漳州师范学院
物理与电子信息工程系
数字电子技术课程设计
(数字计时器)
姓 名： 潘俊锋
学 号： 080507232
系 别： 物理与电子信息工程系
专 业：
年 级：
指导教师： 林凡
2010年 11 月 8 日
摘要
报告围绕此次数字钟的设计进行介绍、总结，包含了设计的步骤，前期的准备，装配的过程。考虑数字计时器电路的基本构造后，在进行实装之前先用EWB 软件进行了仿真，在实装时，采用了74LS161芯片进行计数，用晶体振荡器及D 触发器产生秒脉冲，还要考虑电路的清零，每块芯片各设计为几进制，最后实现了数字钟设计所要求的各项功能：时钟显示功能. 关键字：数字钟、74LS161
目录
摘要
第一章 课题背景
1.1 数字电子技术课程设计概要
1.1.1 数字电子技术课程设计的目的与意义 1.1.2 数字电子技术课程设计的方法和步骤 1.2 设计任务与要求 1.2.1 数字钟的设计目的 1.2.1
数字钟的设计要求
第二章 设计简介及设计方案论述
2.1 2.2
基本设计思路 设计方案论述
第三章 详细设计
3.1 秒脉冲的产生原理 3.2 时钟显示电路设计 3.2.1 秒计数、译码及显示部分的设计 3.3 复位电路原理 3.4 复位电路参数计算 3.5电源模块的设计
3.5.1 电源模块的设计原理 3.5.2 电源模块的参数选择 第四章 系统调试 4.1 基本部分的测试
第五章 结果分析 第六章 设计心得和体会 第七章 参考文献及资料
第八章 附录图
第一章 课题背景
1.1 数字电子技术课程设计概要
1.1.1数字电子技术课程设计的目的与意义
数字电子技术是一门实践性很强的课程，加强工程训练，特别是技能的培养，对于培养工程人员的素质和
能力具有十分重要的作用。在电子信息类本科教学中，课程设计是一个重要的实践环节，它包括选择课题、 子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。
通过课程设计要实现以下两个目标：一、学生初步掌握电子线路的设计、组装及调试方法。即学生根据
计要求，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能要求；二、课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际方面，运用已学过的分析和设计电路的理论知识，逐步掌握工程设计的步骤 方法，同时，课程设计报告的书写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。
1.1.2
数字电子技术课程设计的方法和步骤
数字电子电路设计方法
在设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择， 然后对方案中的各部分进行单元电路的设计、参数计算和器件选择，最后将各部分连接在 一起，画出一个符合设计要求的系统电路图。
一、明确系统的设计任务要求
对系统的设计任务进行具体分析，充分了解系统的性能、指标、内容及要求，以便明 确系统应完成的任务。
二、方案选择
把系统要完成的任务分解为若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原
理框图。
方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务、要求和条件， 完成系统的功能设计。在此过程中要敢于探索，勇于创新，争取方案的设计合理、可靠、 经济、功能齐全、技术先进。并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析，最后设计出 一个完整框图。
三、单元电路的设计、参数计算和器件选择
根据系统的指标和功能框图，明确各部分任务，进行各单元电路设计、参数计算和器 件选择。
１．单元电路的设计
单元电路是整机的一部分，只有把单元电路设计好才能提高整机设计水平。 每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详细拟订出单元电路的性能指标， 与前后级之间的联系，分析电路的组成形式。具体设计时，可以模仿成熟的先进的电路， 也可以创新或改进，但都必须保证性能要求。而且，不仅单元电路本身要求设计合理，各 单元电路间也要互相配合，注意各部分的输入、输出信号和控制信号的关系。 ２．参数计算
为保证单元电路达到功能指标要求，就需要用电子技术知识对参数进行计算，例如放 大电路中各电阻值、放大倍数；振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数。只有很好地理解 电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。
