【正文】 次持續(xù)時間為一秒，前五次為500赫茲的聲音，最后依次為1000赫茲的聲音。（4）用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，并在實驗箱上進行組裝和調(diào)試。（5）劃出框圖和邏輯電路圖，寫出設計，實驗總結報告。二、設計方案論證數(shù)字鐘原理框圖如圖1所示，電路一般包括以下幾個部分：振蕩器、分頻器、譯碼顯示電路、時分秒計數(shù)器、校時電路、報時電路。圖一對于各個部分而言數(shù)字鐘計時的標準信號應該是頻率相當穩(wěn)定的1HZ秒脈沖，所以要設置標準時間源。l數(shù)字鐘計時周期是24小時，因此必須設置24小時計數(shù)器，他應由模為60的秒計數(shù)器和分計數(shù)器及模為24的時計數(shù)器組成，秒、分、時由七段數(shù)碼管顯示。l為使數(shù)字鐘走時與標準時間一致，校時電路是必不可少的。設計中采用開關控制校時直接用秒脈沖先后對“時”“分”“秒”計數(shù)器進行校時操作。l 能進行整點報時。在從59分50秒開始，每隔2秒鐘發(fā)出一次低音“嘟”的信號，連續(xù)五次，最后一次要求最高音“嘀”的信號，此信號結束即達到正點。l三、單元電路設計（1）、振蕩器振蕩器是計時器的核心，其作用是產(chǎn)生一個標準頻率的脈沖信號振蕩頻率的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量。第一種方案采用石英晶體振蕩器，如圖二。使用振蕩頻率為32768HZ的石英晶體和反向器構成一個穩(wěn)定性極好、精度較高的時間信號源。改變電容C可以圖 二 石英晶體振蕩器振蕩器的頻率進行微調(diào)，再通過一個反相器，輸出32768HZ的方波將此方波的頻率進行15次二分頻后，在輸出端剛好可得到頻率為1HZ的脈沖信號。第二種方案如圖三采用集成電路555定時器與RC組成的多諧振蕩器。輸出的脈沖頻率為fS=1/[(R1+2R2)C1ln2]=1KHZ，周期T=1/fS=1ms。若參數(shù)選擇：R1=R2=10K歐姆，C1=47uF時，可以得到秒脈沖信號。圖三 方波信號發(fā)生器附555定時器的功能表輸 出 輸 出閥值輸入（v11）觸發(fā)輸入（v12）復位（RD）輸出（VO）發(fā)電管T 0 0 導通2/3VCC 1/3VCC 1 0 導通1/3VCC 1 不變 不變（2）秒、分、時計數(shù)器U1到U6 六個74LS161構成數(shù)字鐘的秒、分、時計數(shù)器。UU2共同構成秒計數(shù)器，它由兩個74LS161構成六十進制的計數(shù)器，如圖四。U1作為秒個位十進制計數(shù)器，它的復位輸入RD、和置位輸入LD都接低電平，秒信號脈沖作為計數(shù)脈沖輸入到CP1端，輸出端C控制U2秒十位計數(shù)器的計數(shù)脈沖輸入。QQQQ4作為秒個位的計時值送至秒個位七段顯示譯碼/驅(qū)動器。lU2作為秒十位六進制計數(shù)器，它的計數(shù)脈沖輸入受到秒個位U1的控制，其計數(shù)器使能端EP、ET與U1的輸出端C相連接。當U2計數(shù)器計到0011，即清零信號到復位輸入端時，QQQQ4輸出的都是零。QQQQ4作為秒十位的計時值送至秒十位七段顯示譯碼/驅(qū)動器。UU4分別構成分個位十進制和分十位六進制計數(shù)器，如圖四。UU4與UU2的連接方法相似。當計數(shù)器輸出為01011001狀態(tài)，U3（U1）、U4（U2）的LD端同時為“0”，使計數(shù)器立即返回到00000000狀態(tài)。這樣就構成了六十進制計數(shù)器。