【正文】 少了實(shí)驗(yàn)出錯(cuò)的機(jī)率，為最后成功完成實(shí)驗(yàn)節(jié)省了不少的時(shí)間。校對(duì)時(shí)間總是在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間到來(lái)之前進(jìn)行，分四個(gè)步驟：首先把小時(shí)計(jì)數(shù)器置到所需的數(shù)字；然后再將分計(jì)數(shù)器置到所需數(shù)字；在此同時(shí)或之后，將秒計(jì)數(shù)器在零時(shí)停計(jì)數(shù)，處于等待啟動(dòng)；當(dāng)選定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻到達(dá)的瞬間，按起動(dòng)按鈕，電路則從所預(yù)置時(shí)間開(kāi)始計(jì)數(shù)。如圖 14。在 59 分 50 秒到 59 分 59 秒之間，只有秒的個(gè)位計(jì)數(shù)，分的十位 QDQCQBQA輸出 0101,個(gè)位 QDQCQBQA輸出 1001，秒的十位 QDQCQBQA輸出 0101均不變，而秒的個(gè)位 QA 計(jì)數(shù)過(guò)程中輸出在 0 和 1 之間轉(zhuǎn)。 圖 11 陰極七段數(shù)碼管 圖 12 芯片 CD4511BC7段譯碼驅(qū)動(dòng)器引腳 圖 13 譯碼顯示電路 4． 4 正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì) 要求當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前 10 秒開(kāi)始，蜂鳴器 1 秒響 1 秒停地響 5 次。根據(jù) A、 B、 C、 D 所得的計(jì)數(shù)信號(hào)，數(shù)碼管顯示的相對(duì)應(yīng)的 字型。譯碼顯示電路可采用 CD4511BC7段譯碼驅(qū)動(dòng)器，其芯片引腳如圖 12。 圖 10 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器 4． 3 譯碼顯示電路 譯碼顯示電路是將計(jì)數(shù)器輸出的 8421BCD 碼譯成數(shù)碼管顯示所需要的高低電平，我們采用陰極七段數(shù)碼管，引腳如圖 11。其具體連接圖如圖 9ＣＰ A 相連，其具體連接圖如圖 9。秒十位計(jì)數(shù)單元為６進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。4． 2． 1“分”、“秒”六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 選用兩塊 74LS162 采用異步清零的方法完成 60 進(jìn)制?！懊搿焙汀胺帧庇?jì)數(shù)器應(yīng)為六十進(jìn)制，而“時(shí)”計(jì)數(shù)器應(yīng)為二十四進(jìn)制。再經(jīng)過(guò)二次分頻，得到 1Hz的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)脈沖，即秒脈沖如圖 7。 C2 是溫度特性校正用的電容，一般取 20~405pF，電容 C C2 與晶體共同構(gòu)成Ⅱ型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩器頻率的控制，并提供必要的 1800相移，最后輸出 fs=32768Hz。 Rf為反饋電阻（ 10~100MΩ），反饋電阻的作用是為 CMOS 反相器提供偏置，使其工作在放大狀態(tài)。 4． 1 秒信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 晶體振蕩分頻電路石英晶體振蕩電路 1．采用頻率 fs＝ 32768Hz 的石英晶體。另外，計(jì)時(shí)過(guò)程要具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前 10 秒開(kāi)始，蜂鳴器 1 秒響 1秒停地響 5次。秒計(jì)數(shù)器電路計(jì)滿 60 后觸發(fā)分計(jì)數(shù)器電路，分 計(jì)數(shù)器電路計(jì)滿 60 后觸發(fā)時(shí)計(jì)數(shù)器電路，當(dāng)計(jì)滿 24 小時(shí)后又開(kāi)始下一輪的循環(huán)計(jì)數(shù)。 3． 2原理分析 數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（ 1Hz）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。 設(shè)計(jì)要求 根據(jù)選定方案確定實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的基本電路和擴(kuò)展電路，畫(huà)出電路原理圖。 2 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)指標(biāo) 1．時(shí)間計(jì)數(shù)電路采用 24 進(jìn)制，從 00 開(kāi)始到 23 后再回到 00； 2 位數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒； 、校分功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間； ，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前 10 秒開(kāi)始，蜂鳴器 1 秒響 1 秒停地響 5次。 為了使數(shù)字鐘使用方便，在設(shè)計(jì)上使用了一個(gè)變壓器和一個(gè)整流橋來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘電能的輸入，使得可以方便地直接插入 220V 的交流電就可以正常地使用了。 由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路可以對(duì)分和時(shí)進(jìn)行校時(shí)。 譯碼顯示：將“時(shí)”“分”“秒”顯示出來(lái)。 