【正文】 時 間及星期的顯示功能。 四川工業(yè)科技學院數(shù)字電路課程設計 設計要求 設計一個有“時”、“分”、“秒”（ 23 小時 59 分 59 秒）顯示，且有校時功能的電子鐘。 四川工業(yè)科技學院數(shù)字電路課程設計 第 2 章元件清單及主要器件介紹 元件清單 74LS90（ 6個） 74LS47（ 6個） 74LS00（ 6個） 74LS20（ 6個） 74LS04（ 6個） 共陽七段數(shù)碼顯示器（ 6個） 蜂鳴器（ 1 個） 快關(guān)若干，電阻若干 主要器件介紹 計數(shù) 本題目核心器件是計數(shù)器，常用的有同步十進制計數(shù)器 74HC160 以及異步 二、 五、十進制計數(shù)器 74LS90芯片。 R0(1)和 R0(2)是異步清零端，兩個同時為高電平有效； R9(1)和 R9(2)是置 四川工業(yè)科技學院數(shù)字電路課程設計 9 端，兩個同時為高電平時， Q3Q2Q1Q0=1001,；正常計數(shù)時，必須保證 R0(1)和 R0(2)中至少一個接低電平， R9(1)和 R9(2)中至少一個接低電平。它將編碼時賦予代碼的含義“翻譯”過來。 表 22 列出了 74LS47的真值表，表示出了它與數(shù)碼管之間的關(guān)系。 圖 25LED數(shù)碼管中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法： 共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時公共陽極接＋ 5V。其中計 秒和記分都是 60 進制，而計時為 24進制。所謂異步60 進制計數(shù)器，即兩片 74LS90的時鐘不一致。而計數(shù)器的輸出端只有 Q0、 Q Q Q3 四個信號，要么是其中一個 ，要么是它們之間的邏輯運算結(jié)果。這樣，個位和十位之間的進位信號就找到了，把個位的 Q3（ 11 端）連接到十位的 CKA（ 14端）上。 圖 32 當十位計數(shù)到 6時，輸出 0110，其中正好有兩個高電平，把這兩個高電平 Q2 和 Q1 分別接到 74LS90 的 R0(1)和 R0(2)端，即可實現(xiàn)清零。當秒電路計到 59 秒時，產(chǎn)生一個高電平，在計到 60 秒時變成低電平，來一個下降沿送給計分電路做時鐘。 用兩片 74LS90 實現(xiàn)二十四進制計數(shù)器，首先把兩片 74LS90 都接成十進制，并且兩片之間連接成具有十的進位關(guān)系，即接成一百進制計數(shù)器，然后在計到 24 時，十位和個位同時清理。 圖 34 四川工業(yè)科技學院數(shù)字電路課程設計 計分和計時電路可以先單獨用秒脈沖調(diào)試，以節(jié)省時間。但為了仿真時使器件管件的邏輯狀態(tài)顯示不影響數(shù)顯的效果，可以從主菜單中把邏輯顯示去掉即可。校時校分時應切斷秒、分、時計數(shù)電路之間的進位連線。見圖 37，U16:A和 U10:D組成的與門輸出即為報時開始信號。 把上述分析所得到的的報時開始信號分別和兩個報時鎖存信號相與，產(chǎn)生兩路報時鎖存信號，如圖 37，上面一路為高音報時鎖存，下面一路為低音報時鎖存。 實驗時，把 59 分 50 秒這個報時開始信號直接用高電平取代，這樣比較省時。能夠?qū)崿F(xiàn)整點報時。 圖 本次課程設計電路完全按照仿真圖所連的，在測試時，當開始進行時校時時，沒有出現(xiàn)問題，但當進行到分校時時，發(fā)現(xiàn)計數(shù)電路的秒電路開始亂跳出錯。在這過程中對我們學的知識了更進一步的理解，而且更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法，也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習慣。在此我要感謝我同組的搭檔蔡西！然后，非常感謝廖老師的耐心指導！ 四川工業(yè)科技學院數(shù)字電路課程設計 參考文獻 【 1】張存禮、韓愛娟主編 .電子技術(shù)綜合實訓 .北京師范大學出版社 .。 二、實驗任務 利用中、小規(guī)模集成電路設計并制作一個數(shù)字顯示時、分、秒的時鐘，應具備如下功能： 能進行正常的時、分、秒計時功能，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間； 時應以 24小時計時周期，計數(shù)序列為 00— 23； 計時出現(xiàn)誤差時能校正，可以分別對時和分進行校正。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”計數(shù)器、校時電路、振蕩電路組成。 ⑴ 555 振蕩電路 555 定時器振蕩電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的 1KＨ z 的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定。 ⑶時間計數(shù)器電路 時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為 60 進制計數(shù)器，而根據(jù)設計要求，時個位和時十位計數(shù)器為 12 進制計數(shù)器。秒信號發(fā)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，本實驗用 555 定時器來實現(xiàn)。整點報時電路是根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。電路的 59 狀態(tài)譯碼產(chǎn)生 LD＇ =0 信號，同時加到兩片 74LS161 上，在下一個計數(shù)脈沖（第 60個計數(shù)脈沖）到達時將 0000同時輸入兩片 74LS161中，從而得到六十進制計數(shù)器。電路的 23 狀態(tài)譯碼產(chǎn)生ＬＤ＇ =0 信號，同時加到兩片 74LS161上，在下一個計數(shù)脈沖（第 24 個計數(shù)脈沖）到達時將 0000 同時輸入兩片74LS161中，從而得到二十四進制計數(shù)器。從圖中可知，秒脈沖進入計數(shù)器，數(shù)字鐘正常工作。由74LS48 和 LED 七段數(shù)碼管組成的數(shù)碼顯示電路如下圖所示。但是我先看了一遍課本，充分理解、熟悉課本中所講的每個集成芯片的功能和它們的接法，然后又查閱了相關(guān)的資料。于是我又去查資料，并請教了一些同學、老師才逐漸掌握了解決這些問題的方法，最后將問題一個個的擊破了。在此次的數(shù)字鐘設計過程中 ,讓我更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。所以，以后遇到這種 動手操作的能力我一定要格外重視，并且努力完成它，爭取做到最好的效果。 這次電子課程設計讓我收獲很大，通過這次的設計實驗進一步地增強了實驗的動腦、動手能力。經(jīng)過幾次修改完善之后，我的設計仿真終于做出來了。但是在真正設計、畫電路圖的時候卻不斷出現(xiàn)了一些細節(jié)問題。在譯碼器輸出與數(shù)碼管之間串聯(lián)的為限流電阻。 譯碼顯示電路 譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時”計數(shù)器的輸出代碼進行翻譯變成相應的數(shù)字。先將 555 定時器的 6 管腳連在一起構(gòu)成施密特觸發(fā)器，然后再通過 RC 積分電路構(gòu)成多諧振蕩器。 二十四進制計數(shù)器電路 由兩片 74LS161 構(gòu)成的二十四進制計數(shù)器如下圖所示。 五、實驗設計方案 六十進制計數(shù)器電路 由兩片 74160 構(gòu)成的六十進制計數(shù)器如下圖所示?！胺钟嫈?shù)器”采用六十進制計數(shù)器，每累計 60 分鐘發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號作為“時計數(shù)器”的時鐘脈沖。 ⑸數(shù)碼管 數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（ LED）數(shù)碼管和液晶（ LCD）數(shù)碼管，本設計提供的為 LED數(shù)碼管。 ⑵分頻器電路 分頻器電路用 74LS90芯片將 1kＨ z的高頻方波信號經(jīng) 3次分頻后得到1Hz 的方波信號供秒計數(shù)器進行計數(shù)。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的 1HZ時間信號必須做 到準確穩(wěn)定。 四、實驗原理 電路的總體原理框圖 數(shù)字鐘是一個將“時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置?！?3】閻石主編 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) .高等教育出版社 .。我覺得這次設計是很有重要意義的，它鍛煉了同學們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力，了 解了各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應該注意那些要點，同一個電路可以用那些芯片實現(xiàn)，各個芯片實現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。 