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实验设计报告项目名称：多功能数字钟电路设计作者姓名：指导教师：年级专业：所在学院：提交日期摘要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。
现代生活的人们越来越重视起了时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。
对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。
数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。
而机械式的依赖于机械震荡器，可能会导致误差。
数字钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。
数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。
在这次设计中，我们采用LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，用12MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。
在此次设计中，电路具有显示时间的其本功能，还可以实现对时间的调整。
数字钟以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱，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，我们此次设计与制做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。
目录第一章：设计要求 (1)第二章：方案论证 (2)第三章：单元电路设计与计算 (13)第四章：软件设计 (20)第五章：系统测试 (36)第六章：结论 (38)参考文献 (39)附录 (40)第一章：设计要求1.1 基本要求1.1.1 时钟功能设计一个具有时、分、秒计时的数字钟电路，计时采用24小时制。
多功能数字钟电路设计实验报告实验目的：设计一个多功能数字钟电路，能够显示当前时间，并具备闹钟、秒表和计时等功能。
实验原理：1. 数码管显示：使用4位共阴极数码管进行显示，采用BCD码方式输入。
2. 按键输入：使用按键进行时间的调节和选择功能。
3. 时钟频率：使用晶体振荡器提供系统时钟，通过分频电路控制时钟频率。
实验器材：1. 4位共阴极数码管2. 按键开关3. 74LS90分频器4. 时钟晶体振荡器5. 耐压电容、电阻等元件6. 电路连接线实验步骤：1. 连接电路：根据电路原理图，将数码管、按键开关、74LS90分频器、晶体振荡器等连接起来，注意接线正确。
2. 编写程序：根据实验要求，编写相应的程序，实现时钟、闹钟、秒表和计时等功能。
3. 调试电路：将电路通电并运行程序，观察数码管的显示情况和按键功能是否正常。
4. 测试功能：分别测试多功能数字钟的时钟、闹钟、秒表和计时等功能，确保功能正常。
5. 完善实验报告：根据实验结果和观察情况，完善实验报告，并附上电路原理图、程序代码等。
实验结果：经过调试和测试，多功能数字钟电路能够正常显示时间，并具备时钟、闹钟、秒表和计时功能。
使用按键进行时间调节和功能选择，数码管根据不同功能进行相应的显示。
实验总结：通过本次实验，我掌握了多功能数字钟电路的设计原理和实现方法，并且了解了数码管显示、按键输入、时钟频率控制等相关知识。
实验过程中，我发现电路连接正确性对功能实现起到关键作用，同时合理编写程序也是确保功能正常的重要环节。
通过实验，我对数字电路的设计和实现有了一定的了解，并且培养了动手实践和解决问题的能力。
实验1多功能计时电路的设计——数字钟1.1 实验目的1．通过实验掌握十进制加法计数、译码、显示电路的工作过程。
2．通过实验深入掌握电路的分频原理和数字信号的测量方法。
3．熟悉集成电路构成的计数、译码、显示器件的外部功能及其使用方法。
1.2 实验要求1．秒信号发生电路：为计时器提供秒信号2．计时电路：完成0分00秒～9分59秒的计时功能。
