数字电子技术基础课程设计实验报告

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1、数字电子技术基础课程设计实验报告数字电子技术课程设计（数字时钟逻辑电路的设计与实现）学院：信息学院班级：学号：姓名：刘柳指导教师：楚岩课设时间：2009年6月21日—2009年6月26日一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，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。诸如按时自动打铃，时间程序自动控制，定时启闭路灯，定时开关烘箱，通断动力设备，甚至各种定时电气的的自动启用等。这些都是以数字时钟作为时钟源的。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

2、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。二主要技术指标1.设计一个有时、分、秒（23小时59分59秒）显示的电子钟2.该电子钟具有手动校时功能三方案论证与选择要想构成数字钟，首先应选择一个脉冲源——能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。而脉冲源产生的脉冲信号的频率较高，因此，需要进行分频，使高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号，即“秒脉冲信号”（频率为1HZ）。经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数。将标准秒信号送入

3、“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发一个“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24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。此时需要分别设计60进制，24进制计数器，各计数器输出信号经译码器到数字显示器，使“时”、“分”、“秒”得以数字显示出来。值得注意的是：任何计时装置都有误差，因此应考虑校准时间电路。校时电路一般采用手动调整。手动调整可利用手动的节拍调准显示时间。方案原理图如下：电路的选择和比较：1.振荡电路及分频电路方案一：（1）采用

4、石英晶体振荡器石英晶体振荡器的特点是电路结构简单，由于石英晶体的品质因数Q值很高，因而具有很好的选频特性。另外它还具有一个极为稳定的串联谐振频率f。而f只由石英晶体的结晶方向和外观尺寸所决定。当f=1000Hz时采用下面的电路。图1当f=1000Hz石英晶体振荡电路当电路中的石英晶振荡频率是4MHz时，则电路的输出频率为4MHz。采用如下的电路。C图2当f=4MHz石英晶体振荡电路一般情况下，晶振荡频率愈高，准确度愈高，但所用分频级数愈多，耗电量愈大，成本也就愈高。在选择晶振器时，应综合考虑。所以我们采用f=1000Hz的石英晶体振荡电路输出方波的频率=石英晶体的固有谐振频率（2）用CD40

5、60计数作分频器数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到1Hz的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。本实验中采用CD4060来构成分频电路。CD4060在数字集成电路中可实现的分频次数最高，而且CD4060还包含振荡电路所需的非门，使用更为方便。CD4060计数为14级2进制串行计数器（14级2分频），可以将32768HZ的信号分频为2HZ，其次CD4060的时钟输入端两个串接的非门，因此可以直接实现振荡和分频的功能。方案二：用石英晶体振荡器，用触发器作分频器我们知道，一个触发器就是一个二分频器，N个触发器就是2×2×2??分频器，而用计数分频，则按计数进制进行分频，如十进制计算器就

6、是十分频器，M进制计数器为M分频器。若用晶振频率为32768HZ的石英晶体振荡器，要产生1HZ的秒脉冲，就需要触发器（或计数触发器）的个数为2n=32768HZ，n=15。可选用采用多级2进制计数器来实现。图3用触发器做分频器方案三：（1）采用555构成的多偕振荡电路振荡器电路选用555构成的多偕振荡器，由555定时器构成的1KHZ的自激振荡器，其原理是0.7(2R3+R4+R5)C4=1ms，f=1/t=1KHZ。计时是1HZ的脉冲才是1S计一次数，所以需要分频才能得到1HZ的脉冲，所以用74LS90串联而成的分频器。其中的电位器可以微调振荡器的输出频率。图4555多谐振荡电路（2）用74

7、LS90作分频器通常实现分频器的电路是计数器电路，一般采用多级10进制计数器来实现。分频器的功能有两个：一是产生标准秒脉冲信号；二是提供功能扩展电路所需的信号。选用中规模集成电路74LS90可以完成以上功能。如图所示，将3片74LS90级联，每片为1/10分频，三片级联正好获得1HZ的标准秒脉冲。图5分频电路秒信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳度决定了数字钟的质量，考虑到用石英晶体振荡构成的电路元