电子技术课程设计一                          评分：      

数 字 显 示 电 子 钟

班级：  

题目：数字显示电子钟

设计要求：

1)     LED数码管显示小时、分、秒；

2）可以快速校准小时、分；秒计时可以校零；

3）最大显示为23小时59分59秒；

4）秒脉冲信号由1MHz信号经分频器产生；

5）绘制电气原理图（手工或EDA软件）；

6）给出各功能块的原理说明；

7）编写操作说明；

8）统一封面格式

1. 设计目的

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。

因此，我们此次设计数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路。通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。

2.设计要求：

 （1）LED数码管显示小时、分、秒；

（2）可以快速校准小时、分；秒计时可以校零；

（3）最大显示为23小时59分59秒；

（4）秒脉冲信号由1MHz信号经分频器产生；

（5）绘制电气原理图（手工或EDA软件）；

（6）给出各功能块的原理说明；

（7）编写操作说明；

（8）统一封面格式

3. 功能原理

（1）数字钟的基本原理

    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。

（2）原理框图

4.各部分功能电路

（1）秒计数电路

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74LS161设计10进制计数器显示秒的个位计数器由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74LS161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74LS161与门产生一个高电平接到个位、十位的74LS161的清零端，同时产生一个脉冲给分的个位。

（2） 分计数电路

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。秒的个位部分的设计：来自秒计数电路的进位脉冲使分的个位加1，利用十进制计数器74LS161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74LS161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74LS11与门产生一个高电平接到个位、十位的74LS161的清零端，同时产生一个脉冲给时的个位。

（3） 时计数电路

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，当十位计到2且个位计到3是经过74LS161与门产生一个清零信号，将所有74LS161清零。

（4）显示电路

由74LS161产生十进制数字，再由数码管显示出来。这里的LED数码管是采用共阴的方法连接的。

（5）校时电路

数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计    数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。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74LS161的CP，当按下轻触开关时，时或分的个位就会加1，这样就能实现校时功能。

5. 系统电路总图

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

6．经验体会

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。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。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

7．参考文献

1. 现代数字电路与逻辑设计  清华大学出版社  北京交通大学出版社. 

2. 模拟电子技术（修订版）  清华大学出版社  北京交通大学出版社

第二篇：哈工大电工自主设计实验报告

姓名                班级              学号                  

 实验日期         节次      教师签字          成绩       

自主实验 交通信号灯控制电路

一.实验目的

1. 熟悉74LS192集成计数器的工作原理以及计数的设置；

2．熟悉74LS90集成加法计数器的使用和原理

3. 熟悉74LS138译码器的工作原理以及译码设置；

4. 实现十字路口信号灯的自动控制及倒计时功能

二.总体设计方案或技术路线

1.十字路口交通信号灯变换规则：交通信号灯时控制十字路口交通的主要设施，通常十字路口相交的两条道路分为主干道和支干道，主干道上车辆通行的时间长于支干道。本实验设计中，我们假设主干道车辆通行45秒，而支干道为25秒，每次绿灯变为红灯的过程中黄灯亮起5秒，进行过渡。由此，我们可以列出十字路口交通信号灯随时间的变化情况，如下表所示：

表1 十字路口信号灯随时间变化情况表

2.功能简介： 本实验所设计的电路利用加减法计数器和译码器，可以实现对十字路口交通信号灯的控制，使之按如表1所示的规律变化，同时利用七段显示译码器对主干道上的倒计时进行显示。

3.设计思路：由上表可见，十字路口的红绿灯变化分为四个阶段，80秒为一个周期，因此，我们用一个计数器，配合1HZ的脉冲信号即可实现计时，为了方便七段显示译码器的输出，再按照主干道上信号灯的情况将一个周期分为三个阶段，分别为45s；5s；30s。初始时将减法计数器置位端置为45，开始计数，此时主干路绿灯和支路红灯亮起，计数结束后输出一个脉冲信号，使加法计数器计数，将计数器连接到译码器，通过译码器输出的变化，将减法计数器的置位端置为5，这时主路黄灯和支路红灯亮；再次计数结束后置为30，加法计数器进位，主路红灯和支路黄灯亮；在这个阶段，当减法计数器输出为5时，向加法计数器输入一个脉冲，加法计数器计数加一，主路红灯和支路绿灯亮，但不将减法计数器重新置数。减法计数器计数结束后，再次向加法计数器输入脉冲，使之再次进位，随即归零。

三.实验电路图

 

图3 倒计时数码显示电路

四. 仪器设备名称、型号

可逆计数器74LS192                   2个

译码器74LS138                       2个

加法计数器74LS90                    1个

与非门74LS20                        2个

或非门74LS02                        2个

反相器74LS04                        2个

导线                                 若干

五.理论分析或仿真分析结果

0到45秒：主路绿灯和支路红灯亮，电子显示器由45开始倒计时；

45到50秒：主路黄灯和支路红灯亮，电子显示器由5开始倒计时；

50到75秒：主路红灯和支路绿灯亮，电子显示器由30开始倒计时；

75到80秒：主路红灯和支路黄灯亮，电子显示器继续倒计时

利用软件对电路进行仿真，结果如图所示：

                                     图4 电路仿真结果

六.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）

实验步骤：按电路图连接电路，接通电源，观察指示灯和电子显示屏数字随时间周期性变化的情况。

七.实验结论

实验电路成功实现了对十字路口红绿灯的控制及其计时功能，但实验电路没有设置清零端， 只能通过开关电源对电路进行重置。另外由于74ls192的置数端是异步置数端，而首次置数时译码器中传来的信号还没有到达置数端，因此该电路开始运行后的第一个周期和后续的周期是有差别的，但运行一个周期后，从译码器传来的信号周期性变化，虽然始终存在一个时钟信号的差距，但电路可以正常运行。

八.实验中出现的问题及解决对策

1、连接电路时发现计划使用的74ls90芯片无法按照要求实心功能，遂采用74ls161替代，并对电路做的适当的改动，实现了功能。

2、电路连接完成后发现电子显示器始终无显示，指示灯不亮，通过对电路进行排查，发现电路中的与非门未能按计划输出，进一步对其进行排查，发现与非门与电源连接的导线断了，更换导线后正常实现功能

3、连接完成后显示屏正常显示，但两条路上的红灯均无显示，对电路进行分析后发现电路设计时将高电平和低电平同时接到了指示灯上，通过增加或门解决了这个问题

4、老师验收时提出电路缺少复位端，只能通过开关电源复位的问题，需要进一步对实验电路进行改进。

九.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议

本次实验中，我自己设计实验电路、利用软件模拟、在实验室完成实验。通过自行设计实验电路，我对数字电路相关的知识有了更深的认识。在软件仿真过

程中我同时也锻炼了自己的创新能力，我初步掌握了NI Multisim这款软件的使用方法。在动手连接电路，解决实验中出现的问题的过程中，我锻炼了分析问题，解决问题的能力我认为这次实验对我很有益处。

实验室为我们提供了良好的实验条件，相关设备齐全，对我们的学习有很大帮助，美中不足之处在于实验室有少量损坏的器件，与正常器件混杂在一起，难以分辨，对实验操作有一定 影响，希望实验室能及时更换损坏器件。

十．参考文献

[1]杨世彦.电工学电子技术[M].机械工业出版社 2008.5