3．清零电路：具有开机自动清零功能；在任何时候，按动清零开关，可进行计时器手动清零。
4．译码显示电路：显示计时电路产生的数字信息。
5．系统级联调试：将以上电路进行级联完成计时器的所有功能。
1.3 实验原理及框图图1.1 三位计时器示意图计时电路示意图如图1.1所示，计时电路完成计时功能，并且将计时结果传送至显示电路，进而实现显示功能。
原理框图如图1.2所示，主要由计时电路，秒信号发生电路，清零电路和译码显示电路组成。
计时电路在秒信号的作用下，产生0:00~9:59的循环计时，清零电路控制计时电路的清零端，实现时钟的清零，最终将计时电路的输出送至译码显示电路，实现时钟的显示。
图1.2 数字钟的原理框图1.4 单元电路设计1．秒信号发生电路图1.3 秒信号发生电路秒信号发生电路为计时电路提供驱动信号，电路原理如图1.3所示。
为提供较为精确的秒信号，本设计中振荡电路采用215Hz 的石英晶体管为主体的晶振电路，并作为电路的秒信号源。
由于振荡电路产生的源信号为215Hz ，而秒的基准信号频率为1Hz ，则需要对215Hz 信号进行分频，得到1Hz 信号。
分频器采用CD4060和74LS74来实现，CD4060为14位二进制串行计数器，各管脚功能如表1.1所示，功能表如表1.2所示。
虽然CD4060内部有14级由T 触发器构成的二分频器，但实际输出端只有10个：Q 4~Q 10、Q 12~Q 14。
Q 1~Q 3以及Q 11并不引出。
CP 1̅̅̅̅、CP 0̅̅̅̅̅、CP 0为晶振电路的引出端，需接外部石英晶体。
多功能数字钟设计一．实验目的：1.学会用层次化设计方法进行逻辑设计；2.掌握集成计数器的使用方法和应用；二．设计内容：1．基本要求：设计一个简易数字钟，能按时钟功能进行小时，分钟，秒计时间且显示时间及调整时间；2．在简易时钟基础上，增加整点报时功能和星期计时；3．在上述基础上，增加定时报闹功能；4．增加万年历功能；5. 改进电路，增加秒表功能，同时显示分为年，月和日，小时·分钟和秒·秒表显示。
三．方案选择和论证：1．分秒功能的实现：用两片74160组成60进制递增计数器2. 时功能的实现：用两片74160组成24进制递增计数器3．定点报时：当分秒同时出现为0时，灯亮。
4. 日历系统：月跟日分别用2片74160实现，月份就接成12进制，日则接成31进制，星期由1片74160组成7进制，从星期一至星期天。
四．设计所用芯片描述：集成十进制计数器74160和74138：芯片和功能分别如下：功能表如下：五．方案的设计：1、秒和分钟计数模块：秒、分60进制计数器。
用两片74160做一个60进制, 输入计数脉冲CP加在CLK 端，通过反馈端，控制清零端清零，其中个位接成十进制形式，十位接成六进制形式。
其电路图如下：对应集成块为：秒和分连接到一起：２.小时计数模块：小时计数可以分为24小时制和12小时制，用两片74160电路连接如下所示：将两个六十进制的加法计数器和一个二十四（十二）进制的加法计数器进行级联：将秒的十位进位脉冲接到分的个位输入脉冲，用与门把分的进位和秒的进位脉冲接到时的个位输入脉冲，这样就可以组成最基本的电路。
3.校时电路：其电路如总电路图所示:用双向开关A选择12小时制或24小时制；双向开关B是用来调节小时计数器的当前值，开关C实现分钟的调整，原理其实很简单：例如小时的调整就是把进位输入端通过双向接到分钟的进位输出端，正常计数，当需要调整小时的计数时，就按字母B把开关拨到下面，直接与电源高电平相接，即置1。
多功能电子数字钟设计数字钟在日常生活中最常见, 应用也最广泛。
本文主要就是设计一款数字钟, 以89C52单片机为核心, 配备液晶显示模块、时钟芯片、等功能模块。
数字钟采用24小时制方式显示时间, 定时信息以及年月日显示等功能。
文章的核心主要从硬件设计和软件编程两个大的方面。
硬件电路设计主要包括中央处理单元电路、时钟电路、人机接口电路、信号处理电路、执行电路等几部分组成。
软件用C语言来实现, 主要包括主程序、键盘扫描子程序、时间设置子程序等软件模块。
关键词单片机液晶显示器模块数字钟一硬件电路设计及描述；1.MCS-51单片机单片机是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机。
