数字电路设计200例

『壹』 数字电路实验设计

采用译码器就可以啦74LS154，如果能有五路输入的与门IC可以直接替代那几个二极管

『贰』 数字电路数字钟设计

根据设计任务和要求，对照数字电子钟的框图，可以分以下几部分进行模块化设计。

1. 秒脉冲发生器

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数字钟的质量，通常用晶体振荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。如晶振为32768 Hz，通过15次二分频后可获得1Hz的脉冲输出.

2. 计数译码显示

秒、分、时、日分别为60、60、24、7进制计数器、秒、分均为60进制，即显示00～59，它们的个位为十进制，十位为六进制。时为二十四进制计数器，显示为00～23，个位仍为十进制，而十位为三进制，但当十进位计到2，而个位计到4时清零，就为二十四进制了。

周为七进制数，按人们一般的概念一周的显示日期“日、1、2、3、4、5、6”，所以我们设计这个七进制计数器，应根据译码显示器的状态表来进行，如表1.1所示。

按表1.1状态表不难设计出“日”计数器的电路（日用数字8代替）。

所有计数器的译码显示均采用BCD—七段译码器，显示器采用共阴或共阳的显示器。

Q4 Q3 Q2 Q1
显示

1 0 0 0
日

0 0 0 1
1

0 0 1 0
2

0 0 1 1
3

0 1 0 0
4

0 1 0 1
5

0 1 1 0
6

表1.1 状态表

3. 校时电路

在刚刚开机接通电源时，由于日、时、分、秒为任意值，所以，需要进行调整。

置开关在手动位置，分别对时、分、秒、日进行单独计数，计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输入。

4. 整点报时电路

当时计数器在每次计到整点前六秒时，需要报时，这可用译码电路来解决。即

当分为59时，则秒在计数计到54时，输出一延时高电平去打开低音与门，使报时声按500Hz频率呜叫5声，直至秒计数器计到58时，结束这高电平脉冲；当秒计数到59时，则去驱动高音1KHz频率输出而鸣叫1声。

五、参考电路

数字电子钟逻辑电路参考图如图1.3所示。

参考电路简要说明

1. 秒脉冲电路

由晶振32768Hz经14分频器分频为2Hz，再经一次分频，即得1Hz标准秒脉冲，供时钟计数器用。

2. 单次脉冲、连续脉冲

这主要是供手动校时用。若开关K1打在单次端，要调整日、时、分、秒即可按单次脉冲进行校正。如K1在单次，K2在手动，则此时按动单次脉冲键，使周计数器从星期1到星期日计数。若开关K1处于连续端，则校正时，不需要按动单次脉冲，即可进行校正。单次、连续脉冲均由门电路构成。

3. 秒、分、时、日计数器

这一部分电路均使用中规模集成电路74LS161实现秒、分、时的计数，其中秒、分为六十进制，时为二十四进制。从图3中可以发现秒、分两组计数器完全相同。当计数到59时，再来一个脉冲变成00，然后再重新开始计数。图中利用“异步清零”反馈到/CR端，而实现个位十进制，十位六进制的功能。

时计数器为二十四进制，当开始计数时，个位按十进制计数，当计到23时，这时再来一个脉冲，应该回到“零”。所以，这里必须使个位既能完成十进制计数，又能在高低位满足“23”这一数字后，时计数器清零，图中采用了十位的“2”和个位的“4”相与非后再清零。

对于日计数器电路，它是由四个D触发器组成的（也可以用JK触发器），其逻辑功能满足了表1，即当计数器计到6后，再来一个脉冲，用7的瞬态将Q4、Q3、Q2、Q1置数，即为“1000”，从而显示“日”（8）。

4．译码、显示

译码、显示很简单，采用共阴极LED数码管LC5011-11和译码器74LS248，当然也可用共阳数码管和译码器。

1. 整点报时

当计数到整点的前6秒钟，此时应该准备报时。图3中，当分计到59分时，

将分触发器QH置1，而等到秒计数到54秒时，将秒触发器QL置1，然后通过QL与QH相与后再和1s标准秒信号相与而去控制低音喇叭呜叫，直至59秒时，产生一个复位信号，使QL清0，停止低音呜叫，同时59秒信号的反相又和QH相与后去控制高音喇叭呜叫。当计到分、秒从59：59—00：00时，呜叫结束，完成整点报时。