计算参数时，同一个电路可能有几组数据，注意选择一组能完成电路设计功能、在实 践中真正可行的参数。 ３．器件选择
（1） 阻容元件的选择注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。 （2） 分立元件的选择包括二极管、双极型三极管、场效应管、光电二（三）极管 等。根据他们的用途分别进行选择。
（3） 集成电路的选择根据电路功能、性能指标选择集成电路。注意集成电路的功 耗、电源电压、工作速度是否满足设计要求。 通过查阅有关设计手册，进行元器件的选择。
四、电路图的绘制
电路图通常是在系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择的基础上绘制的，它 是电路组装、调试和维修的依据。绘制电路图时，注意以下几点： （1） 元器件布局合理、排列均匀、图面清晰、便于阅读。
（2） 注意信号流向。一般从输入端或信号源开始，由左至右或上至下按信号的流向 依次画出各单元电路，而反馈通路的信号流向则与此相反。 （3） 图形符号标准，适当标注。 （4） 连线应为直线，尽量少交叉和折弯。
1.2 设计任务与要求
1.2.1
数字钟的设计目的
1. 掌握数字电子钟的设计方法； 2. 掌握常用数字集成电路的功能和使用。 1.2.2
数字钟的设计要求
1. 时钟显示功能，能够十进制显示“分”、“秒”; 有随时清零的功能.
第二章
2.1 基本设计思路
设计简介与方案论述
图2-1数字计时器原理框图
数字计时器原理如 图2-1 所示。一个具有计时、清零、显示等基本功能的计时器主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、清零电路、等六部分组成。石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过 “分”、“秒”译码器译码，并通过显 器显示数字。 2.2 设计方案论述
石英晶体振荡器和分频器产生稳定的 “秒”计时信号(1Hz)。对“秒”计时信号进行60 进制
计数，形成“分”计时信号和秒计数值，秒计数值、分计数值译码显示时间。
第三章 详细设计
3.1 秒脉冲的产生原理
CD4060引脚图
CD4013引脚图及真值表
图3.-1
脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了计数器的质量，通常用晶体振荡器产生标准频率信号经过整形、分频获得1Hz 的秒脉冲。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。如晶振为32768 Hz，通过15次二分频后可获得1Hz 的脉冲输出，电路图如图3-1所示。
3.2 时钟显示电路设计
3.2.1
秒计数、译码及显示部分的设计
DS? DS? 送给十位。十位计数至0101时清零。分计数则直接采用十进制.
因为10
数至1001时，通过 74LS00 二输入与非门连至清零端达到清零，当达到0000时，产生上升脉冲
秒计数器为M=60的计数器，即显示00～59，采用中规模集成电路双十进制计数器至少需要2片，
CD4511引脚图
DS?
主要原件介绍：
74LS161: 74LS161 的预置是同步的。当置入控制器LOAD 为低电平时，在CLOCK 上升沿作用下，输出端QA －QD 与数据输入端A －D 相一致。对于 54/74161，当CLOCK 由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端ENP 、
ENT 为高电平，则LOAD 应避免由低至高电平的跳变，161的计数是同步的，靠CLOCK 同时加在四个触发器上而实现的。当ENP 、ENT 均为高电平时，在CLOCK 上升沿作用下QA －QD 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
CD4511是一个用于驱动共阴LED(数码管) 显示器的BCD 码——七段码译码器。 3.3 复位电路的原理
上电复位：上电时，由于电容两端的电压不突变，为5V ，此时复位端感应到高电平，计数器复
位。从而抬高C 另一段的电位，使之为高电平，然后74LS161复位。
按键复位：按键K 按下时，电源在 电阻的分压为高电平，即可以使74LS161复位。
3.4 复位电路的参数计算
电容的计算：由于要使电容经电源充电后，电容的另一端为高电平，故电容的容量不能太小，故取100PF 。
电阻的计算：由于要使电阻的压降为高电平，故可以电阻为1000欧姆.
