【文章內(nèi)容簡介】 S161 最為合理。 2. 芯片的介紹 74LS161為 可預(yù)置的 4 位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器 ， 74LS161 的清除端是異步的。當(dāng)清除端 CLEAR 為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端 CLOCK 狀態(tài)如何，即可完成清除功能。74LS161 的計(jì)數(shù)是同步的，靠 CLOCK 同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā) 器上而實(shí)現(xiàn)的。 關(guān)于更詳細(xì)的介紹請(qǐng)查看相關(guān)的數(shù)據(jù)手冊(cè)， 在此 不再贅述。 其引腳圖見附錄 2。 時(shí) 時(shí)間計(jì)數(shù)單元有時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個(gè)部分。時(shí)計(jì)數(shù)單元一般為24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出為兩位 8421BCD 碼形式；分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為 8421BCD 碼。 1） 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器 由 74ls161構(gòu)成的 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將一片 74ls161設(shè)計(jì)成 10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，另一片設(shè)計(jì)成 6進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。兩片 74ls161按反饋清零法串接而成。秒 /分 計(jì)數(shù)器的十位和個(gè)位，輸出脈沖除用作自身清零外 ，同時(shí)還作為分計(jì)數(shù)器的輸入脈沖 CP1。下圖 3所示 電路即可作為秒 /分計(jì)數(shù)器。 蘭州理工大學(xué)電子技術(shù)綜合訓(xùn)練任務(wù)書 多功能 電子 時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 9 圖 3 秒 /時(shí) 計(jì)數(shù)器 電路 2） 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器 由 74ls161 構(gòu)成的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將一片 74ls161 設(shè)計(jì)成四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，另一片設(shè)置二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。即個(gè)位計(jì)數(shù)狀態(tài)為 Qd Qc Qb Qa = 0100， 十位計(jì)數(shù)狀態(tài)為 Qd Qc Qb Qa = 0010 時(shí)，要求計(jì)數(shù)器歸零。通過把個(gè)位 Qc、十位Qb 相與 非 后的信號(hào)送到個(gè)位、十位計(jì)數(shù)器的清零端，使計(jì)數(shù)器清零， 另外還要考慮一個(gè)問題就是個(gè)位 還必須達(dá)到 10 后向十位進(jìn)位，如下圖 4 構(gòu) 成 24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。電路圖如下 : 圖 4 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器 在分和秒之間顯示“：”的設(shè)計(jì) 1. 發(fā)光二極管的限流電阻的選擇。 不能讓 LED 一直工作在最大額定值。所以正向電流 IF≤最大額定值（一般是 30mA）。根據(jù)常識(shí)我們可以知道，電流大， LED 發(fā)光強(qiáng)，但消耗的功率大。電流小， LED 發(fā)光小，消耗的功率小。通常電路用 LED 是做指示用途，電路的總體功耗要控制，不能都消耗在指示燈上，當(dāng)然還要考慮電源的功率要滿足后面蘭州理工大學(xué)電子技術(shù)綜合訓(xùn)練任務(wù)書 多功能 電子 時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 10 電路功耗的要求，并且最好要有富裕。所以這個(gè) LED 的正向電流我們選取 20mA，正向壓降為 。 限流電阻可以根據(jù)下式計(jì)算： 限流電阻 =（電源電壓 LED 正向穩(wěn)壓電壓） /要求的工作電流 選取 IF=20mA， VF=，電源電壓 Vcc=5V: 限流電阻 =（ ） /20mA=85 ? 故本設(shè)計(jì)電路中選擇 85*2=170? ? 180? 2. 電路原理圖 在秒計(jì)數(shù)器的前面加兩個(gè)，采用兩只發(fā)光二 極管的串聯(lián)，并加上 180? 的限流電阻，共陽極接高電平，共陰極接到秒脈沖的輸出端，則兩個(gè)發(fā)光二極管 按 1次 /秒的速度閃爍； 在分計(jì)數(shù)器前面加兩只發(fā)光二極管，陽極接高電平并加上 180? ，陰極接低電平，則兩只二極管一支處于點(diǎn)亮狀態(tài)。電路圖 5 如下所示 圖 5 顯示“：” 電路的原理圖 計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以 8421BCD碼形式輸出，為了將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼顯示出來，需用顯示 譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，一般這種譯碼器通常稱為 7段譯碼顯示驅(qū)動(dòng)蘭州理工大學(xué)電子技術(shù)綜合訓(xùn)練任務(wù)書 多功能 電子 時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 11 器。常用的 7段譯碼顯示驅(qū)動(dòng)器有 74LS48， CD4511等 1） 數(shù)碼管簡介 數(shù)碼管是由八只發(fā)光二極管組成（其中一只顯示小數(shù)點(diǎn)）。工作時(shí)，要求發(fā)光二極管的公共陰極接地。當(dāng)某一發(fā)光二極管陽極加上高電平時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管導(dǎo)通，這一段（或點(diǎn)）就會(huì)發(fā)光。