这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。
8051单片机的结构特点有以下几点: 8位CPU；片内振荡器及时钟电路； 32根I/O线；外部存储器ROM和RAM；寻址范围各64KB；两个16位的定时器/计数器； 5个中断源, 2个中断优先级；全双工串行口。
定时器/计数器8051内部有两个16位可编程定时器/计数器, 记为T0和T1。
16位是指他们都是由16个触发器构成, 故最大计数模值为2 -1。
可编程是指他们的工作方式由指令来设定, 或者当计数器来用, 或者当定时起来用, 并且计数（定时）的范围也可以由指令来设置。
这种控制功能是通过定时器方式控制寄存器TMOD来完成的。
在定时工作时, 时钟由单片机内部提供, 即系统时钟经过12分频后作为定时器的时钟。
技术工作时, 时钟脉冲由TO和T1输入。
中断系统8051的中断系统允许接受五个独立的中断源, 即两个外部中断申请, 两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。
外部中断申请通过INTO和INT1（即P3.2和P3.3）输入, 输入方式可以使电平触发（低电平有效）, 也可以使边沿触发（下降沿有效）。
2.8051的芯片引脚如图1-2所示VCC: 供电电压。
多功能数字钟设计实验报告院系：电子与通信工程学院：郭世康班级：1301学号：U202113639指导教师：唐祖平一、实验目标掌握可编程逻辑器件的应用开发技术——设计输入、编译、仿真和器件编程熟悉EDA软件使用掌握Verilog HDL设计方法分模块、分层次数字系统设计二、实验容要求根本功能能显示小时、分钟、秒钟〔时、分用显示器，秒用LED〕能调整小时、分钟的时间提高要求任意闹钟；〔1分〕小时为12/24进制可切换〔1分〕报正点数〔几点钟LED闪烁几下〕〔1分〕三、实验条件Xilinx工程环境，win7操作系统，BASYS2实验板。
四、实验设计1.设计分析数字钟大体上由2个60进制计数器，1个24进制计数器构成，中间有数据选择器进展连接。
为实现提高功能，还需12进制计数和整点判断模块。
下列图为数字钟层次构造图。
2. 实验原理振荡器产生稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再经分频器输出标准秒脉冲。
秒计数器计满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24或12进制规律计数。
计数器的输送译码显示电路，即可显示出数码〔即时间〕。
计时出现误差时可以用校时电路进展校时和校分。
小时显示〔12\24〕切换电路、仿电台报时、定时闹钟为扩展电路，只有在计时主体电路正常运行的情况下才能进展功能扩展。
本实验采用Verilog HDL进展描述，然后用FPGA/CPLD实现，使用部50MHz 晶振作为时钟电路。
3. 逻辑设计实现上述功能的Verilog HDL 程序如下。
实现根本功能的程序分为两层次四个模块，底层有3个模块构成，即6进制计数器模块，10进制计数器模块和24进制计数器模块，顶层有一个模块，他调用底层的3个模块完成数字中的计时功能。
moduletimeclock(Hour,Minute,Second,CP,nCR,EN,Adj_Min,Adj_Hour,number,Light,clk,temp,c hange,AMTM,dingdong);output [7:0] Hour,Minute,Second;output [3:0] Light,temp;output [6:0] number;output clk,AMTM,dingdong;//clk为分频之后的时钟信号，频率为1Hz，AMTM为24进制转换12进制时说明上下午的变量，dingdong为整点报时时的闪烁信号。
数字逻辑课程设计－多功能数字电子钟多功能数字钟的设计与仿真一.设计任务与要求设计任务：设计一个多功能数字钟。
要求:1.有“时”、“分”、“秒”(23小时５９分59秒）显示且有校时功能。
(设计秒脉冲发生器)2.有整点报时功能。
(选：上下午、日期、闹钟等）3. 用中规模、小规模集成电路及模拟器件实现。
