钟显示还是有问题，经过老师的指导不断改正，还是出现这样、那样的问题，不过我们都坚持了下来，仔细测试电路，才明白原来应该这样连接。尤其是时电路达到24要清零的时候，个位清零时钟不是那么容易，后来请教了学长才明白需要经过一个与门电路，顿时茅塞顿开。
成功就是在不断摸索中前进实现的，遇到问题我们不能灰心、烦躁，甚至放弃，而要静下心来仔细思考，分部检查，找出最终的原因进行改正，这样才会有进步，才会一步步向自己的目标靠近，才会取得自己所要追求的成功。
八、 元器件清单
九、 对该设计的建议
此次的数字电子钟课程设计虽然能把电路图接出来,并能正常显示,但对于电路本身的原理并不是十分熟悉，总的来说,通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力。
十、 参考文献
1. 数字电子技术基础（第五版）清华大学电子学教研组 编
2. 网络资源：浙江万里学院电子信息学院金雪同学的数字电子技术课程设计报告。
3. 百度文库相关资料。
4. 74HC00、 74HC04等PDF芯片资料。
第二篇：数字电子钟课程设计报告-数电
存档资料 成绩：
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