3.5电源模块的设计
3.5.1 电源模块设计的原理
电源原理图
从市电经过一个变压器，输出一个9V 的交流电，然后经过整流桥的作用形成脉冲直流信号，然后在经过C1的滤波，输出较稳定的高电平信号。最后经过7805稳压后输出稳定的+5V电源。 3.5.2 电源模块的参数选择 整流桥用4个4007构成，由于7805的1脚和3脚的电亚要大于3V ，故变压器的副端接9V 交流电，形成脉动直流信号后，需要比较大的电容进行滤波，考虑到性价比，在这采用470uF 的电容滤波，而C2是消除地面给输出的纹波的作用，在这采用也采用470uF 。
第四章 系统测试
4.1 基本部分的测试
（1） 经万用表测试，7805输出的电压为4.96V ，符合基本要求。 （2） 经万用表测试七段共阴数码管均良好。
第五章 结果分析
在本设计中，各个设计基本要求均得到满足，发挥部分也可行。说明这个设计合理。
第六章 设计心得和体会
在这次课程设计中，各个单元的设计和系统的总体设计均不错，但我也在这次设计中暴露出自己的不足之处：PCB 设计线路不够简洁，参数设计还不够完美。我会吸取这些经验和教训，多多注意细节问题。为以后的设计甚至工作中打下良好的基础。
第七章 参考文献及资料
1．康华光. 电子技术基础模拟部分（第四版）. 高等教育出版社，1999年
2．康华光. 电子技术基础数字部分（第四版）. 高等教育出版社，2000年 3．李振声. 实验电子技术. 国防工业出版社，2001年
4．任为民. 电子技术基础课程设计. 中央广播电视大学出版社，1997年 5．李良光老师提供的光盘资料
6．网络资源：浙江万里学院电子信息学院金雪同学的数字电子技术课程设计报告
第八章 附录
附录一原理图
附录二PCB 图
附录三 实物正反面图
附录四 器件清单
漳州师范学院
物理与电子信息工程系
数字电子技术课程设计
(数字计时器)
姓 名： 潘俊锋
学 号： 080507232
系 别： 物理与电子信息工程系
专 业：
年 级：
指导教师： 林凡
2010年 11 月 8 日
摘要
报告围绕此次数字钟的设计进行介绍、总结，包含了设计的步骤，前期的准备，装配的过程。考虑数字计时器电路的基本构造后，在进行实装之前先用EWB 软件进行了仿真，在实装时，采用了74LS161芯片进行计数，用晶体振荡器及D 触发器产生秒脉冲，还要考虑电路的清零，每块芯片各设计为几进制，最后实现了数字钟设计所要求的各项功能：时钟显示功能. 关键字：数字钟、74LS161
目录
摘要
第一章 课题背景
1.1 数字电子技术课程设计概要
1.1.1 数字电子技术课程设计的目的与意义 1.1.2 数字电子技术课程设计的方法和步骤 1.2 设计任务与要求 1.2.1 数字钟的设计目的 1.2.1
数字钟的设计要求
第二章 设计简介及设计方案论述
2.1 2.2
基本设计思路 设计方案论述
第三章 详细设计
3.1 秒脉冲的产生原理 3.2 时钟显示电路设计 3.2.1 秒计数、译码及显示部分的设计 3.3 复位电路原理 3.4 复位电路参数计算 3.5电源模块的设计
3.5.1 电源模块的设计原理 3.5.2 电源模块的参数选择 第四章 系统调试 4.1 基本部分的测试
第五章 结果分析 第六章 设计心得和体会 第七章 参考文献及资料
第八章 附录图
第一章 课题背景
1.1 数字电子技术课程设计概要
1.1.1数字电子技术课程设计的目的与意义
数字电子技术是一门实践性很强的课程，加强工程训练，特别是技能的培养，对于培养工程人员的素质和
能力具有十分重要的作用。在电子信息类本科教学中，课程设计是一个重要的实践环节，它包括选择课题、 子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。
通过课程设计要实现以下两个目标：一、学生初步掌握电子线路的设计、组装及调试方法。即学生根据
计要求，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能要求；二、课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际方面，运用已学过的分析和设计电路的理论知识，逐步掌握工程设计的步骤 方法，同时，课程设计报告的书写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。
1.1.2
数字电子技术课程设计的方法和步骤
数字电子电路设计方法
在设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择， 然后对方案中的各部分进行单元电路的设计、参数计算和器件选择，最后将各部分连接在 一起，画出一个符合设计要求的系统电路图。
一、明确系统的设计任务要求