l圖四 六十進制計數(shù)器UU6共同構成時計數(shù)器，它由兩個74LS161構成六十進制的計數(shù)器l 如圖五。U5作為時十位計數(shù)器，它的復位輸入RD、和置位輸入LD都接低電平，時信號脈沖作為計數(shù)脈沖輸入到CP1端，輸出端C控制U6秒十位計數(shù)器的計數(shù)脈沖輸入。QQQQ4作為秒個位的計時值送至秒個位七段顯示譯碼/驅(qū)動器。當計數(shù)器輸出為00100100狀態(tài)，UU6的LD端同時為“0”，使計數(shù)器立即返回到00000000狀態(tài)。這樣就構成了二十四進制計數(shù)器。U12 圖五 二十四進制計數(shù)器（3）顯示譯碼/驅(qū)動器和LED七段數(shù)碼顯示管六個74LS248集成電路構成數(shù)字鐘的七段數(shù)碼顯示管顯示譯碼/驅(qū)動器。74LS248七段顯示譯碼器輸出高電平有效，將8421BCD碼譯成七段（a、b、c、d、e、f、g）輸出，用以直接驅(qū)動LED七段數(shù)碼顯示對應的十進制數(shù)。74LS248的顯示功能：顯示功能見功能表的上半部分。[DCBA]是二進制碼輸入，要正確的執(zhí)行顯示功能，有關的功能端必須接合適的邏輯電平，這些功能端的作用隨后介紹。對于0～9輸入，[DCBA]相當BCD8421碼。當超過9以后，譯碼器仍然有字型輸出，具體見圖六。當[DCBA]=1111時，數(shù)碼管熄滅。實驗時要在筆劃段電極串聯(lián)電阻，以保護LED數(shù)碼管。表1 中規(guī)模顯示譯碼器74LS248的功能表圖六 74LS248顯示字型與輸入的對應關系如圖七，六個LED七段數(shù)碼顯示管利用不同發(fā)光段組合的方式顯示不同數(shù)碼，都采用+5V電源作為每段發(fā)光二極管的驅(qū)動電源。需要發(fā)光的段為高電平，不發(fā)光的段為低電平。設計中采用共陰極數(shù)碼管，每段發(fā)光二極管的正向降壓，隨顯示光的顏色有所不同，通常約2V～3V，點亮電流在5～10mA。六個LED七段數(shù)碼顯示管分別顯示秒個位、十位；分個位、十位；時個位、十位的計數(shù)十進制數(shù)圖七 顯示譯碼/驅(qū)動器和數(shù)碼顯示管（4）分頻器分頻器電路是由三個74LS90構成，如圖八。74LS90是異步十進制計數(shù)器，它由一個一位二進制計數(shù)器和一個異步五進制計數(shù)器組成。將QA與CP2相連，計數(shù)脈沖由CP1端輸入，輸出由QA～QD引出，即得到十進制計數(shù)器。只有在復位輸入R0(1)= R0(2)=0和置位輸入S9(1)= S9(2)=0時，才能夠在計數(shù)脈沖（下降沿）作用下實現(xiàn)二—五—十進制加計算。因為要對輸入的脈沖進行三次10分頻，三片74LS90的復位輸入R0(1)、R0(2)和置位輸入S9(1)、S9(2)都接低電平。振蕩器輸出的方波脈沖計數(shù)器作為U1的CP1端的輸入時鐘脈沖，U1的QD端的輸出脈沖作為U2的CPA端的輸入時鐘脈沖，U2的QD端的輸出脈沖作為U3的CP1端的輸入時鐘脈沖，U3的QD端的輸出脈沖fO=fS/103172。172。172。172。172。172。172。=1HZ，即為秒信號方波脈沖，成為秒、分、時計數(shù)器的計數(shù)脈沖和時間校準信號。將JK觸發(fā)器的J、K端都接在高電平，Qn+1=JQn+KQn=Qn,每輸入一個時鐘脈沖后，觸發(fā)器翻轉一次，觸發(fā)器處于計數(shù)狀態(tài)。經(jīng)過觸發(fā)器的二分頻，Q端輸出為500HZ的脈沖作為低音脈沖。經(jīng)過UU2計數(shù)器的二次十分頻，輸出的脈沖頻率為10HZ，作為秒校時脈沖。