数字电子时钟逻辑电路设计

[数电课程设计数字电子时钟的实现] 电子时钟课程设计课程设计报告设计题目：数字电子时钟的设计与实现班级：学号：姓名：指导教师：设计时间：摘要钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，大大的扩展了原先钟表的报时。

诸如，定时报警、按时自动打铃、时间程序自动控制等，这些，都是以钟表数字化为基础的。

功能数字钟是一种用数字电路实现时、分、秒、计时的装置，与机械时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

从原理上讲，数字钟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，此次设计与制作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使用方法。

通过此次课程设计可以进一步学习与各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。

通过仿真过程也进一步学会了Multisim7的使用方法与注意事项。

本次所要设计的数字电子表可以满足使用者的一些特殊要求，输出方式灵活，如可以随意设置时、分、秒的输出，定点报时。

由于集成电路技术的发展，，使数字电子钟具有体积小、耗电省、计时准确、性能稳定、维护方便等优点。

关键词：数字钟，组合逻辑电路，时序电路，集成电路目录摘要 (1)第1章概述············································3第2章课程设计任务及要求·······························42.1设计任务············································42.2设计要求············································4第3章系统设计··········································63.1方案论证············································63.2系统设计············································63.2.1结构框图及说明·································63.2.2系统原理图及工作原理···························73.3单元电路设计········································83.3.1单元电路工作原理·······························83.3.2元件参数选择···································14第4章软件仿真·········································154.1仿真电路图··········································154.2仿真过程············································164.3仿真结果············································16第5章安装调试··········································175.1安装调试过程········································175.2故障分析············································17第6章结论···············································18第7章使用仪器设备清单··································19参考文献·················································19收获、体会和建议·········································20第1章概述数字集成电路的出现和飞速发展，以及石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度稳定度远远超过了老式的机械表，用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的数字钟在数字显示方面，目前已有集成的计数、译码电路，它可以直接驱动数码显示器件，也可以直接采用才COMS--LED光电组合器件，构成模块式石英晶体数字钟。

多功能数字钟电路设计1设计内容简介数字钟是一个简单的时序组合逻辑电路，数字钟的电路系统主要包括时间显示，脉冲产生，报时，闹钟四部分。

脉冲产生部分包括振荡器、分频器；时间显示部分包括计数器、译码器、显示器；报时和闹钟部分主要由门电路构成，用来驱动蜂鸣器。

2设计任务与要求Ⅰ以十进制数字形式显示时、分、秒的时间。

Ⅱ小时计数器的计时要求为“24翻1”，分钟和秒的时间要求为60进位。

Ⅲ能实现手动快速校时、校分；Ⅳ具有整点报时功能，报时声响为四低一高，最后一响为整点。

Ⅴ具有定制控制（定小时）的闹钟功能。

Ⅵ画出完整的电路原理图3主要集成电路器件计数器74LS162六只；74LS90三只；CD4511六只；CD4060六只；三极管74LS191一只；555定时器1只；七段式数码显示器六只，74LS00 若干；74LS03(OC) 若干；74LS20 若干；电阻若干，等4设计方案数字电子钟的原理方框图如图（1）所示。

该电路由秒信号发生器、“时，分，秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路、闹钟定时等电路组成。

秒信号产生器决定了整个计时系统的精度，故用石英晶体振荡器加分频器来实现。

将秒信号送入“秒计时器”，“秒计时器”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60分钟，发出一个“时脉冲”，该信号经被送到“时计数器”作为“时计数器”的时钟脉冲，而“时计数器”采用二十四进制计数器，实现“24翻1”的计数方式，可实现对一天二十四小时的累计。

译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态通过七段式显示译码器译码，通过刘伟LED 七段显示器显示出来。

整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后触发一音频发生器实现整点报时，定时电路与此类似。

校时电路是用“时”、“分”、“秒”显示数5电路设计5.1秒信号发生器秒信号发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，通常用晶体整荡器产生的脉冲经过整形、分频获得1 Hz的秒脉冲。

功能数字钟的电路设计数字钟是采用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。

钟表的数字化在提高报时精度的同时，也大大扩展了它的功能，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、定时启闭路灯等。