4. 供电方式: 5V直流电源二.设计目的、方案及原理１.设计目的（1）熟悉集成电路的引脚安排。
(2)掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
(3)了解面包板结构及其接线方法。
（4)了解多功能数字钟的组成及工作原理。
(5）熟悉多功能数字钟的设计与制作2.设计思路(1）设计数字钟的时、分、秒电路。
(2)设计可预置时间的校时电路。
（3)设计整点报时电路。
3.设计过程3．1.总体设计方案及其工作原理为:数字钟原理框图入图1所示，电路一般包括一下几个部分：振荡器、星期、小时、分钟、秒计数器、校时电路、报时电路。
数字钟实际上是一个对标准频率（１HZ）进行计数的计数电路。
由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间)一致,故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。
通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟,但也可以用５55定时器构成。
图1 系统框图数字钟计时的标准信号应该是频率相当稳定的1HZ秒脉冲，所以要设置标准时间源。
数字钟计时周期是24小时，因此必须设置24计数器,秒、分、时由数码管显示。
ﻫ为使数字钟走时与标准时间一致，校时电路是必不可少的。
设计中采用开关控制校时电路“时”“分”“秒”计数器进行校时操作。
3.２.各独立功能部件的设计(１)分、秒计时器(60进制)，时计数器（2４进制），星期计数器（7进制）如下图,图中蓝色线为高电平+5v，绿色为接地线,红色线为时钟脉冲。
获得秒脉冲信号后,可根据６0秒为一分，60分为一小时,24时为一个计数周期的计数规则，分别确定秒、分、时的计数器。
由于秒和分的显示都为60进制,因此他们可有两级十进制计数器组成，其中秒和分的个位为十进数器,十位为六进制计数器,可利用两片74160集成电路来实现。
多功能数字钟电路设计一功能要求1 基本功能：⑴准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间；⑵小时的计时要求为24进位，分和秒的计时要求为60进位；⑶校正时间，时、分快校（1HZ）。
2 扩展功能：⑴定时报，时间自定，闹1分钟（1KHZ）；⑵仿广播电台正点报时；⑶报整点时数；二主体电路设计数字钟电路系统由主体电路和扩展电路两大部分组成。
其中，主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能。
其组成框图如下：显示器及译码器部分为板载，因此只需要设计计数器，校时电路和扩展电路。
1.小时计数器时计数器是一个24进制计数器，其计数规律为00—01—…—22—23—00…即当数字钟运行到23时59分59秒时，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为00时00分00秒。
原理图如下：使用了两片74LS161（4位二进制同步加法计数器）来实现小时计数，即模24的计数器。
HOUR[0]~HOUR[3]为小时个位，HOUR[4]~HOUR[7]为小时十位。
2. 分秒计数器分和秒计数器都是模60的计数器。
其计数规律为00—01—…—58—59—00…其原理图如下：秒计数器与上图相同，图略。
分别使用了两片74LS161来实现分和秒的计数，均为。
其中MIN[0]~MIN[3]为分个位，MIN[4]~MIN[7]为分时位，SEC[0]~SEC[3]为秒个位，SEC[4]~SEC[7]为秒时位。
3. 校时电路当数字钟接通电源或者计数出现误差时，需要校正时间（或称校时）。
校时是数字中应具备的基本功能。
为使电路简单，这里只进行分和小时的校时。
对校时电路的要求是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数；再分校正时不影响秒和小时的正常计数。
校时方式有“快校时”和“慢校时”两种，“快校时”是，通过开关控制，使计数器对１Hz的校时脉冲计数。
“慢校时”使用手动产生单脉冲作校时脉冲。
本实验只要求实现“快校时”。