若要顯示十進(jìn)制數(shù)的十個(gè)數(shù)碼 0~9，只要在相應(yīng)的字段陽極上加上高電平即可。例如，要顯示 5時(shí)，則應(yīng)在 a,c,d,f,g各段陽極上加上高電平。為限制個(gè)發(fā)光二極管 的電流，可在它們的公共陰極上串聯(lián)一只 300Ω 左右的限流電阻。 2） CD4511芯片簡介 CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼 — 七段碼譯碼器，可直接驅(qū)動(dòng) LED顯示器 。 CD4511的里面有上拉電阻，可直接或者接一個(gè)電阻與七段數(shù)碼管接口。 其 詳細(xì)參數(shù)請(qǐng) 查看相關(guān)的數(shù)據(jù)手冊(cè)，不再贅述，其引腳圖見附錄 2。 CD4511也是一種 BCD7段顯示譯碼器，它屬于 CMOS器件，高電平輸出電流可達(dá)25mA。該器件用于驅(qū)動(dòng)共陰極 7段 LED數(shù)碼管。 3）限流電阻的選擇，數(shù)碼管點(diǎn)亮的電流值一般為 3mA左右，正常工作電流范圍為 3～ 10mA，超過 10mA的話會(huì)燒壞數(shù)碼管。一般情況下紅色的發(fā)光二極管點(diǎn)亮是的壓降值是 ，故限流電阻的大小為 ???? 1100~~ 在本設(shè)計(jì)中需要數(shù)碼管較亮的顯示，選取 ?300 的電阻 4）基本電路圖 選用共陰極數(shù)碼管，對(duì)于 CD4511 ，它與數(shù)碼管的基本連接方式如下圖 6 ： 蘭州理工大學(xué)電子技術(shù)綜合訓(xùn)練任務(wù)書 多功能 電子 時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 12 圖 6 CD4511與數(shù)碼管的基本連接方式 校時(shí)單元電路設(shè)計(jì) 當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。通常，校正時(shí)間的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。 校 “ 秒 ” 時(shí)，采用等待校時(shí) ， 校 “ 分 ” 、 “ 時(shí) ” 的原理比較簡單，采用加速 （校時(shí)電路） 校時(shí)。 對(duì)校時(shí)電路的要求是 : ? 在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù) 。 ? 在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù) 。 校正電路如下圖 6 所示， 本 校準(zhǔn)電路由基本 RS 觸發(fā)器和“與” 非 門組成，基本 RS 觸發(fā)器的功能是產(chǎn)生單脈沖，還起到 了 防抖動(dòng)作用。未撥動(dòng)開關(guān) J1 時(shí)，“與非”門 U2B 的一個(gè)輸入端接地，基本 RS 觸發(fā)器處于“ 1”狀態(tài)，這是數(shù)字鐘正常工作，“分”進(jìn)位脈沖能進(jìn)入“分”計(jì)數(shù)器。撥動(dòng)開關(guān) J1 時(shí)，“與非”門 U6B的一個(gè)輸入端接地，于是基本 RS 觸發(fā)器轉(zhuǎn)為“ 0”狀態(tài)。秒狀態(tài)可以直接進(jìn)入“分”計(jì)數(shù)器，而“分”進(jìn)位脈沖被阻止進(jìn)入，因而能較快地校準(zhǔn)分計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。蘭州理工大學(xué)電子技術(shù)綜合訓(xùn)練任務(wù)書 多功能 電子 時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 13 校準(zhǔn)后，將校正開關(guān)恢復(fù)原位，數(shù)字鐘繼續(xù)進(jìn)行正常計(jì)時(shí)工作。 小時(shí)的校正同理。 圖 7 校正電路圖 本電路的防抖分析： 在按壓按鍵時(shí)，由于機(jī)械開關(guān)的接觸抖動(dòng)，往往在幾十毫秒內(nèi)電壓會(huì)出現(xiàn)多次抖動(dòng)，相當(dāng)于連續(xù)出現(xiàn)了幾個(gè)脈沖信號(hào)。顯然，用這樣 的開關(guān)產(chǎn)生的信號(hào)直接作為電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)可能導(dǎo)致電路產(chǎn)生錯(cuò)誤動(dòng)作 。 在本設(shè)計(jì)中將會(huì)出現(xiàn)“亂碼”的狀況。 如 上 圖 7 所示 。 S ＝ 0， R＝ l，可得出 Q＝ l， Q ＝ 0。當(dāng)按壓按鍵時(shí)，S＝ l， R＝ 0，可得出 Q＝ 0， Q ＝ 1，改變了輸出信號(hào) Q 的狀態(tài)。若由于機(jī)械開關(guān)的接觸抖動(dòng)，則 R 的狀態(tài)會(huì)在 0 和 1 之間變化多次，若 R＝ l，由于 Q＝ 0，因此 U2B 門仍然是 “有低出高 ”，不會(huì)影響輸出的狀態(tài)。同理 ，當(dāng)松開按鍵時(shí)， S端出現(xiàn)的接觸抖動(dòng)亦不會(huì)影響輸出的狀態(tài)。因此，圖 7 所示的電路，開關(guān)每按壓一次， Q 點(diǎn)的輸出信號(hào)僅發(fā)生一次變化。 整點(diǎn)報(bào)時(shí)的設(shè)計(jì) 一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能，即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí)，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，較復(fù)雜的也可以是實(shí)時(shí)語音提示。 按題目要求，本設(shè)計(jì)利用一個(gè)八輸入與 們 ，當(dāng)分秒為 59 分 54 秒時(shí)，控制蜂蘭州理工大學(xué)電子技術(shù)綜合訓(xùn)練任務(wù)書 多功能 電子 時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 14 鳴器響，電路如圖 8 所示： 圖 8 整點(diǎn)報(bào)時(shí)的設(shè)計(jì)的電路圖 1)選蜂鳴器為電聲器件，蜂鳴器是一種壓電電聲器件，當(dāng)其兩端加上一 個(gè)直流電壓時(shí)酒會(huì)發(fā)出鳴叫聲，兩個(gè)輸入端是極性的，其較長引腳應(yīng)與高電位相連，圖 8 的三極管時(shí)為了驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。 2)三極