因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

1、设计目的1）掌握数字钟的设计、组装与调试方法。

2）熟悉集成电路的使用方法。

2、设计任务与要求1）时钟显示功能，能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。

2）具有校准时、分的功能。

3）整点自动报时，在整点时，便自动发出鸣叫声，时长1s。

选做：1）闹钟功能，可按设定的时间闹时。

2）日历显示功能。

将时间的显示增加“年”、“月”、“日”。

3、数字钟的基本原理及电路设计一个具有计Array时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等七部分组成。

石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器译码，并通过显示器显示时间。

数字钟的整机逻辑框图如下：图 1数字钟整机逻辑图振荡器方案一：由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。

图 2 555与RC 组成的多谐振荡器图 分析：图中的C2为保护电容，其取值并没有什么要求。

在本设计中，我假设输出的脉冲的占空比为2/3，并且把555与RC 组成的多谐振荡，参考书本上的方案得出占空比3222121=++=R R R R q 故得到R1=R2。

又有电路的振荡周期T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2得T=(R1+2R2)Cln2=103-S 。

我在实验中取电容为10nf 。

带入式中，可以得出R1=R2=48K Ω。

在这里取两个47K Ω电阻和滑动电阻2K Ω。

仿真结果如图所示，误差还是比较低的。

方案二：石英晶体振荡器。

石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整，它是电子钟的核心，用它产生标准频率信号，再由分频器分成秒时间脉冲。

数字电子钟逻辑电路设计一、简述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;小到人们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数显电子钟;数字电子钟的电路组成方框图如图所示;图数字电子钟框图由图可见,数字电子钟由以下几部分组成：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,二十四进制或十二进制计时计数器；秒、分、时的译码显示部分等;二、设计任务和要求用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分、秒的数字电子钟,要求如下：1.由晶振电路产生1Hz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. 可手动校时：能分别进行秒、分、时、日的校时;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;6. 整点报时;整点报时电路要求在每个整点前呜叫五次低音500Hz,整点时再呜叫一次高音1000Hz;三、可选用器材1. 通用实验底板2. 直流稳压电源3. 集成电路：CD4060、74LS74、74LS161、74LS248及门电路4. 晶振：32768 Hz5. 电容：100μF/16V 、22pF 、3～22pF 之间6. 电阻：200Ω、10K Ω、22M Ω7. 电位器：Ω或Ω8. 数显：共阴显示器LC5011-119. 开关：单次按键10. 三极管：805011. 喇叭：1 W /4,8Ω四、设计方案提示根据设计任务和要求,对照数字电子钟的框图,可以分以下几部分进行模块化设计;1. 秒脉冲发生器脉冲发生器是数字钟的核心部分,它的精度和稳定度决定了数字钟的质量,通常用晶体振荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz 的秒脉冲;如晶振为32768 Hz,通过15次二分频后可获得1Hz 的脉冲输出,电路图如图所示;74LS741Hz图 秒脉冲发生器2. 计数译码显示秒、分、时、日分别为60、60、24、7进制计数器、秒、分均为60进制,即显示00～59,它们的个位为十进制,十位为六进制;时为二十四进制计数器,显示为00～23,个位仍为十进制,而十位为三进制,但当十进位计到2,而个位计到4时清零,就为二十四进制了;周为七进制数,按人们一般的概念一周的显示日期“日、1、2、3、4、5、6”,所以我们设计这个七进制计数器,应根据译码显示器的状态表来进行,如表所示;按表状态表不难设计出“日”计数器的电路日用数字8代替;所有计数器的译码显示均采用BCD—七段译码器,显示器采用共阴或共阳的显示器;表状态表3.校时电路在刚刚开机接通电源时,由于日、时、分、秒为任意值,所以,需要进行调整;置开关在手动位置,分别对时、分、秒、日进行单独计数,计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输入;4.整点报时电路当时计数器在每次计到整点前六秒时,需要报时,这可用译码电路来解决;即当分为59时,则秒在计数计到54时,输出一延时高电平去打开低音与门,使报时声按500Hz频率呜叫5声,直至秒计数器计到58时,结束这高电平脉冲；当秒计数到59时,则去驱动高音1KHz频率输出而鸣叫1声;五、参考电路数字电子钟逻辑电路参考图如图所示;图数字电子钟逻辑电路参考图六、参考电路简要说明1. 秒脉冲电路由晶振32768Hz经14分频器分频为2Hz,再经一次分频,即得1Hz标准秒脉冲,供时钟计数器用;2. 单次脉冲、连续脉冲这主要是供手动校时用;若开关K1打在单次端,要调整日、时、分、秒即可按单次脉冲进行校正;如K1在单次,K2在手动,则此时按动单次脉冲键,使周计数器从星期1到星期日计数;若开关K1处于连续端,则校正时,不需要按动单次脉冲,即可进行校正;单次、连续脉冲均由门电路构成;3. 秒、分、时、日计数器这一部分电路均使用中规模集成电路74LS161实现秒、分、时的计数,其中秒、分为六十进制,时为二十四进制;从图3中可以发现秒、分两组计数器完全相同;当计数到59时,再来一个脉冲变成00,然后再重新开始计数;图中利用“异步清零”反馈到/CR端,而实现个位十进制,十位六进制的功能;时计数器为二十四进制,当开始计数时,个位按十进制计数,当计到23时,这时再来一个脉冲,应该回到“零”;所以,这里必须使个位既能完成十进制计数,又能在高低位满足“23”这一数字后,时计数器清零,图中采用了十位的“2”和个位的“4”相与非后再清零;对于日计数器电路,它是由四个D触发器组成的也可以用JK触发器,其逻辑功能满足了表1,即当计数器计到6后,再来一个脉冲,用7的瞬态将Q4、Q3、Q2、Q1置数,即为“1000”,从而显示“日”8;4．译码、显示译码、显示很简单,采用共阴极LED数码管LC5011-11和译码器74LS248,当然也可用共阳数码管和译码器;5.整点报时当计数到整点的前6秒钟,此时应该准备报时;图3中,当分计到59分时,将分触发器QH置1,而等到秒计数到54秒时,将秒触发器QL置1,然后通过QL与QH相与后再和1s标准秒信号相与而去控制低音喇叭呜叫,直至59秒时,产生一个复位信号,使QL清0,停止低音呜叫,同时59秒信号的反相又和QH相与后去控制高音喇叭呜叫;当计到分、秒从59：59—00：00时,呜叫结束,完成整点报时;6.呜叫电路呜叫电路由高、低两种频率通过或门去驱动一个三极管,带动喇叭呜叫;1KHz和500Hz从晶振分频器近似获得;如图中CD4060分频器的输出端Q5和Q6;Q5输出频率为1024Hz,Q6输出频率为512Hz;。

