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实验6数字电子钟的设计

一、实验目的

1、学会综合运用常用电路单元设计数字系统

2、学会组装调试技术

3、完成数字钟的基本功能及扩展电路的设计任务

二、实验原理

数字钟是一个将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它

的计时周期为12小时，显示满刻度为12时59分59秒，另外有报时功能。因此，

一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器、报时电

路和振荡器组成。干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器

及显示器、整点报时电路组成。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，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入

“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发现胡一个“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分钟，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12进制计时器，可实现对12小时的累计。译码显示电路

将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态菁七段显示译码器译码，通过六位LED

七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信

号，然后去触发一音频发生器实现报时。

1、振荡器

振荡器的作用是产生时间标准信号。数字钟的精度就是主要取决于时间标准

信的频率和稳定度。

2、计数器

根据计数周期分别组成两个60进制（秒、分）和一个12进制（时）的计数

器。把它们适当连接可以构成秒、分、时的计数，实现计时功能。

3、译码和数码显示电路

译码和数码显示电路是将数字钟的计时状态直观清晰地反映出来。可被人们

的视觉器官所接受。显示器件选用LED七段数码管。在译码显示电路输出信号的

驱动下，显示出清晰直观的数字符号。

4、报时电路

当数字钟显示整点时，应能报时。要求当数字钟的“分”和“秒”计数器计

到59分50秒时，驱动音响电路。

5、原理框图

6、实现方案

自行选择芯片，例如74LS90、74LS192、74LS160、74LS161、555、晶振等常

用数字电路集成电路，来完成电路的设计与调试，并最终完成设计。

三、实验设备与器件

数字电路实验装置，74LS192、74LS160、74LS161、晶振等常用数字电路集

成电路，常用仪器，电脑，EWB软件等。

四、实验内容

1、自选常用数字集成电路设计数字电子钟。要求实现基本功能：

①准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间

②小时的计时要求为“12翻1”，分和秒的计时要求为60进位

2、在实现基本功能进行功能扩展：

①定时控制

②仿广播电台正点报时

③报整点时数

五、实验步骤

1，一个十进制计数器只能表示0～9十个数，为了扩大计数器范围，常用多个十进制计

数器级联使用，同步计数器往往设有进位（或借位）输出端，故可选用其进位（或借位）输

出信号驱动下一级计数器。

2，实现任意进制计数

(1)用复位法获得任意进制计数器

假定已有N进制计数器，而需要得到一个M进制计数器时，只要M＜N，用复位法使计

数器计数到M时置“0”，即获得M进制计数器。如图5－9－4所示为一个由CC40192十进制

计数器接成的6进制计数器。

(2)利用预置功能获M进制计数器

3，把图5－9－1中的第二片计数器换成图5－9－2的计数器即可实现六十进制的计数器。

4，把两个六十进制的计数器和一个十二进制的计数器连接在一起即可构成由“时”，

“分”，“秒”组成的数字电子钟，秒计数器模块的进位输出为分计数器模块的进位输入，

分计数器模块的进位输出为小时计数器模块的进位输入。其中秒计数器模块中应有分钟的设

定，分计数器模块中应有小时的设定。

5，由图5－9－4连接起来的电路可实现整点报时的功能。

图5－9－1CC40192级联电路

图5－9－2六进制计数器

图5－9－3特殊12进制计数器

图5－9－4