《电子技术基础（数字部分）》
课程设计。姓名。
学号。班级： 11电气1班
专业： 电气工程及其自动化
学院： 电气与信息工程学院
2024年3月。
目录。一、设计任务 1
二、设计要求 1
三、工作原理和电路分析 1
1、秒脉冲信号发生器 2
1）振荡器 2
2）分频电路 3
2、 计数器 4
1） 六十进制计数器 4
2） 二十**制计数器 5
3、 校时电路 5
4、 数字钟原理总图 6
四、 仪器与工具 6
五、元器件清单 7
数字钟的设计与制作。
数字钟是数字集成电路构成的、用数码显示的一种现代计时器，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无需机械传动等特点。因而广泛用于车站、码头、机场、商店等公共场所。在控制系统中，也常用来作为定时控制的时钟源。
本次课程设计要求以中规模集成电路为主，利用所学知识，设计一个数字钟。通过本次课程设计，进一步加强数字电路综合应用能力，掌握数字电路的设计技巧，增强实践能力，以及熟练掌握数字钟的系统设计、组装、调试及故障排除的方法。
设计过程针对简易数字钟的设计要求，先定义和规定各个模块的结构，再对模块内部进行详细设计。详细设计的时候又根据给定的芯片，分析各芯片是否适合本次设计，选择较合适的芯片进行设计，并将设计好的模块组合调试，在multisim下**通过。完成**后，对给定的实验器材进行必要的检测，并按照**后的设计进行实际电路图的搭建与调试，并最终完成电路图的设计与制作。
1、设计一台可以显示时、分、秒的数字钟；
2、具有校时功能，可以对小时和分单独校时；
3、要求电路主要采用74系列中小规模集成电路来实现。
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”，该计数器采用六十进制计数器，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”也采用六十进制计数器，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”将采用二十**制计数器，可以实现一天24小时的累计。
时、分、秒”计数器的输出状态通过六位带译码功能的led显示器显示出来。其原理框图如图1示。
图1 数字钟工作原理方框图。
秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分，他的精度和稳定度决定了数字钟的质量。该发生器由555定时器构成的振荡器与74ls90构成的分频器组合产生秒脉冲信号。
一般来说，振荡器的频率越高，计时器的精度就越高，但耗电量将增大。通常我们用555定时器与rc构成的多谐振荡器，经过调整输出1000hz脉冲。构成的多谐振荡器及使用multisim**的波形分别如图2、图3所示。
图2 555构成的多谐振荡器。
图3 多谐振荡器**波形。
分频电路功能主要有两个，一是产生标准秒脉冲信号，一是提供功能扩展电路所需的信号。分频电路主要由二-五-十进制计数器74ls90组成。因为振荡器产生的是1000hz的脉冲，而时基信号要求为1hz，因此，利用10分频的电路比较好。
将1000hz的振荡信号作为第一级74ls90的输入脉冲信号，经过第一级分频后f1=100hz。以此类推1hz的时基信号需要三次分频。分频电路及分频**波形如图4和图5所示。
图4 分频电路。
图5 分频后**波形。
数字钟是以“时、分、秒”的十进制数字显示的，分钟和秒钟都是六十进制的计数器，而小时是二十**制的计数器。这里还是采用74ls90为计数芯片。
74ls90是集成异步计数器，而数字钟的时、分、秒的个位是逢十进位，故它们的进位可直接由低位qd向高位cp输出。秒十位和分十位是逢六进位的，它们的进位要用bcd码输出，并使用具有两个输入端的与门来控制进位，如分十位的bcd码为0110（即计数器数值达到6）时，与门输出低电平，这个低电平一方面向高位进位，另一方面输送给秒十位的清零端r01和r02使其清零，由于秒个位是十进制计数器，只要自动回零就可以了。这样就完成了60秒钟的计时任务；分钟工作原理和秒钟工作原理是一样的。
如图6所示。
图6 六十进制计数器。
对于时钟，时位要实现二十**位，与门的两个输入信号分别来自时十位**输出qb（0010）和时个位**qc（0100），即只有计时到二十四小时的那一刻，与门才输出一个低电平。此低电平连接到时十位和时个位清零端r01和r02，实现二十四小时的清零目的，如图7所示。
图7 二十**制计数器。
当接通电源或计时出现误差时，都需要对时间进行校正。校正电路如图8所示。s1、s2分别是时校正和分校正开关，s3为校正轻触开关。
不校正时，s1和s2都闭合；当断开s1，闭合s2时，拨动s3对时进行调时；当闭合s1，断开s2时，拨动s3对分进行调时。
图8 校时电路。
将之前的各个模块电路，通过对应的门电路连接起来，其原理总图如图9所示。
图9 原理图总图。
1、试验箱1台；
2、数字示波器1台；
3、万用表1个；
4、镊子1把；
5、剥线钳1把。
对芯片的不熟悉在**前期是个很大的困难，但是却也是最好解决的。在参考了相关资料以及网络查询以后，对555定时器和74ls90有了简单的了解，通过功能表与实例说明，仿照相关连接方式，设计出符合要求的电路。
模块单独设计的时候，按照设计要求上提供的校时电路连接时，发现无论s1与s2的状态如何，都可以进行调时，与要求不符，于是找到几处可能的问题，通过多次尝试改动，将校时电路完成。初时设计时将s3一端与秒脉冲信号端通过与门连接到秒信号输入端，实现在调时时时钟停止走动的功能。但后来在与人交流中发现，电子表在调时时，秒钟依然在走动，因此将这一功能去掉。
在**时，电路连接基本上没问题，但是发现在数码管的选择上会有不同，起初选择dcd_hex，结果发现电路会有抖动，以及显示不流畅现象，在换成dcd_hex_dig后显示就正常了。
在将各模块连接的时候出现的问题比较多，特别是在与校时电路连接的时候，起初因为没有用异或门连接，导致校时出现错误，在不断的改动中还出现不走时、不进位等现象。最后是通过在图书馆找资料解决的，模仿别人的连接，发现了问题所在。
**时间过慢的问题导致许多要的数据出不来，网上的方法是调节步长，但是在总图进行**时发现效果不明显，在示波器现实时发现信号失真。因此在通过多次尝试以后，发现了比较好的方法。在总图**的时候，可以将秒信号输入端与振荡器的输出端直接相连，或者与第一分频器输出端相连，这样就可以快速**，而且在分和时还可以单独连接一个信号，这样就能更快的确定个位和十位之间的进位是否可行。
如果另外接函数信号发生器的话，效果不是很明显，所以没有采用。在示波器显示的时候可以稍微调节一下步长，这样失真不会很明显。
在实际电路连接时，手动开关改用了电平开关，轻触开关s3改用了手动脉冲信号按钮，在连接时，因为试验箱上的开关自带电源、接地和电阻，因此，连接时这三部分可以不用连接。在接手动脉冲时注意a和不能接反，否则校时时会出现不稳定现象。
在电路连接完成后，发现部分数码管不能正常显示，也不能进行调时。在经过仔细检查时发现74lsls08和74ls86的接地端被接到了电源上，且时和分的清零端没有接，以后接线时注意是否连完全，先是否在面包板上插偏的问题。
调时过程中，经常出现时和分在调时时会相互不规则影响。起初以为之前的接线问题把芯片烧坏了，在换了新的芯片后问题依然存在。仔细校对电路也没有发现问题，开关测试也一切正常，在排查了所有问题之后，发现是试验箱的问题。
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