仿真時用的脈沖是用的軟件里的時鐘脈沖，沒有使用 555 定時器，可能會造成一定的誤差。且能夠正常仿真。計時電路的 1Hz 方波也可由 555 定時器產(chǎn)生，但由于標準電阻和電容值的選擇會帶來一些積累誤差，也可選用其他更精確的振蕩電路來實現(xiàn)。 上下兩路報時鎖存信號分別與 1kHz和 500Hz的音頻信號（ 20Hz~30kHz）相與或來驅(qū)動數(shù)字喇叭，實現(xiàn)整點報時功能?，F(xiàn)在來分析一下 50~59秒之間秒個位的狀態(tài)。 四川工業(yè)科技學院數(shù)字電路課程設計 圖 36 其中，計到 59 分的信號已有，如圖 36 中所示。選擇較分時，撥動一次開關(guān)，分自動加一；選擇校時時，撥動一次開關(guān)，小時自動加一。 圖 35 是一個鏈接好的簡單的沒有校時和報時的數(shù)字時鐘電路。如個位的 Q2 接到兩個 74LS90 的 R0(1)清零端，十位的 Q1 接到兩個 74LS90的 R0(2)清零端。使用 74LS20 四入與非門串反相器構(gòu)成與門，如圖 33 所示。 計秒電路的仿真圖如圖 32 所示，計分電路和計秒電路是完全一致的，只是周期為 1S的時鐘信號改成了周期為 60 秒即 1分鐘的時鐘信號。用異步清零法，當 6出現(xiàn)的瞬間，即 Q3Q2Q1Q0=0110 時，同時給 R0(1)和 R0(2)高電平，使這個狀態(tài)變成 0000，由于 6 出現(xiàn)時間很短，被 0 取代。 圖 31 由于 74LS90 是在時鐘的下降沿到來時計數(shù)，所以 Q3 正好符合要求，在 10 秒之內(nèi)只給出一個下降沿，且與第 19 秒的下降沿對齊。 進位信號的要求是在十個秒脈沖中只產(chǎn)生一個下降沿，且與第十秒的下降沿對齊。 、計分電路 個位向十位的進位實現(xiàn)。 注：課設中使用的是共陽極數(shù)碼管。實驗中使用的 LED顯示器為共陰極接法。因此是一個非常好的芯片！但是由于目前從節(jié)約成本的角度考慮，此類芯片已較少用，大部份情況下都是用動態(tài)掃描數(shù)碼管的形式來實現(xiàn)數(shù)碼管顯示。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應關(guān)系。 表 的引腳圖如圖 23表示。 圖 2174LS90 內(nèi)部是由兩部分電路組成的。 整點報時。具有時間顯示、走時準確、顯示直觀、精度、穩(wěn)定等優(yōu)點，電路裝置十分小巧 ,安裝使用也方便而受廣大消費的喜愛。廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。通過譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在報警電路上實現(xiàn)整點報時功能等，構(gòu)成擴展電路?！皶r計數(shù)器”采用 24 進制計時器，可實現(xiàn)對一天 24 小時的累計。干電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、顯示器、整點報時電路組成。 三、要求： （ 1）設畫出總體設計框圖，以說明數(shù)字鐘由哪些相對獨立的 功能模塊組成，標出各個模塊之間互相聯(lián)系。 本次數(shù)字鐘電路設計實驗還做到理論聯(lián)系實際，剛剛學過了數(shù)電這門課程，還沒完全弄懂某些門電路的原理和用途，而此次課程設計恰恰提供了一個好機會，讓我們從實踐中加深了對所學知識的理解。 圖 14 整點報時電路 4． 5 校時電路的設計 時鐘出現(xiàn)誤差時，需校準。即當時間達到 xx 時 59 分 50 秒時蜂鳴器開始響第一次，并持續(xù)一秒鐘，然后停鳴一秒，這樣響五次。譯碼器 A、B、 C、 D 與十進制計數(shù)器的四個輸出端相連接， a、 b、 c、 d、 e、 f、 g即為驅(qū)動七段數(shù)碼顯示器的信號。 7 圖 9 六十進制計數(shù)器 4． 2． 2 二十四進制計數(shù)器 同樣可以選用 兩塊 74LS162采用異步清零的方法完成 24進制計數(shù)如圖10。以“秒”計數(shù)為例：計秒時，將秒個位計數(shù)單 元的 QA 與ＣＰ（下降沿有效）相連，將74LS162 連接成 10 進制計數(shù)器， BＣＰ A（下降沿有效）與１Ｈ Z 秒輸入信號相連， QD 可作為向上的進位信號與十位計數(shù)單元的ＣＰ A相連。 圖 5CD4060內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 6 脈沖分頻電路 圖 7 秒信號原理圖 圖 8 晶體振蕩及分頻電路 4． 2 時間計數(shù)電路的設計 秒信號經(jīng)秒計數(shù)器、分計數(shù)器