圖八 分頻器附74LS90二—五—十進制計數(shù)器功能圖復位輸入 置位輸入 輸出 R0(1)R0(2)S9(1)S9(2)QA QB QC QD H H L L L L L H H L L L L L H H H L L H L L 計數(shù)L L 計數(shù) L L 計數(shù) L L 計數(shù)JK觸發(fā)器的功能表J K Qn Qn+1 說明0 0 0 0 輸出狀態(tài)不變10 1 0 0 輸出狀態(tài)與J端狀態(tài)相同0 0 0 1 輸出狀態(tài)與K端狀態(tài)相同1 1 0 1 每輸入一個脈沖輸出狀態(tài)改變一次0（五）報時電路整點報時電路要求在每個整點發(fā)出音響，因此需要對每個整點進行時間譯碼，以其輸出驅(qū)動音響控制電路。如圖九。若要在每一整點發(fā)出五低音、一高音報時，需要對59分50秒到59分59秒進行時間譯碼。QD4～QA4是分十位輸出，QD3～QA3是分個位輸出，QD2～QA2是秒十位輸出，QD1～QA1秒個位輸出。在59分時，A= QC4 QA4 QD3 QA3=1；在50秒時，B= QC2 QA2=1；秒個位為0、8秒時，QA1=0,C= QA1=1；因而F1=ABC= QC4QA4 QD3 QA3 QC2 QA2 QA1僅在59分50秒、52秒、54秒、56秒、58秒時等于1，故可以用F1作低音的控制信號。當計數(shù)器每計到59分59秒時，A= QC4 QA4 QD3QA3=1,D= QC2 QA2 QD1 QA1=1,此時F2=AD=1。把F2接至JK觸發(fā)器控制端J端，CP端加秒脈沖，則再計1秒到達整點時F3=1,故可用F3作一次高音控制信號。用F1控制5次低音、F3控制高音，經(jīng)音響放大器放大，每當“分”和“秒”計數(shù)器累計到59分50、55558秒發(fā)出頻率為500HZ的五次低音，0分0秒時發(fā)出頻率為1000HZ的一次高音，每次音響的時間均為一秒鐘，實現(xiàn)了整點報時的功能。圖九 整點報時電路四、原理圖（見最后一頁）五、元器件明細表序號 元器件名稱 型號規(guī)格 數(shù)量（個）備注U0 集成定時器 5G555定時器 1 構成多諧振蕩器 U1～U6 同步加法計數(shù)器 74161 6 構成模加法計數(shù)器U7～U9 異步十進制計數(shù)器 74LS90 3 構成分頻器U10 七端顯示譯碼器 74LS248 6 分別顯示秒、分、時的數(shù)字U11～U12 與非門 多輸入與非門 2 U13 JK觸發(fā)器 1CC2 電容 2 C1=C2=104pf R1 R2 電阻 2 R1 =2K、R2= R、R` 電阻 2 R=1k,R`=47 U14 U20 門器件 非門 1U15～U19 門器件 與門 6 多輸入與門U21～U23 門器件 與非門 3 多輸入與非門U24 觸發(fā)器 JK觸發(fā)器 1 U25 晶體三級管 1 U26 喇叭 1 實現(xiàn)鬧鈴六、設計體會在整個課程設計完后，總的感覺是：有收獲。以前上課都是上一些最基本的東西，而現(xiàn)在卻可以將以前學的東西作出有實際價值的東西。在這個過程中，我的確學得到很多在書本上學不到的東西，如：如何利用現(xiàn)有的元件組裝得到設計要求，如何找到錯誤的原因，如何利用計算機來畫圖等等。但也遇到了不少的挫折，有時遇到了一個錯誤怎么找也找不到原因所在，找了老半天結果卻是芯片的管腳接錯了，有時更是忘接電源了。在學習中的小問題在課堂上不可能犯，在動手的過程中卻很有可能犯。特別是在接電路時，一不小心就會犯錯，而且很不容易檢查出來。但現(xiàn)在回過頭來看，還是挺有成就感的。