数字电路课程设计 数字定时器:
课程设计任务书：
1）集成数字定时器 2）技术指标
1、设计一个数字定时器，要求它具有数字钟的功能，又可以按预定时刻发出控制信号对被控对象实施开关控制
2、时钟功能：具有24小时计时方式，显示时、分、秒。计时范围要求自00点00分00秒到23点59分59秒
3、要求具有校时电路，可对小时、分、秒分别校准。
4、可以同时设置四个以上的预定时刻，时刻的预选以5分钟为单位。
5、被控对象在达到预选时刻后，电铃连续响10秒，而监听器在10秒内断续鸣叫5次，即想一秒停一秒。
集成数字定时器的组成和工作原理
数字定时器一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器及部分扩展电路等组成，其基本逻辑功能框图如下所示：
数字电子钟的基本组成：
振荡器
振荡器是数字电子钟的核心，其作用是产生一个频率标准，即时间标准信号，然后再由分频器生成秒脉冲，所以，振荡器频率的精度和稳定度就基本决定了数字电子钟的准确度，为产生稳定的时间标准信号，一般采用石英晶体振荡器。如果精度要求不是很高的话我们可以采用由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器。一般而言，选用石英晶体振荡器所选用的晶振频率为32768Hz,再通过15级2分频集成电路得到1Hz的标准秒脉冲。
分频器
振荡器产生的时标信号频率很高，要使它变成用来计时的“秒”信号，需要若干级分频电路，分频器的级数和每级分频次数要根据时标信号的频率来决定。其功能主要有两个：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。
计数器
有了“秒”信号了就可以根据60秒为一分，60分为一小时，24小时为一天的进制，分别选定没“秒”、“分”、“时”的计数器。从这些计数器的输出可得到一分、一小时、一天的时间进位信号。在秒计数器钟因为是60进制通常用两个十进制计数器的集成片组成，其中秒个位是十进制的、十位是6进制的。可采用反馈归零法变“秒”十位为6进制，实现秒的60进制，同样，分计数器的与秒的一样，只是时计数器里需要变成24进制，也用反馈归零法实现。
译码器及显示器
因为计数器全部采用8421BCD码十进制计数集成芯片，所以“秒”、“分”、“时”的个位和十位都有四个状态输出端（Qa、Qb、Qc、Qd）。将这些输出端，接至译码电路，就可产生驱动七段数码显示器的信号。常用的集成芯片有74LS48和4511等。
校时电路
当数字钟接通电源或者计时出现误差时需要校正时间，校时电路的要求是：在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校时时不影响时和秒的正常计数。
方案的实现：
秒脉冲发生器的设计：
本设计采用CD4060CMOS集成电路十四位二进制计数器/分频器来实现。
电路由两部分组成。2hz信号在经过一级D触发器构成的二分频电路就获得了1HZ的秒脉冲。
计数器的设计：
分和秒计数器都是模数为60的计数器，可以选用74LS90芯片级联组成模数为60的计数器。也可以用4518双重BCD加法计数器芯片，采用反馈归零法实现秒60进制，而时计数器是一个二十四进制的特殊进制计数器，其要求是“24翻一”，计数规律是：当数字时钟运行到“23时59分59秒”时计数器再加一个秒脉冲时数字钟自动运行到“00时00分00秒”，实现日常生活的24小时计数制，在次可以选用74LS74与74LS191来实现，也可以选用4518集成芯片采用反馈归零法完成二十四进制。由于4518使用起来简单，所用的芯片也少故本例采用4518来实现。
校时电路的设计：
由设计的要求可知该电路对校时电路的要求还是比较高的，设计的校时电路中三个控制开关S1,S2,S3分别用来实现“时”、“分”、“秒”的校准，开关处于正常位置分别接高电平，所以“时”、“分”、“秒”计数器按正常计数。当将S1置校时位置时，S1闭合，由分频器送来0.5秒的脉冲信号直接进入“时”计数器，使小时指示每0.5秒计一个字达到快速校时的目的。当“时”校准后，复位开关S1,再按下开关S2置“校分”位置，和校时的原理一样，将0.5秒的脉冲信号接入“分”计数器的CP端使“分”快速计数。当分校到合适的数字后，复位开关S2，数字钟进入正常走时状态。“秒”校准开关S3控制着一RS触发器（可以选用74LS74双D触发器集成片中的一D触发器来实现RS的功能）的状态。当S3置一“正常”位置时，触发器置“1”， 端输出低电平，关闭D8,Q端输出高电平，使D7打开，“秒”信号正常进入“秒”计数器，使时钟正常计时。若开关S3置于“秒校”位置，则触发器置零，Q端输出低电平，封锁D7,“秒”信号不能通过，而 端输出高电平，打开D8,使0.5秒的信号进入“秒”计数器，此时“秒”计数器快速计时。待“秒”校准后，松开复位S3，使其恢复置正常位置。其中周期为0.5秒的脉冲信号取自分频器。另外开关S
1、S
2、S
3、在搏动时可能会产生抖动的现象，为了减少这种现象的发生可以在每个开关的两端各接一个电容以缓解抖动。
电路设计好之后先通过仿真来验证电路的可行性：
经仿真之后，进行安装与调试：
在实验面板上组装数字式电子钟时，应严格按图连接引脚，注意走线整齐，布局合理，器件的悬空端、清“0”端，置“1”端要正确处理。首先对照图对应安装好各元器件。并通过检查确认没问题才进行下一步操作。另外芯片、数码管、三极管、蜂鸣器„„的安装一定要注意极性。千万别装反了。插拔芯片时要注意用力均匀，避免芯片管脚在插拔过程中变弯、折断。实践证明，新安装的电路板往往难以达到预期的效果，这是因为在设计的时候不可能周全地考虑元件的误差、器件参数的分散性、寄生参数等各种各样的客观因素。此外，电路板的安装中仍存在有可能没有查出来的错误。需要通过电路板的整体测试与调整，才可发现设计方案中的不足，之后查出电路安装中的错误并采取措施加以改进和纠正，就可以使之达到预定的技术要求。
电路安装完毕后，必须在不通电的情况下，对电路板进行认真细致的检查，以便纠正安装错误。检查应特别注意：元器件引脚之间有无短路、断路。IC座是否插反。电源的正、负极性有没有接反，正、负极之间有没有短路现象，电源线、地线是否接触良好。
设计心得及体会
这次实验总体来说完成的比较顺利，虽然中间也有一些考虑不周的小失误，但总体还成成功完成了实验。
本次我们组所选择的实验题目是一个纯数电的题目。相对于模电题目来说，这个题目所使用的芯片较多，超过以往历次实验，使用了10片以上的芯片，如此多的芯片导致线路连接起来十分复杂，使用了至少100根导线连接，复杂的电路要求十分准确的连接线路，在初次连接时就要确保正确，一个小小的连接错误就可能使整个系统失效，并且检查起来十分困难。我们在初次连接时使用了分块连接分块检查功能的方法，每连接一部分电路就验证一次功能，确保电路的正确性。
虽然电路连接很复杂，但是相对于模拟电路，调试起来十分轻松，没有模电各种滤波，系统参数的调节等麻烦。在仿真成功，电路连接正确的情况下，系统经过简单调试，很快工作了起来。但在定时电路中出现了一些小问题，在经过电路修改后，系统正常工作了起来。
这次实验中我们第一次使用所学的知识做了个具有完整功能的系统，虽然功能只与5元的电子表类似，但始终是我们的劳动成果，为我们以后设计更加复杂的系统做好准备。