Verilog数字时钟计数器电路设计一、引言Verilog是一种硬件描述语言，用于描述、设计和模拟数字电路。

数字时钟计数器电路是数字电子系统中常见的模块，用于产生时钟信号和计数功能。

本文将介绍如何使用Verilog语言设计数字时钟计数器电路。

二、电路功能数字时钟计数器电路的功能是产生一个稳定的时钟信号，并实现计数功能，用于驱动数字系统中的时序逻辑。

该电路通常包括时钟发生器和计数器两部分，时钟发生器用于产生稳定的时钟信号，而计数器用于对时钟信号进行计数。

三、Verilog语言简介Verilog是一种硬件描述语言，它可以用于描述数字电路的结构、行为和时序特性。

Verilog语言具有丰富的语法结构，包括模块、端口、信号、赋值语句、过程块等，可以描述数字电路中的各种逻辑和时序操作。

四、数字时钟计数器电路设计1. 模块定义我们需要使用Verilog语言定义数字时钟计数器的模块。

模块是Verilog语言中的最基本单元，用于描述数字电路的结构和行为。

以下是数字时钟计数器模块的定义：```verilogmodule clk_counter(input wire clk,input wire rst,output reg [3:0] count);```在上面的代码中，我们定义了一个名为`clk_counter`的模块，该模块包括一个时钟输入`clk`、一个复位输入`rst`和一个4位计数输出`count`。

