数字钟的设计与制作过程

数字钟的设计与制作
一、设计指标
1. 显示时、分、秒。
2. 可以24小时制或12小时制。
3. 具有校时功能，可以对小时和分单独校时，对分校时的时候，停止分向小时进位。校时时钟源可以手动输入或借
用电路中的时钟。
4. 具有正点报时功能，正点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。（选做）
5. 为了保证计时准确、稳定，由晶体振荡器提供标准时间的基准信号。
二、设计要求
1. 画出总体设计框图，以说明数字钟由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，时钟信号传输
路径、方向和频率变化，并以文字对原理作辅助说明。
2. 设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。
3. 选择合适的元器件，并选择合适的输入信号和输出方式，在面包板上接线验证、调试各个功能模块的电路。在确
保电路正确性的同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。（也可选用Mutisim仿真）
4. 在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线，进行合理布局，进行整个数字钟电路的接线调试。
三、制作要求
自行在面包板上装配和调试电路，能根据原理、现象和测量的数据检查和发现问题，并加以解决。
四、设计报告要求
1. 格式要求（见附录1）
2. 内容要求
① 设计指标。
② 画出设计的原理框图，并要求说明该框图的工作过程及每个模块的功能。
③ 列出元器件清单，并画出管脚分配图和芯片引脚图。
④ 画出各功能模块的电路图，加上原理说明（如2、5进制到10进制转换，10进制到6进制转换的原理，个位到
十位的进位信号选择和变换等）。
⑥ 画出总布局接线图（集成块按实际布局位置画，关键的连接应单独画出，计数器到译码器的数据线、译码器到数
码管的数据线可以简化画法，但集成块的引脚须按实际位置画，并注明名称）。
⑦ 数字钟的运行结果和使用说明。
⑧ 设计总结：设计过程中遇到的问题及解决办法；设计过程中的心得体会；对课程设计的内容、方式等提出建议。
五、仪器与工具
1. 直流电源1台。
2. 四连面包板1块。
3. 数字示波器（每两人1台）
4. 万用表（每班2只）。
5. 镊子1把。
6. 线剥钳1把。
7. 斜口钳1把。
8. 螺丝刀2把。
六、器件与连线
1. 共阳八段数码管6个。
2. 74LS51集成块1块。
3. 74LS47集成块6块。
4. 74LS74集成块1块。
5. 74LS390集成块3块。
6. 74LS08集成块1块。
7. 74LS00集成块2块。
8. CD4060集成块1块。
9. 10MΩ电阻5个。
10. 470Ω电阻6个。
11. 30p电容2个。
12. 32.768k时钟晶体1个。
13. 单股线1米（每人）。
七、元器件资料（详见附录2）
(1)74HC00D ( 2)74LS08
(3)74HC390D (4)74HC51D
(4) CD4060
(5)74LS74 (6)74LS47 (7)数码管

八、组成框图
九、各功能模块电路（仿真详见附录3）
4060构成脉冲发生及分频电路

74LS47构成译码驱动电路
校时电路（分校时时，不会进位到小时）
十、总设计电路图（见附录4）
十一、注意事项
1. 要求学生根据原理和芯片引脚图，分功能设计原理图，并根据接线顺序分步骤验证。
2. 容易出现故障为接触不良。
a) 集成块引脚方向预先弯好对准面包板的金属孔，再小心插入。
b) 导线的剥线长度与面包板的厚度相适应（比板的厚度稍短）。

A
e d c dp
A

g f a b
c) 导线的裸线部分不要露在板的上面，以防短路。
d) 导线要插入金属孔中央。
3. 按照原理图接线时首先确保可靠的电源和接地。
4. 注意芯片的控制引脚必须正确接好。
5. 检查故障时除测试输入、输出信号外，要注意电源、接地和控制引脚。
6. 要注意芯片引脚上的信号与面包板上插座上信号是否一致（集成块引脚与面包板常接触不良）。
7. 为了便于测试，可将2Hz信号直接输入到各级计数器。
8. 接校时电路时可接模拟信号输入（如1Hz和2Hz）测试输出信号的切换正确后，再将秒进位和分进位信号接到校
时电路，再接校时电路输出到分计数器和时计数器。
从较时电路接入信号时，必须将原进位信号拔掉。
十二、设计日程安排
3月7日（06级4、5班）/3月14日（06级6、7班）：
1. 分发仪器、工具、器件。
2. 讲解总体设计的过程，明确数字钟实现的功能，由哪些相对独立的功能模块组成，各个模块之间互相联系，时钟
信号传输路径、方向和频率变化。
3. 讲解面包板的结构和使用方法，连接导线的要点，包括导线剥线头、插线方法、要求，检查面包板，如面包板中
的导电铜片变形或移位，更换导电铜片。
4. 七段数码引脚排列测试，验证每段显示为一个发光二极管，同时完成对每个数码管的检查。
5. 分功能讲解各个模块功能实现原理、实现，搭建实际电路一个个验证(在接线时注意合理布线和接线的可靠性)，或
选用Multisim软件仿真验证。
(1) 数码管的译码驱动电路接线、测试、译码器控制功能测试（手工输入测试电平）。除了进一步熟悉原理外，主要
练习接线合理布局，走线整齐、美观，用手指触动导线时也能正常工作。可以静态显示学号的后几位。然选一个
可正常工作的译码、显示电路，分别测试译码器的3个控制引脚的作用。
(2) 晶体震荡电路接线、测试（用示波器测量4060输入时钟，每一路分频输出的频率）。
(3) 5进制计数器接线，输入用4060的2Hz，输出用数码管显示。
(4) 10进制计数器接线、测试。
(5) 6进制计数器接线、测试（在10进制基础上改）。
(6) 60进制计数器接线、测试。
(7) 24进制计数器、测试（在60进制基础上改）。
(8) 校时电路接线，用示波器观察电路的信号选择功能。
5. 在熟悉各个功能模块基础上，结合对总体框图的理解，设计总接线图。
3月7日（06级4、5班）/3月15日（06级6、7班）：
6. 根据总接线图各种元器件数量、连线，在面包板上确定所有元器件布局。
7. 按以下顺序接线：晶体震荡、秒电路、分电路、时电路。
8. 如时间允许加接校时电路和报时电路（整点报时）。
9. 写课程设计报告。
(1) 设计指标要求。
(2) 总体框图设计。
(3) 功能模块设计（对所用元器件使用作一些说明）。
(4) 总电路图设计。
(5) 训练总结：遇到的问题和解决办法、体会、意见、建议等。