对系统的设计任务进行具体分析，充分了解系统的性能、指标、内容及要求，以便明 确系统应完成的任务。
二、方案选择
把系统要完成的任务分解为若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原
理框图。
方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务、要求和条件， 完成系统的功能设计。在此过程中要敢于探索，勇于创新，争取方案的设计合理、可靠、 经济、功能齐全、技术先进。并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析，最后设计出 一个完整框图。
三、单元电路的设计、参数计算和器件选择
根据系统的指标和功能框图，明确各部分任务，进行各单元电路设计、参数计算和器 件选择。
１．单元电路的设计
单元电路是整机的一部分，只有把单元电路设计好才能提高整机设计水平。 每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详细拟订出单元电路的性能指标， 与前后级之间的联系，分析电路的组成形式。具体设计时，可以模仿成熟的先进的电路， 也可以创新或改进，但都必须保证性能要求。而且，不仅单元电路本身要求设计合理，各 单元电路间也要互相配合，注意各部分的输入、输出信号和控制信号的关系。 ２．参数计算
为保证单元电路达到功能指标要求，就需要用电子技术知识对参数进行计算，例如放 大电路中各电阻值、放大倍数；振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数。只有很好地理解 电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。
计算参数时，同一个电路可能有几组数据，注意选择一组能完成电路设计功能、在实 践中真正可行的参数。 ３．器件选择
（1） 阻容元件的选择注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。 （2） 分立元件的选择包括二极管、双极型三极管、场效应管、光电二（三）极管 等。根据他们的用途分别进行选择。
（3） 集成电路的选择根据电路功能、性能指标选择集成电路。注意集成电路的功 耗、电源电压、工作速度是否满足设计要求。 通过查阅有关设计手册，进行元器件的选择。
四、电路图的绘制
电路图通常是在系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择的基础上绘制的，它 是电路组装、调试和维修的依据。绘制电路图时，注意以下几点： （1） 元器件布局合理、排列均匀、图面清晰、便于阅读。
（2） 注意信号流向。一般从输入端或信号源开始，由左至右或上至下按信号的流向 依次画出各单元电路，而反馈通路的信号流向则与此相反。 （3） 图形符号标准，适当标注。 （4） 连线应为直线，尽量少交叉和折弯。
1.2 设计任务与要求
1.2.1
数字钟的设计目的
1. 掌握数字电子钟的设计方法； 2. 掌握常用数字集成电路的功能和使用。 1.2.2
数字钟的设计要求
1. 时钟显示功能，能够十进制显示“分”、“秒”; 有随时清零的功能.
第二章
2.1 基本设计思路
设计简介与方案论述
图2-1数字计时器原理框图
数字计时器原理如 图2-1 所示。一个具有计时、清零、显示等基本功能的计时器主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、清零电路、等六部分组成。石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过 “分”、“秒”译码器译码，并通过显 器显示数字。 2.2 设计方案论述
石英晶体振荡器和分频器产生稳定的 “秒”计时信号(1Hz)。对“秒”计时信号进行60 进制
计数，形成“分”计时信号和秒计数值，秒计数值、分计数值译码显示时间。
第三章 详细设计
3.1 秒脉冲的产生原理
CD4060引脚图
CD4013引脚图及真值表
图3.-1
脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了计数器的质量，通常用晶体振荡器产生标准频率信号经过整形、分频获得1Hz 的秒脉冲。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。如晶振为32768 Hz，通过15次二分频后可获得1Hz 的脉冲输出，电路图如图3-1所示。
3.2 时钟显示电路设计
3.2.1
秒计数、译码及显示部分的设计
DS? DS? 送给十位。十位计数至0101时清零。分计数则直接采用十进制.