分頻器：因?yàn)檎袷幤鳟a(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率很高，要是要得到“秒”信號(hào)，需一定級(jí)數(shù)的分頻器進(jìn)行分頻。一般由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼顯示器等幾部分組成。振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器形成秒脈沖信號(hào)，秒脈沖信號(hào)輸入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，并把累計(jì)結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來(lái)?！?3】閻石主編 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) .高等教育出版社 .。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(dǎo)！ 四川工業(yè)科技學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) 【 1】張存禮、韓愛(ài)娟主編 .電子技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn) .北京師范大學(xué)出版社 .。我覺(jué)得這次設(shè)計(jì)是很有重要意義的，它鍛煉了同學(xué)們對(duì)待問(wèn)題時(shí)的態(tài)度和處理事情的能力，了解了各個(gè)芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時(shí)應(yīng)該注意那些要 點(diǎn)，同一個(gè)電路可以用那些芯片實(shí)現(xiàn)，各個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能的區(qū)別。在這過(guò)程中對(duì)我們學(xué)的知識(shí)了更進(jìn)一步的理解，而且更進(jìn)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(dú)立思考問(wèn)題的能力和通過(guò)查看相關(guān)資料來(lái)解決問(wèn)題的習(xí)慣。 仿真時(shí)用的脈沖是用的軟件里的時(shí)鐘脈沖，沒(méi)有使用 555 定時(shí)器，可能會(huì)造成一定的誤差。 圖 本次課程設(shè)計(jì)電路完全按照仿真圖所連的，在測(cè)試時(shí)，當(dāng)開(kāi)始進(jìn)行時(shí)校時(shí)時(shí)，沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，但當(dāng)進(jìn)行到分校時(shí)時(shí)，發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)電路的秒電路開(kāi)始亂跳出錯(cuò)。且能夠正常仿真。能夠?qū)崿F(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)。計(jì)時(shí)電路的 1Hz 方波也可由 555 定時(shí)器產(chǎn)生，但由于標(biāo)準(zhǔn)電阻和電容值的選擇會(huì)帶來(lái)一些積累誤差，也可選用其他更精確的振蕩電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。 實(shí)驗(yàn)時(shí)，把 59 分 50 秒這個(gè)報(bào)時(shí)開(kāi)始信號(hào)直接用高電平取代，這樣比較省時(shí)。 上下兩路報(bào)時(shí)鎖存信號(hào)分別與 1kHz和 500Hz的音頻信號(hào)（ 20Hz~30kHz）相與或來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)字喇叭，實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。 把上述分析所得到的的報(bào)時(shí)開(kāi)始信號(hào)分別和兩個(gè)報(bào)時(shí)鎖存信號(hào)相與，產(chǎn)生兩路報(bào)時(shí)鎖存信號(hào)，如圖 37，上面一路為高音報(bào)時(shí)鎖存，下面一路為低音報(bào)時(shí)鎖存。現(xiàn)在來(lái)分析一下 50~59秒之間秒個(gè)位的狀態(tài)。見(jiàn)圖 37，U16:A和 U10:D組成的與門輸出即為報(bào)時(shí)開(kāi)始信號(hào)。 四川工業(yè)科技學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 圖 36 其中，計(jì)到 59 分的信號(hào)已有，如圖 36 中所示。校時(shí)校分時(shí)應(yīng)切斷秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)電路之間的進(jìn)位連線。選擇較分時(shí)，撥 動(dòng)一次開(kāi)關(guān)，分自動(dòng)加一；選擇校時(shí)時(shí)，撥動(dòng)一次開(kāi)關(guān)，小時(shí)自動(dòng)加一。但為了仿真時(shí)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。 圖 35 是一個(gè)鏈接好的簡(jiǎn)單的沒(méi)有校時(shí)和報(bào)時(shí)的數(shù)字時(shí)鐘電路。 圖 34 四川工業(yè)科技學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 計(jì)分和計(jì)時(shí)電路可以先單獨(dú)用秒脈沖調(diào)試，以節(jié)省時(shí)間。如個(gè)位的 Q2 接到兩個(gè) 74LS90 的 R0(1)清零端，十位的 Q1 接到兩個(gè) 74LS90的 R0(2)清零端。 