2. 呜叫电路

呜叫电路由高、低两种频率通过或门去驱动一个三极管，带动喇叭呜叫。1KHz

和500Hz从晶振分频器近似获得。如图中CD4060分频器的输出端Q5和Q6。Q5输出频率为1024Hz，Q6输出频率为512Hz。

『叁』 分析设计 数字电路 试设计一个具有三个输入端（a，b，c）和一个输出端

Y = abc' + acb' +bca'；
就是3个非门，3个3 输入与门，1个3输入或门；
自己去想想吧

『肆』 数字电路的计数器设计

计数器是一种能够记录脉冲数目的装置，是数字电路中最常用的逻辑部件。计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能。计数器由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制器中对指令地址进行计数。

计数器按进位制不同，分为二进制计数器和十进制计数器;按运算功能不同，分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。下面我们以T触发器构成二进制加法、减法计数器为例介绍计数器的原理。

2.计数器原理—加法计数器
用T触发器构成二进制加法计数器，如下图所示。

3位二进制加法器

如上图所示，是由3个下降沿触发的T触发器组成的3位二进制异步加法器，图中各个触发器的J、K输入端的输入信号均为1，主要由脉冲信号控制其输出信号，计数器从Q2 Q1 Q0 =000状态开始计数。

Q0、Q1、Q2的工作波形，如下图所示，即在计数输入脉冲CP的下降的触发下，触发器FF0的输出Q0要翻转。0变为1或1变为0。由于CP1取自Q0，所以在Q0的下降沿触发下，FF1的输出Q1要翻转。同理，由于CP2=Q1，所以在Q1的下降沿触发下，FF2的输出Q2要翻转。

若用上升沿触发的T′触发器同样可以组成异步二进制加法计数器，但每一级触发器的进位脉冲应改为Qˉ端输出。原因很简单，当低位触发器输出端Q端由1变为0时，Qˉ端的上升沿正好可以作为高位的触发脉冲。

3.计数器原理—减法计数器
如果将T′触发器之间按二进制减法规则连接，就可以得到二进制减法计数器。根据二进制减法计数规则。若低位触发器已经为0，则再输入一个减法计数脉冲后应翻转为1，同时向高位发出借位信号，使高位翻转。

3位二进制减法器

上图就是按上述规则接成的3位二进制减法计数器。图中采用上升动作的D触发器接成的T′触发器，其中所有D触发器的D= Qˉ即成为T′触发器。它的时序图如下图所示

『伍』 数字电路设计实验报告（5选1即可）

目录
1 设计目的 3
2 设计要求指标 3
2.1 基本功能 3
2.2 扩展功能 4
3．方案论证与比较 4
4 总体框图设计 4
5 电路原理分析 4
5.1数字钟的构成 4
5.1.1 分频器电路 5
5.1.2 时间计数器电路 5
5.1.3分频器电路 6
5.1.4振荡器电路 6
5.1.5数字时钟的计数显示电路 6
5.2 校时电路 7
5.3 整点报时电路 8
6系统仿真与调试 8
7.结论 8
参考文献 9
实验作品附图 10

数字钟

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。
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，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。
从有利于学习的角度考虑，这里主要介绍以中小规模集成电路设计数字钟的方法。
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。
本次课程设计要求设计一个数字钟，基本要求为数字钟的时间周期为24小时，数字钟显示时、分、秒，数字钟的时间基准一秒对应现实生活中的时钟的一秒。供扩展的方面涉及到定时自动报警、按时自动打铃、定时广播、定时启闭路灯等。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。
1 设计目的
1．掌握数字钟的设计、组装与调试方法。
2．熟悉集成元器件的选择和集成电路芯片的逻辑功能及使用方法。
3．掌握面包板结构及其接线方法
4．熟悉仿真软件的使用。
2 设计要求及指标
2．1基本功能
1）时钟显示功能，能够正确显示“时”、“分”、“秒”。
2）具有快速校准时、分、秒的功能。
3）用555定时器与RC组成的多谐振荡器产生一个标准频率（1Hz）的方波脉冲信号。
2．2扩展功能
1）用晶体振荡器产生一个标准频率（1Hz）的脉冲信号。
2）具有整点报时的功能。
3）具有闹钟的功能。
4）……

