数字电子钟综合实验报告.pdf

数

字

电

子

钟

设

计

报

告

摘要：

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。目前，数字钟的功能越来越强，并且有多种专门的

大规模集成电路可供选择。

经过了数字电路设计这门课程的系统学习，特别经过了关于组合

逻辑电路与时序逻辑电路部分的学习，我们已经具备了设计小规模集

成电路的能力，借由本次设计的机会，充分将所学的知识运用到实际

中去。

本次课程设计要求设计一个数字钟，基本要求为数字钟的时间周

期为24小时，数字钟显示时、分、秒，数字钟的时间基准一秒对应

现实生活中的时钟的一秒。供扩展的方面涉及到定时自动报警、按时

自动打铃、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．课程设计目的：

（1）掌握数字电子钟的设计、组装与调试方法；

（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；

（4）培养书写综合实验报告的能力。

2．课程设计指标：

（1）设计一个有“时”、“分”、“秒”（23小时59分59秒）显示的

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；

3．实验器材及主要器件

（1）74LS47（6片）

（2）CD4518（5片）

（3）74LS00（1片）

（4）74LS04（1片）

(5)555集成芯片（1片）

（6）共阳七段显示器（6片）

（7）电阻、电容、导线等（若干）

4．数字电子钟基本原理

数字电子钟的逻辑框图如图所示。它由555集成芯片构成的振荡

电路、分频器、计数器、显示器和校时电路组成。555集成芯片构成

的振荡电路产生的信号经过分频器作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器，

计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。

5．数字电子钟单元电路设计

（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。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，但

耗电量将增大。如果精度要求不高也可以采用由集成电路定时器555

与RC组成的多谐振荡器。如图所示。

（2）分频器

由于振荡器产生的频率很高，要得到秒脉冲，需要分频电路。分

频器的作用是将由石英晶体产生的高频信号分频成基时钟脉冲信号

和扩展部分所需的频率。本实验由集成电路定时器555与RC组成的

多谐振荡器，产生2KHz的脉冲信号。故采用2片中规模集成电路计

数器CD4518来实现，得到需要的秒脉冲信号。CD4518可以组成二分

频电路和十分频电路。用CD4518组成二分频的电路如图1；用CD4518

组成十分频的电路如图2。

图1

ENQ4

输入CrCP输出

QQ

图2

输入ENQ4输出

CrCP

QQ

清零

表:CD4518的功能表

输入输出

CKCREN

上升沿L