用兩片 74LS90 實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，首先把兩片 74LS90 都接成十進(jìn)制，并且兩片之間連接成具有十的進(jìn)位關(guān)系，即接成一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后在計(jì)到 24 時(shí)，十位和個(gè)位同時(shí)清理。使用 74LS20 四入與非門串反相器構(gòu)成與門，如圖 33 所示。當(dāng)秒電路計(jì)到 59 秒時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)高電平，在計(jì)到 60 秒時(shí)變成低電平，來(lái)一個(gè)下降沿送給計(jì)分電路做時(shí)鐘。 計(jì)秒電路的仿真圖如圖 32 所示，計(jì)分電路和計(jì)秒電路是完全一致的，只是周期為 1S的時(shí)鐘信號(hào)改成了周期為 60 秒即 1分鐘的時(shí)鐘信號(hào)。 圖 32 當(dāng)十位計(jì)數(shù)到 6時(shí)，輸出 0110，其中正好有兩個(gè)高電平，把這兩個(gè)高電平 Q2 和 Q1 分別接到 74LS90 的 R0(1)和 R0(2)端，即可實(shí)現(xiàn)清零。用異步清零法，當(dāng) 6出現(xiàn)的瞬間，即 Q3Q2Q1Q0=0110 時(shí)，同時(shí)給 R0(1)和 R0(2)高電平，使這個(gè)狀態(tài)變成 0000，由于 6 出現(xiàn)時(shí)間很短，被 0 取代。這樣，個(gè)位和十位之間的進(jìn)位信號(hào)就找到了，把個(gè)位的 Q3（ 11 端）連接到十位的 CKA（ 14端）上。 圖 31 由于 74LS90 是在時(shí)鐘的下降沿到來(lái)時(shí)計(jì)數(shù)，所以 Q3 正好符合要求，在 10 秒之內(nèi)只給出一個(gè)下降沿，且與第 19 秒的下降沿對(duì)齊。而計(jì)數(shù)器的輸出端只有 Q0、 Q Q Q3 四個(gè)信號(hào)，要么是其中一個(gè)，要么是它們之間的邏輯運(yùn)算結(jié)果。 進(jìn)位信號(hào)的要求是在十個(gè)秒脈沖中只產(chǎn)生一個(gè)下降沿，且與第十秒的下降沿對(duì)齊。所謂異步60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即兩片 74LS90的時(shí)鐘不一致。 、計(jì)分電路 個(gè)位向十位的進(jìn)位實(shí)現(xiàn)。其中計(jì)秒和記分都是 60 進(jìn)制，而計(jì)時(shí)為 24進(jìn)制。 注：課設(shè)中使用的是共陽(yáng)極數(shù)碼管。使用時(shí)公共陽(yáng)極接＋ 5V。實(shí) 驗(yàn)中使用的 LED顯示器為共陰極接法。 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。因此是一個(gè)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(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示。 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。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。它將編碼時(shí)賦予代碼的含義“翻譯”過(guò)來(lái)。 表 的引腳圖如圖 23表示。 R0(1)和 R0(2)是異步清零端，兩個(gè)同時(shí)為高 電平有效； R9(1)和 R9(2)是置 四川工業(yè)科技學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 9 端，兩個(gè)同時(shí)為高電平時(shí)， Q3Q2Q1Q0=1001,；正常計(jì)數(shù)時(shí)，必須保證 R0(1)和 R0(2)中至少一個(gè)接低電平， R9(1)和 R9(2)中至少一個(gè)接低電平。 圖 2174LS90 內(nèi)部是由兩部分電路組成的。 四川工業(yè)科技學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 第 2 章元件清單及主要器件介紹 元件清單 74LS90（ 6個(gè)） 74LS47（ 6個(gè)） 74LS00（ 6個(gè)） 74LS20（ 6個(gè)） 74LS04（ 6個(gè)） 共陽(yáng)七段數(shù)碼顯示器（ 6個(gè)） 蜂鳴器（ 1 個(gè)） 快關(guān)若干，電阻若干 主要器件介紹 計(jì)數(shù) 本題目核心器件是計(jì)數(shù)器，常用的有同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74HC160 以及異步 二、 五、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS90芯片。 整點(diǎn)報(bào)時(shí)。 四川工業(yè)科技學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)有“時(shí)”、“分”、“秒”（ 23 小時(shí) 59 分 59 秒）顯示，且有校時(shí)功能的電子鐘。具有時(shí)間顯示、走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、精度、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，電路裝置十分小巧 ,安裝使用也方便而受廣大消費(fèi)的喜 愛(ài)。 因此本次設(shè)計(jì)就用數(shù)字集成電路和一些簡(jiǎn)單的邏輯門電路來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字式電子鐘，使其完成時(shí)間及星期的顯示功能。 廣泛用于個(gè)人家庭以及車站、碼頭、劇場(chǎng)、辦公室等公共場(chǎng)所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂(lè)帶來(lái)極大的方便。 