其原理图如下：4. 定时控制电路数字钟在指定的时刻发出信号，或驱动音响电路“闹时”。
《数字电路与逻辑设计实验》实验报告题目数字钟电路设计学院：信息工程学院系电子信息工程专业：班级：学号：学生姓名：同组同学：指导教师：递交日期：多功能数字钟设计一、实验目的1、综合应用数字电路知识，提高逻辑电路设计能力；2、学习使用protel或Altium designer进行电子电路的原理图设计、印制电路板设计；3、学习电路板制作、安装、调试技能和设计流程；4、了解数码管，译码器，555定时器及以下中规模器件的逻辑功能和使用方法。
二、设计任务和设计要求1、设计一多功能数字钟并进行仿真和PCB板制作。
2、基本功能：准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间。
3、扩展功能：校正时间，定时控制，正点报时。
三、设计方案1、数字钟设计方案基本框图如下2、各模块设计原理1.时的设计：时的计数以24小时为周期，按通常的习惯，24小时计数器的计数序列为00，01，…，22，23，00，…，即当计数到23小时59分59秒时，再来一个秒脉冲，计数器就进到00时00分00秒。
这样，可利用反馈置数或反馈清零法进行二十四进制计数，本实验采用74LS161进行设计。
2.分、秒的设计：分和秒计数器都是模M=60的计数器。
计数规律为00，01，…，58，59，00，…。
它们的个位都是十进制，而十位则是六进制。
3.译码显示：将计数器和闹钟输出的4位二进制代码，译码显示出相应的十进制数状态，可利用显示译码器和数码管实现。
4.校时电路：校时可用1s 脉冲快速校正，也可手动产生单次脉冲慢校正至时或者分计数器。
可设置不同脉冲来控制实现校正或正常计数。
5.定时控制：数字钟在指定的时刻发出信号，实现闹钟功能，通过数据选择器使得在设定闹钟是可在数码管上显示设定时间而不影响正常计数。
6.正点报时：每当数字钟计时快要到正点时发出声响，通常按照4低音1高音的顺序发出间断声响，以最后一声高音结束的时刻为正点时刻，即当分达到59，秒达到50开始发出声响，50、52、54、56、58、60（高音）。
多功能数字钟电路设计多功能数字钟电路设计数字钟是现代生活中常见的电子产品之一，可以显示当前的时间，并且通常还具备闹钟、定时器等功能。
本文将介绍一个多功能数字钟的电路设计。
要设计一个多功能数字钟，我们首先需要选择一个合适的微控制器作为主控芯片。
在本设计中，我们选择了一款功能强大且易于编程的Arduino微控制器。
在电路设计方面，我们需要一个显示器来展示时间和其他功能。
这里我们选择了四位数码管作为显示器，并通过数码管驱动芯片将其与Arduino连接起来。
为了接收时间信号并实现精确的时间显示，我们需要一个实时时钟芯片（RTC）来提供时间基准。
我们选择了DS3231作为RTC芯片，该芯片具有高精度和低功耗的特点。
为了实现闹钟功能，我们需要一个蜂鸣器作为报警器。
通过Arduino控制蜂鸣器的开关，我们可以在设定的时间触发闹钟功能。
此外，我们还可以添加其他功能，比如温度显示、定时器等。
温度显示可以通过添加温度传感器并将其与Arduino连接来实现。
定时器功能可以通过编程实现，利用Arduino的计时器来设置定时任务。
整个电路的设计思路如下：首先，Arduino通过I2C总线与DS3231实时时钟芯片通信，以获取当前的时间。
然后，将时间数据和其他功能数据通过数码管驱动芯片发送到数码管上，实现时间和其他功能的显示。
同时，Arduino还通过GPIO控制蜂鸣器的开关，实现闹钟功能。
如果需要温度显示，Arduino还会通过模拟输入口读取温度传感器的数据，并将其显示在数码管上。
此外，定时任务可以通过编程设置，定时器的触发可以控制其他模块的开关或执行其他操作。
通过这样一个多功能数字钟的设计，我们可以不仅方便地获取当前的时间，还可以实现其他实用的功能。
这种设计适用于家庭、办公室等各种场合，可以提高生活和工作的便利性。
同时，这个设计的实现也展示了使用微控制器和外设芯片来构建和控制各种功能的能力，是对电子设计和嵌入式系统的一种实践。
实验1多功能计时电路的设计——数字钟
1.1 实验目的
1．通过实验掌握十进制加法计数、译码、显示电路的工作过程。
2．通过实验深入掌握电路的分频原理和数字信号的测量方法。