因为10
数至1001时，通过 74LS00 二输入与非门连至清零端达到清零，当达到0000时，产生上升脉冲
秒计数器为M=60的计数器，即显示00～59，采用中规模集成电路双十进制计数器至少需要2片，
CD4511引脚图
DS?
主要原件介绍：
74LS161: 74LS161 的预置是同步的。当置入控制器LOAD 为低电平时，在CLOCK 上升沿作用下，输出端QA －QD 与数据输入端A －D 相一致。对于 54/74161，当CLOCK 由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端ENP 、
ENT 为高电平，则LOAD 应避免由低至高电平的跳变，161的计数是同步的，靠CLOCK 同时加在四个触发器上而实现的。当ENP 、ENT 均为高电平时，在CLOCK 上升沿作用下QA －QD 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
CD4511是一个用于驱动共阴LED(数码管) 显示器的BCD 码——七段码译码器。 3.3 复位电路的原理
上电复位：上电时，由于电容两端的电压不突变，为5V ，此时复位端感应到高电平，计数器复
位。从而抬高C 另一段的电位，使之为高电平，然后74LS161复位。
按键复位：按键K 按下时，电源在 电阻的分压为高电平，即可以使74LS161复位。
3.4 复位电路的参数计算
电容的计算：由于要使电容经电源充电后，电容的另一端为高电平，故电容的容量不能太小，故取100PF 。
电阻的计算：由于要使电阻的压降为高电平，故可以电阻为1000欧姆.
3.5电源模块的设计
3.5.1 电源模块设计的原理
电源原理图
从市电经过一个变压器，输出一个9V 的交流电，然后经过整流桥的作用形成脉冲直流信号，然后在经过C1的滤波，输出较稳定的高电平信号。最后经过7805稳压后输出稳定的+5V电源。 3.5.2 电源模块的参数选择 整流桥用4个4007构成，由于7805的1脚和3脚的电亚要大于3V ，故变压器的副端接9V 交流电，形成脉动直流信号后，需要比较大的电容进行滤波，考虑到性价比，在这采用470uF 的电容滤波，而C2是消除地面给输出的纹波的作用，在这采用也采用470uF 。
第四章 系统测试
4.1 基本部分的测试
（1） 经万用表测试，7805输出的电压为4.96V ，符合基本要求。 （2） 经万用表测试七段共阴数码管均良好。
第五章 结果分析
在本设计中，各个设计基本要求均得到满足，发挥部分也可行。说明这个设计合理。
第六章 设计心得和体会
在这次课程设计中，各个单元的设计和系统的总体设计均不错，但我也在这次设计中暴露出自己的不足之处：PCB 设计线路不够简洁，参数设计还不够完美。我会吸取这些经验和教训，多多注意细节问题。为以后的设计甚至工作中打下良好的基础。
第七章 参考文献及资料
1．康华光. 电子技术基础模拟部分（第四版）. 高等教育出版社，1999年
2．康华光. 电子技术基础数字部分（第四版）. 高等教育出版社，2000年 3．李振声. 实验电子技术. 国防工业出版社，2001年
4．任为民. 电子技术基础课程设计. 中央广播电视大学出版社，1997年 5．李良光老师提供的光盘资料
6．网络资源：浙江万里学院电子信息学院金雪同学的数字电子技术课程设计报告
第八章 附录
附录一原理图
附录二PCB 图
附录三 实物正反面图
附录四 器件清单