NO4 多功能数字钟的设计与调试.ppt

项目分析

数字钟是一种采用数字电子技术实现“时”、“分”、

“秒”数字显示的计时装置。与机械式时钟相比数字钟具有更

高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，

不仅可以用作家用计时，而且由于其能做得显示数字巨大，还

可用于机场、车站、码头、体育场等人员众多的公共场所，给

人们提供准确时间。

项目分析

数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路应用。目前，数

字钟的功能越来越强大，并且有多种专门的大规模集成电路可

供选择。本项目从学习应用数字电子技术知识的角度考虑，介

绍以中小规模集成电路设计和仿真分析制作数字钟的方法。

项目分析

多功能数字钟的设计要求完成的技术指标如下。

（1）设计一台能直接显示“时”、“分”、“秒”十进制数

字的数字钟。

（2）走时精度高于普通机械钟(误差不超过1s/d)，具有校时

功能，可分别对“时”、“分”进行单独校时。

（3）具有整点报时的功能。

多功能数字钟的组成框图如图4-1所示。

图4-1多功能数字钟的组成框图

本项目需要完成内容

v完成多功能数字钟电路的设计。

v画出多功能数字钟电路的逻辑图。

v完成多功能数字钟电路的仿真调试。

要完成多功能数字钟电路的设计，需要多

个数字电路知识模块的综合应用，相应的知识

环节如图4-2所示。

图4-2多功能数字钟电路设计的知识环节

1.了解时序逻辑电路的基本结构及特点；

2.了解时序逻辑电路的分析和设计；

3.了解寄存器和移位寄存器的逻辑功能。

1.掌握常用计数器芯片的使用；

2.掌握任意进制计数器的设计方法；

3.掌握寄存器和移位寄存器的简单应用；

4.能使用仿真软件进行计数器应用电路

的设计。

仿真测试十进制计数器的逻辑功能

仿真测试任意进制计算器的逻辑功能

仿真测试寄存器和移位寄存器的逻辑功能

任务目标

逻辑电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。从逻辑功能

看，前面章节讨论的组合逻辑电路在任一时刻的输出信号仅仅与当时的

输入信号有关，输出与输入有严格的函数关系，用一组方程式就可以描

述组合逻辑函数的特性；而时序逻辑电路在任一时刻的输出信号

不仅与当时的输入信号有关，而且还与电路原来的状态有关。从

结构上看，组合逻辑电路仅由若干逻辑门组成，没有存储电

路，因而无记忆能力；而时序逻辑电路除包含组合电路外，

还含有由触发器构成的存储元件，具有记忆能力。

任务目标

计数器是数字系统中应用最多的典型时序电路，它不仅具有计数功

能，还可以用于定时、分频、产生序列脉冲等。现在，计数器电路已经

大规模集成化了，做成现成的集成电路芯片供人们使用。本任务就是通

过仿真测试的方式，学习计数器以及时序电路的基本知识。

知识

链接

（一）时序逻辑电路的基本结构

图4-3时序电路基本结构框图

（二）时序逻辑电路的特点

时序逻辑电路往往包含组合逻辑电路和存储电路两部分，

（）

1而存储电路是必不可少的。

在存储元件的输出和电路输入之间存在反馈连接,存储

电路输出的状态必须反馈到输入端，与输入信号一起共同

（2）决定组合逻辑电路的输出。因而电路的工作状态与时间因

素相关，即时序逻辑电路的输出由电路的输入和原来的状

态共同决定。

（三）时序逻辑电路逻辑功能的表示形式

时序逻辑电路的逻辑功能除了用状态方程、输出

方程和驱动方程等方程式表示之外，还可以用状态

转换表、状态转换图和时序图等形式来表示。状态

转换表、状态转换图和时序图都是描述时序逻辑电

路状态转换全部过程的方法，它们之间是可以相

互转换的。

1.状态

转换表

将任何一组输入变量及电路现态（初

态）的取值代人状态方程和输出方程，即

可算出电路的次态和输出值；所得到的次

态又成为新的现态，和这时的输入变量取

值一起，再代入状态方程和输出方程进行

计算，又可得到一组新的次态和输出值。