3．熟悉集成电路构成的计数、译码、显示器件的外部功能及其使用方法。
1.2 实验要求
1．秒信号发生电路：为计时器提供秒信号
2．计时电路：完成0分00秒～9分59秒的计时功能。
3．清零电路：具有开机自动清零功能；在任何时候，按动清零开关，可进行计时器手动清零。
4．译码显示电路：显示计时电路产生的数字信息。
5．系统级联调试：将以上电路进行级联完成计时器的所有功能。
1.3 实验原理及框图
图1.1 三位计时器示意图
计时电路示意图如图1.1所示，计时电路完成计时功能，并且将计时结果传送至显示电路，进而实现显示功能。
原理框图如图1.2所示，主要由计时电路，秒信号发生电路，清零电路和译码显示电路组成。
计时电路在秒信号的作用下，产生0:00~9:59的循环计时，清零电路控制计时电路的清零端，实现时钟的清零，最终将计时电路的输出送至译码显示电路，实现时钟的显示。
图1.2 数字钟的原理框图
1.4 单元电路设计
1．秒信号发生电路
图1.3 秒信号发生电路
秒信号发生电路为计时电路提供驱动信号，电路原理如图1.3所示。
为提供较为精确的秒信号，本设计中振荡电路采用215Hz 的石英晶体管为主体的晶振电路，并作为电路的秒信号源。
由于振荡电路产生的源信号为215Hz ，而秒的基准信号频率为1Hz ，则需要对215Hz 信号进行分频，得到1Hz 信号。
分频器采用CD4060和74LS74来实现，CD4060为14位二进制串行计数器，各管脚功能如表1.1所示，功能表如表1.2所示。
虽然CD4060内部有14级由T 触发器构成的二分频器，但实际输出端只有10个：Q 4~Q 10、Q 12~Q 14。
Q 1~Q 3以及Q 11
并不引出。
CP 1̅̅̅̅、CP 0̅̅̅̅̅、CP 0为晶振电路的引出端，需接外部石英晶体。
Cr 为复零端，为高电
平或正脉冲时振荡器停振。
从输出功能看，CD4060能得到10种不同的分频系数，最小为24分频，最大为214分频，即将215Hz 送入该芯片，最大分频输出Q 14输出信号频率为2Hz 。
由于CD4060最多能完成14级二分频，所以还需要再加一级二分频，才能把4060输出的2Hz 信号变成秒信号。
外接二分频器可采用D 触发器（74LS74）构成的二分频电路，74LS74管脚功能如表1.3所示，该芯片有上片和下片两个D 触发器，2Hz 信号经过二分频电路得到1Hz 的秒脉冲信号，即将D 触发器的同相位输出Q 端与触发信号D 端连接在一起，复位端和控制端接电源，使该两端口无效，则Q 端的输出信号即为1Hz 的秒脉冲信号。
所用器件：215Hz 晶体管1个、22MΩ电阻1个、20pF 电容1个、10pF 电容1个、CD4060（分频器）1片、74LS74（D 触发器）1片。
表1.1 CD4060管脚功能
表1.2 CD4060功能表
表1.3 74LS74管脚功能
2．计时电路
该电路是本实验的关键部分，由分计数器、秒十位计数器和秒个位计数器构成，电路均使用CD4518BCD码计数器来实现。
CD4518管教如图1.4所示，该计数器为双十进制同步加法计数器，片子内部封装两个相同且独立的十进制计数器，每个计数器中都含有四位二进制的技术单元，每个计数器含有两个时钟输入端“CP”和“EN”，简称双时钟，可以根据使用要求来选择不同的时钟输入，两者所不同在于：“CP”端对时钟的上升沿有效，“EN”端对时钟的下降沿有效。
该计数器功能表如表1.4所示。
图1.4 CD4518管教图
表1.4 CD4518功能表
计时整体电路如图1.5所示，分位计数器和秒个位计数器均是从0~9循环计数（模10计数），可采用CD4518直接实现十进制计数功能；秒十位计数器为六进制计数器，需要将CD4518的模10计数变换为一个从0～5循环的模六计数：当4518计数到6时，将Q C，Q B 引到与门74LS21的输入端，此时74LS21输出一个高电压，送回至4518的Cr端，实现复位（4518回0），由于4518的Cr端为异步复位，因此4518需要计数到6时才引出复位信号，并且6状态非常短暂，显示器并不显示，所以实际效果还是0~5显示。
74LS21为四输入与门，片子内部封装两个相同且独立的四输入与门，该电路中只用到1个与门的2个输入，因此需要将该与门的其他两个输入端接5V电源+极，不可悬空不接。