關(guān)鍵詞：數(shù)字時(shí)鐘，振蕩器，計(jì)數(shù)器，報(bào)時(shí)電路 四川工業(yè)科技學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 第 1 章設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)指標(biāo)數(shù)字鐘簡(jiǎn)介 數(shù)字鐘電路是一款經(jīng)典的數(shù)字邏輯電路，它可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的秒鐘，也可以只計(jì)分和時(shí)，還可以計(jì)秒、分、時(shí)，分別為 12 進(jìn)制或 24 進(jìn)制，外加校時(shí)和整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路。通過(guò)譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在報(bào)警電路上實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能 等，構(gòu)成擴(kuò)展電路。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路時(shí)根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)?！皶r(shí)計(jì)數(shù)器”采用 24 進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天 24 小時(shí)的累計(jì)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì) 60 秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖。干電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、顯示器、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。（ 3）選擇合適的元器件，設(shè)計(jì)、選擇合適的輸入信號(hào)和輸出 方式，確保電路正確性。 三、要求： （ 1）設(shè)畫(huà)出總體設(shè)計(jì)框圖，以說(shuō)明數(shù)字鐘由哪些相對(duì)獨(dú)立的 功能模塊組成，標(biāo)出各個(gè)模塊之間互相聯(lián)系。（ 2）熟練使用 proteus仿真軟件。 本次數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)還做到理論聯(lián)系實(shí)際，剛剛學(xué)過(guò)了數(shù)電這門課程，還沒(méi)完全弄懂某些門電路的原理和用途，而此次課程設(shè)計(jì)恰恰提供了一個(gè)好機(jī)會(huì)，讓我們從實(shí)踐中加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。由此可知，校時(shí)電路應(yīng)具有預(yù)置小時(shí)，預(yù)置分、等待啟動(dòng)、計(jì)時(shí)四個(gè)階段，因此，我們?cè)O(shè)計(jì)的校時(shí)電路，方便、可靠地實(shí)現(xiàn)這四個(gè)階段所要求的功能。 圖 14 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 4． 5 校時(shí)電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘出現(xiàn)誤差時(shí)，需校準(zhǔn)。所以可以利用與非門的相與功能，把分十位的 QC、QA,分個(gè)位的 QD、 QA，秒十位的 QC、 QA 和秒個(gè)位的 QA 相“與非”作為控制信號(hào)控制與非門的開(kāi)斷，從而 控制蜂鳴器的響和停。即當(dāng)時(shí)間達(dá)到 xx 時(shí) 59 分 50 秒時(shí)蜂鳴器開(kāi)始響第一次，并持續(xù)一秒鐘，然后停鳴一秒，這樣響五次。其具體電路圖如圖 13。譯碼器 A、B、 C、 D 與十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的四個(gè)輸出端相連接， a、 b、 c、 d、 e、 f、 g即為驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼 顯示器的信號(hào)。 其則譯碼電路就應(yīng)選接與它配套的共陰極七段數(shù)碼驅(qū)動(dòng)器。 7 圖 9 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 4． 2． 2 二十四進(jìn)制計(jì)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(jìn)制計(jì)數(shù)如圖10。將１０進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為６（ 0110）進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)十位計(jì)數(shù)器計(jì)到 QDQCQBQA 為 0110時(shí)，同時(shí)對(duì)秒的個(gè)位和十位進(jìn)行清 0，另外 QC 可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的ＣＰ A 相連。以“秒”計(jì)數(shù)為例：計(jì)秒時(shí)，將秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元的 QA 與ＣＰ（下降沿有效）相連，將74LS162 連接成 10 進(jìn)制計(jì)數(shù)器， BＣＰ A（下降沿有效）與１Ｈ Z 秒輸入信號(hào)相連， QD 可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰ A相連。采用10 進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS162 來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能，其為雙2510 異步