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。

螺丝刀2把。

8.

、器件与连线

共阳八段数码管6个。

1.

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。

9.10M Q电阻5个。

10.470 Q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）

(2) 74LS08 (4)74HC51D

⑹74LS47 ⑺数码管

OUTPUTS

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）。

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。

(1)74HC00D (3)74HC390D

(4) CD4060

⑸

74LS74

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TEST

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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。