搭建电路时，首先将所有芯片电源端（V CC和GND端）分别连接至5V电源+、-极；对于秒个位计数器，将秒信号发生电路输出的秒信号(1Hz信号)送入秒个位计数器的2CP端，同时2EN端接5V电源+极，2Cr端接5V电源-极（注意：当清零电路搭建完成后，需将清零电路的输出替换2Cr端的5V电源-极），秒个位计数器即可完成0~9循环计数；对于秒十位计数器，将秒个位计数器的输出2QD端送入秒十位计数器的2EN端，完成秒个位到秒十位的进位（当秒个位计数器从9跳至0时，2QD端得到0~9循环计数过程中唯一的下降沿，将此下降沿送至秒十位计数器的2EN端，即可实现秒十位计数器加1，实现进位），同时2CP 端接5V电源+极，秒十位计数器即可在进位信号的驱动下完成0~5循环计数。
对于分位计数器，将秒十位计数器的输出2Q C端送入分位计数器的2EN端，完成秒十位到分位的进位（当秒十位计数器从5跳至0时，2Q C端得到0~5循环计数过程中唯一的下降沿，将此下降沿送至分位计数器的2EN端，即可实现分位计数器加1，实现进位），同时2CP端接5V电源+极，2Cr端接5V电源-极（注意：当清零电路搭建完成后，需将清零电路的输出替换2Cr 端的5V电源-极），分位计数器即可完成0~9循环计数。
所用器件：CD4518（计数器）3片、74LS21（与门）1片。
图1.5 计时电路
3．清零电路
该电路具有开机清零和手动清零功能。
电路原理如图1.6所示，将图1.5计时电路的秒个位和分位的清零端即CD4518的管脚15（高电压有效）原来的接5V电源-极导线拔开，将非门输出送至2Cr端，而秒十位CD4518的清零端原来接74LS21的输出，需要将此输出和图1.6中非门输出送入一个或门，再将或门输出送至秒十位CD4518的清零端，才能同时实现秒十位计数器的清零功能和模6计数功能。
电路管脚连接如图1.7所示，对于清零电路，电路正常工作时开关打开，刚开机时，由于电容上的电压不能突变，电容两端初始为低电压，经过一个非门输出高电压，送到CD4518的2Cr端，整个计时电路清零，进而实现电路开机时清零，当电容充满电以后，非门的输入端为高电压，非门输出低电压，2Cr端无效，CD4518实现正常计数，电路正常工作。
按下开关后，电容、电阻组成一个回路，电容放电，当电容储存电量放完后，电容两端电压为低电压，即非门的输入端为低电压，非门输出高电压，送到CD4518的2Cr端，整个计时电路清零，进而实现电路手动清零。
所用器件：CD4069（非门）1片、74LS32（或门）1片，1kΩ电阻2个、10μF电容1个、开关1个。
图1.6 清零电路原理图
图1.7 清零电路管脚连接图
4． 译码显示电路
译码显示电路采用三片CD4511显示译码器和三个七段共阴数码管，分位、秒十位和秒个位各采用一片CD4511和一个数码管。
CD4511的作用是将计数器Q A ~Q D 输出的二进制代码译成特定的输出信号以供显示器按代码的原意显示成数字，译码器采用CD4511七段字型译码器，由a ~g 各脚输出段信号，以控制点亮LED 数码管的字型段，CD4511的输入端ABCD 依次接计数器的Q A ~Q D ，即8421（BCD ）码输出，CD4511有三个使能管脚，功能如表1.5所示。
表1.5 CD4511使能管脚功能
图共用，所以为共阴极。
(a)
图1.8 共阴极七段数码显示器
电路从0:00~9:59循环计时，译码电路分别进行译码，采用共阴极七段LED 数码管进行循环显示。
CD4511的输入接到相应计数器的输出，而它的输出端与数码管的相应端相连，数码管通过300Ω的电阻接地，电路连接如图1.9所示。
所用器件：CD4511（译码器）3片、300Ω电阻3个、LED 数码显示管3个。
图1.9 译码显示电路
5．总体电路连接图
将以上四个模块电路按照信号顺序连接，即可得到总体电路如图1.10所示。
图1.10 总体电路
6．元件清单
1.5 实验仪器
1．稳压电源1台
2．万用表1个
1.6 实验报告要求
1．给出完整的电路原理图和面包板连接图的照片。
2．简述电路各级的工作原理和设计方法。
3．总结搭建和调试电路过程中遇到的问题，所采用的解决方案及处理结果。
4．给出电路硬件联调测试结果照片，要求照片清晰。