2. 时钟发生器接下来，我们需要设计时钟发生器模块，用于产生稳定的时钟信号。

以下是时钟发生器模块的定义：```verilogmodule clk_generator(output reg clk);always #10 clk = ~clk;endmodule```在上面的代码中，我们定义了一个名为`clk_generator`的模块，该模块包括一个时钟输出`clk`。

通过`always`块和`#10`延时控制，我们实现了一个简单的时钟发生器，每10个时间单位翻转一次。

做成时钟,并不难,把十进改成6进就行了如下:1,震荡电路的电容用晶震,记时准确.2, 时:用2块计数器,十位的用1和2(记时脚)两个脚.分:用2块计数器,十位的用1,2,3,4,5,6,(记时脚)6个脚.秒:同分.评论:74系列的集成块不如40系列的,如:用CD4069产生震荡,CD4017记数,译码外加.电压5V.比74LS160 74LS112 74LS00好的.而且CD4069外围元件及少.如有需要我可以做给你.首先需要产生1hz的信号，一般采用CD4060对32768hz进行14分频得到2hz，然后再进行一次分频。

（关于此类内容请参考数字电路书中同步计数器一章）(原文件名:4060.JPG)一种分频电路：(原文件名:秒信号1.JPG)采用cd4518进行第二次分频另一种可以采用cd4040进行第二次分频第三种比较麻烦，是对1mhz进行的分频(原文件名:秒信号2.JPG)介绍一下cd4518：CD4518，该IC是一种同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～{15}。

该计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚），4路BCD码信号输出（3脚～6脚；{11}脚～{14}脚）。

此外还必须掌握其控制功能，否则无法工作。

手册中给有控制功能的真值（又称功能表），即集成块的使用条件，如表2所示。

从表2看出，CD4518有两个时钟输入端CP和EN，若用时钟上升沿触发，信号由CP输入，此时EN端应接高电平“1”，若用时钟下降沿触发，信号由EN端输入，此时CP端应接低电平“0”，不仅如此，清零（又称复位）端Cr也应保持低电平“0”，只有满足了这些条件时，电路才会处于计数状态，若不满足则IC不工作。

计数时，其电路的输入输出状态如表3所示。

值得注意，因表3输出是二/十进制的BCD码，所以输入端的记数脉冲到第十个时，电路自动复位0000状态（参看连载五）。

另外，该CD4518无进位功能的引脚，但从表3看出，电路在第十个脉冲作用下，会自动复位，同时，第6脚或第{14}脚将输出下降沿的脉冲，利用该脉冲和EN端功能，就可作为计数的电路进位脉冲和进位功能端供多位数显用。

.《数字电子技术》课程设计报告设计题目: 数字钟班级学号：1407080701221 1407080701216 1407080701218学生：志强企海清指导教师：周玲时间：2016.6.15-2016.6.16《数字电子技术》课程设计一、设计题目：数字钟的设计一、设计任务与要求：1.时钟显示功能，能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。

其中时为24进制，分秒为60进制。

2. 其他功能扩展：（1）设计一个电路实现时分秒校准功能。

（2）闹钟功能，可按设定的时间闹时。

（3）设计一个电路实现整点报时功能等。

在59分51秒、53秒、55秒、57秒输出750Hz 音频信号，在59分59秒时输出1000Hz信号，音频持续1s，在1000Hz荧屏结束时刻为整点。

二、设计方案：数字电子钟由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器显示器和校时电路组成。

振荡器产生稳定的高频脉冲信号,作为数字钟的时间基准,然后经过分频器输出标准秒脉冲。

秒计数器满60后向分计数器进位,分计数器满60后向小时计数器进位,小时计数器按照“24翻1”规律计数。

计数器的输出分别经译码器送显示器显示。

计时出现误差时,可以用校时电路校时、校分。

三、芯片选定及各单元功能电路说明：实验器材及主要器件（1）CC4511 6片（2）74LS90 5片（3）74LS92 2片（4）74LS191 1片（5）74LS00 5片（6）74LS04 3片（7）74LS74 1片（8）74LS2O 2片（9）555集成芯片1片（10）共阴七段显示器6片（11）电阻、电容、导线等若干①振荡器石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。

它还具有压电效应，在晶体某一方向加一电场，则在与此垂直的方向产生机械振动，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限止时，才达到最后稳定。

这用压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。