数电实验：数字时钟设计 (经验分享，仅供参考）

实验目的

一、独立完成一个数字小系统的设计

二、基于实验箱对设计进行验证

实验内容:

能够显示时、分、秒共6位数字；

考虑使用实验箱时钟（频率包括1M、500K、 250K、100K、10K、1K等）；

考虑使用实验箱数码管输出接口。

实验原理：

数字钟总体分为：时钟频率产生模块、时钟计时模块、数码管片选模块，三部分；每一部分又都有小细节需要注意。

1、频率产生：使用计数器将试验箱频率发生器信号分割，产生类似以秒为单位的信号。

2、时钟计时：使用组合计数器按60进制记录时钟数，并将信号数传输到数码管中显示。

3、数码管片选：使得数字钟在正确的时间选择正确的数码管显示正确的数字。

（下图为基本原理但与实际略有出入）

数字钟总体大图：

说明各模块实现原理：

时钟频率： clk为实验脉冲频率，有1k。10k 100k等。用计数器实现分割，每隔100个或1000个clk产生一个进位信号进行模拟秒或分（模拟分时候频率应该选小的为了加快时钟，方便验收）。

（下图为总图左下角）

时钟模块又细分为两个模块：计数与显示

计数：用所学计数器实现一个24进制+60进制+60进制的综合扩展计数器，要注意各小计数器进位的条件，要严格把控。

此外，还应注意冒险与竞争的问题，推荐计数器使用同步置数，这样毛刺相对较少，异步毛刺量大不推荐使用。

显示：用4个74151组合成一个大选择器，试验箱有6个数码管平均分配给时分秒3个单位，这4个

选择器是重点，许多未知错误大都是这里的问题。74151的D0~D5分别连时时分分秒秒前一个为高位（十位），后一个为低位（个位）。而时钟计时器输出信号每一个位有4个信号接口ABCD分别依次连接从左到右的74151相应位置。74151的ABC连接时钟的片选模块。这使得可以在正确的数码管显示正确的信号。实际上片选管信号作用于74151时，直接就将对应时钟信号传输到了数码管，所以这一步的分配选择十分重要。另外这里排线时推荐软件自带的虚空连接，只要将对应端口标号即可直接相连，十分省事（连连看大冤种）。图中这种非常不推荐，费眼费力。还有可能出现信号路程不同带来的延时问题（这个十分致命，有个同学和我的设计一样，排线时候整了个迷宫，出错后根本找不到问题）。

74151输出的信号就是相应的时钟信号，此信号进入7448分配给数码管显示数字（课程里是7447，图中是因为7447出现未知错误，这东西挺玄学的）

数码管片选：因为数码管信号的传输是一种IO资源，有时这种IO资源有限，比如这个数字钟大可以直接分配给时分秒各两个管子单独显示，但试验箱上数码管是集成在一起的，我们只能应用片选信号来实时分配。因此我们需要将6个管子有效的时间于时钟信号同步，因此就有了74151的选择信号。

又因为选择信号一旦有效将不再更改，一次传输只能输入一个管子的时钟信号，因此我们还需要不断的改变所选数码管，即将脉冲信号同步到片选时钟中来得到看似连续的时钟变化。我们最初看到的是闪烁的信号灯，然后就会看到连续的变化了，但实际上数码管是在高频闪烁着的。

到这里，此实验就算大体完成了，然后就是引脚分配下载到实验箱。

这就是我对此实验的全部分享了，希望此文章能够对大伙有所帮助！

（实验用到的器件）

参考文献：《实验七数字钟设计》

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