3、方案论证与比较
本设计方案使用555多谐振荡器来产生1HZ的信号。通过改变相应的电阻电容值可使频率微调，不必使用分频器来对高频信号进行分频使电路繁复。虽然此振荡器没有石英晶体稳定度和精确性高，由于设计方便，操作简单，成为了设计时的首选，但是由于与实验中使用的555芯片产生的脉冲相比较，利用晶振产生的脉冲信号更加的稳定，同过电压表的测量能很好的观察到这一点，同时在显示上能够更加接进预定的值，受外界环境的干扰较少，一定程度上优于使用555芯片产生信号方式。我们组依然同时设计了555和晶振两个信号产生电路。（本实验报告中着重按照原方案设计的555电路进行说明）
4、 系统设计框图
数字式计时器一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几部分组成。在本设计中555振荡器及其相应外部电路组成标准秒信号发生器，由不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以‘时’、‘分’、‘秒’的数字显示出来。‘时’显示由二十四进制计数器、译码器、显示器构成，‘分’、‘秒’显示分别由六十进制计数器、译码器、显示器构成。其原理框图如图1.1所示。

5、电路原理分析

5.1数字钟的构成
数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路.由于计数的起始时间不可能与标准时间一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定.在此使用555振荡器组成1Hz的信号。

数字钟原理框图（1.1）

5．1.1振荡器电路
555定时器组成的振荡器电路给数字钟提供一个频率为1Hz的方波信号。其中OUT为输出。

5.1.2时间计数器电路
时间计数电路由秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成,其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器,而根据设计要求,时个位和时十位计数器为24进制计数器.

5.1.3分频器电路
通常，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。
通常实现分频器的电路是计数器电路，一般采用多级2进制计数器来实现。例如，将32768Hz的振荡信号分频为1HZ的分频倍数为32768（ ），即实现该分频功能的计数器相当于15级2进制计数器。

5.1.4振荡器电路
利用555定时器组成的多谐振荡器接通电源后，电容C1被充电，当电压上升到一定数值时里面集成的三极管导通，然后通过电阻和三极管放电，不断的充放电从而产生一定周期的脉冲，通过改变电路上器件的值可以微调脉冲周期。

5.1.5数字时钟的计数显示控制
在设计中，我们使用的是74**160十进制计数器，来实现计数的功能，实验中主要用到了160的置数清零功能（特点：消耗一个时钟脉冲），清零功能（特点：不耗时钟脉冲），在上级160控制下级160时候通过组合电路（主要利用与非门）实现，在连接电路的时候要注意并且强调使能端的连接，其将影响到整一个电路的是否工作。

电路的控制原理如下：
秒钟由个位向十位进位：0000—0001—0010—0011—0100—0101—0110—0111—1000—1001实现个位的计数，采用的是置数的方式（利用RCO端口），当电路计数到1001的时候采用一个二输入与非门接上级输入的高位和低位输出作为下级的信号，实现了秒区的个位和十位的显示与控制。设计中注意到接的是一个与非门而不是与门，目标在产生一个时钟脉冲。实现正确的显示。
由秒区向分区的显示控制：
基本原理同上，在秒区十位向时区个位显示的时：0000—0001—0010—0011—0100—0101产生了六个脉冲的时候向下级输出一个时钟脉冲，利用的还是与非门，目标仍是实现正确的计时显示。
分区的显示及整体电路反馈清零：
当数值显示达到：23：59的时候要实现清零的工作，采用CLR清零的方式反馈清零。具体设计接出控制端的9，5，3，2用十六进制表示后高电平对应引脚接与非，将非门输出信号的值反馈给各个160芯片的清零端（CLR）既可以实现清零了。

5.2 校时功能的实现
当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正.通常,校正时间的方法是:首先截断正常的计数通路,然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端,校正好后,再转入正常计时状态即可.
根据要求,数字钟应具有分校正功能,因此,应截断分个位的直接计数通路,并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中.
在实验实现过程中使用的是通过开关（普通开关）来实现高低电平的切换，手动赋予需要的高低电平来实现脉冲的供给，将脉冲提供到所需要的输入（CLK）端口，实现校时，仿真过程中能够正常校时并且在校时的时候达到了预定的效果；而在我们进入实际电路连接的时候，利用开关（手控导线点触实现）来实现校时再不像仿真那样的精确了，原因分析是由于使用的是普通的开关同时利用的是手动的对CLK端口赋予脉冲信号，在实现手动生成脉冲信号的过程中产生了扰动，即相当于产生了多个的脉冲信号对需要的数码管进行校时，如此，并没有达到仿真的精确效果，但是在实验中通过改进电路的校时方式，不是用手触开关产生脉冲信号（如若需用手触则需要使用一个锁存器实现去抖动，才能够在脉冲生成时候不产生干扰的脉冲，实现正常的校时），而是使用信号发生器实现信号的提供，对需要校时的数码管在相对应的CLK端口提供脉冲信号实现校时，利用此方式实现校时则比手触开关方式效果要好。

5.3 报时的实现
报时功能的实现原理较为简单，即对所需要报时的输出量进行控制，并对控制产生的信号作为LED显示的信号源，电路连接中要注意到的是在实现LED显示的时候最好连接上一个保护电阻对LED灯器到保护的作用。例如我们的校时时间是 23：59，0010—0011—0101—1001；利用相应的门电路实现满足端口输出是上述条件的时候进行报时即可。

6、系统仿真与调试

7、结论
学贵以致用，通过几天的数字钟设计过程，将从书本上学到的知识应用于实践，学会了初步的电子电路仿真设计,虽然过程中遇到了一些困难，但是在解决这些问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高。当最终调试成功的时候也是对自己的一种肯定。在当前金融危机大的社会背景下，能够增加自身砝码的不仅仅是一纸文凭证书，更为重要的是毕业生是否能够适应社会大潮流的需要，契合企业的要求即又较硬的动手操作及设计能力。此次的设计作业不仅增强了自己在专业设计方面的信心，鼓舞了自己，更是一次兴趣的培养，为自己以后的学习方向的明确了重点。
另外在这次实验中我们遇到了不少的问题针对不同的问题我们采取不同的解决方法，最终一一解决设计中遇到的问题。还有在实验设计中我们曾遇到多块芯片以及数码管损坏的情况造成了数字钟的显示没有达到预期的效果，或是根本不显示，通过错误排除最终确认是元件问题，并向老师咨询跟换元件最终的到解决。在我们曾经遇到不懂的问题时，利用网上的资源，搜索查找得到需要的信息。

62

『陆』 数字电路实验设计

555定时器有两个比较器 C1和 C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。此外还有输出级和放电管，输出级的驱动电流可达200mA。

比较器C1和C2的参考电压分别为UR1和UR2，根据C1和C2的另一个输入端——触发输入和阈值输入，可判断出RS触发器的输出状态。当复位端为低电平时，RS触发器被强制复位。若无需复位操作，复位端应接高电平.由于三个电阻等值，所以当没有控制电压输入时

Ua=1/3Ucc Ub=2/3Ucc

当控制电压外接时，如外接 ,则为防止干扰，控制电压端悬空时，应接一滤波电容到地。

第1脚(接地;Ground):接电源负极.
第2脚(触发;Trigger):当第2脚电压低于1/3 Vcc时会令第3脚输出高电平,且第7脚对地开路.
第3脚(输出;Output):555的输出脚,输出电平是高是低,完全受第2、4、6脚控制.
第4脚(重置;Reset):第4脚电压小于0.4伏特时,第3脚输出低电平,同时令第7脚对地短路.
第5脚(控制电压;Control Voltage):这一脚与比较器的参考电压点相通,允许由外界电路改变第5脚及第6脚的动作电压.平时大多接一个0.01mF以上之电容器接地,以免555受到杂讯的干扰.
第6脚(临界;Threshold):当第6脚的电压高于2/3 Vcc时,第3脚输出低电平,同时第7脚对地短路.
第7脚(放电;Discharge):与第3脚同步动作.当第3脚输出高电平时,第7脚对地开路;在第3脚输出低电平时,第7脚对地短路.
第8脚(+/-Vcc):接电源正极.第8脚与第1脚之间电压可以是4.5~16伏特.