數(shù)電課程設(shè)計(jì) 數(shù)字時(shí)鐘

1、機(jī)電工程學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì)題 目： 數(shù)字時(shí)鐘 課 程： 數(shù)字電子技術(shù) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 任務(wù)書課程設(shè)計(jì) 數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)課題 數(shù)字時(shí)鐘姓名 院系機(jī)電工程學(xué)院電氣系班級(jí)指導(dǎo)老師 設(shè)計(jì)任務(wù)制作數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)要求1、準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，用數(shù)碼管顯示小時(shí)、分和秒；2、小時(shí)以24小時(shí)計(jì)時(shí)；3、帶有時(shí)間校正功能；4、“鬧鐘”功能；設(shè)計(jì)步驟1、了解數(shù)字時(shí)鐘的原理；2、畫出設(shè)計(jì)的數(shù)字時(shí)鐘電路原理圖和各部分電路圖；3、選擇好元器件及給出參數(shù)，在原理圖中反映出來(lái)；4、用仿真軟件Mutisim進(jìn)行電路工作情況模擬仿真；5、編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告；工作過(guò)程1、在電腦和圖

2、書館查閱資料，了解數(shù)字時(shí)鐘原理和相關(guān)信息2、畫出設(shè)計(jì)的數(shù)字時(shí)鐘電路原理圖和各部分電路圖；3、選擇好元器件及給出參數(shù)，在原理圖中反映出來(lái)。4、將各元件連接起來(lái)，用仿真軟件Mutisim進(jìn)行電路工作情況模擬仿真；5、編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告；目 錄1設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)（1）1.1 課程設(shè)計(jì)的目的（1）1.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求（1）1.3 課程設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)（1）2 數(shù)字時(shí)鐘的介紹和原理（2）2.1 數(shù)字時(shí)鐘的介紹（2）2.2 數(shù)字時(shí)鐘的電路組成（2）2.3 數(shù)字時(shí)鐘的工作原理（3）3 數(shù)字時(shí)鐘總設(shè)計(jì)方案和各部分電路設(shè)計(jì)方案 (4)3.1 數(shù)字時(shí)鐘總設(shè)計(jì)方案 （4）3.2 各部分電路設(shè)計(jì)方案（5）3.3

3、總電路設(shè)計(jì)圖（17）4 電路仿真 (17)5收獲與體會(huì)（24）6 儀器儀表明細(xì)清單 （24）參考文獻(xiàn) （25）1.設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)1.1 課程設(shè)計(jì)的目的（1）鞏固所學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)；（2）實(shí)踐所掌握的電子制作技能；（3）會(huì)運(yùn)用Mutisim工具對(duì)所作出的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬仿真測(cè)試,進(jìn)一步完善理論設(shè)計(jì)；（4）通過(guò)查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料,熟悉常用電子器件的類型和特性,并掌握合理選用元器件的原則；（5）掌握模擬電路的安裝測(cè)量與調(diào)試的基本技能,熟悉電子儀器的正確使用方法,能力（6）分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的正常或不正常現(xiàn)象(或數(shù)據(jù))獨(dú)立解決調(diào)試中所發(fā)生的問題；（7）學(xué)會(huì)撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告； 1.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求

4、（1） 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求及實(shí)驗(yàn)室條件設(shè)計(jì)出電路圖，分析工作原理，計(jì)算元件參數(shù)；（2） 列出所有元器件清單；（3） 安裝調(diào)試所設(shè)計(jì)的電路，達(dá)到設(shè)計(jì)要求；（4） 記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1.3 課程設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)（1）準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，用數(shù)碼管顯示小時(shí)、分和秒；（2）小時(shí)以24小時(shí)計(jì)時(shí)；（3）帶有時(shí)間校正功能；（4）“鬧鐘”功能；2.數(shù)字時(shí)鐘的介紹和原理2.1 數(shù)字時(shí)鐘的介紹 數(shù)字時(shí)鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更長(zhǎng)的使用壽命，已得到廣泛的使用。數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)方法有許多種,例如,可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘；也可以利用專用的電子鐘芯片配

5、以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘；還可以利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電子鐘等等。數(shù)字時(shí)鐘的組成一般由計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、振蕩器及分頻器等幾部分組成。振蕩器產(chǎn)生的時(shí)標(biāo)信號(hào)送入分頻器，分頻器將其送入的時(shí)標(biāo)信號(hào)分頻成秒脈沖信號(hào)。再把秒脈沖送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，并把累計(jì)的計(jì)數(shù)結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來(lái)?！懊搿钡娘@示由二級(jí)計(jì)數(shù)器和譯碼器組成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，“分”的顯示電路與秒相同?！皶r(shí)”的顯示由二級(jí)計(jì)數(shù)器和譯碼器組成的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。 數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚奈锲?，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、

6、娛樂帶來(lái)極大的方便。鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便。它擴(kuò)展了鐘表原有的報(bào)時(shí)功能，諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、定時(shí)啟閉電路、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備，甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，這些都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字電子鐘以及擴(kuò)大其在生活中的應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。 盡管目前市場(chǎng)上已有現(xiàn)成的數(shù)字鐘集成電路芯片，價(jià)格便宜，使用也非常方便。鑒于數(shù)字鐘電路的基本組成包含了數(shù)字電路的主要組成部分，為了幫助同學(xué)們將已經(jīng)學(xué)過(guò)的比較零散的數(shù)字電路的知識(shí)能夠有機(jī)的、系統(tǒng)地聯(lián)系起來(lái)用于實(shí)際，培養(yǎng)綜合分析、設(shè)計(jì)電路的能力，進(jìn)行數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)是必要的。2

7、.2 數(shù)字時(shí)鐘的電路組成 數(shù)字時(shí)鐘是用數(shù)字集成電路構(gòu)成，用數(shù)碼顯示的一種現(xiàn)代化計(jì)數(shù)器。本系統(tǒng)由振蕩器、分頻器、校時(shí)電路、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器以及電源電路組成。秒脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)，不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)，通過(guò)校時(shí)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分的校準(zhǔn)，電源電路提供穩(wěn)定的+5v的電壓。 2.3 數(shù)字時(shí)鐘的工作原理  數(shù)字時(shí)鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)1HZ頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字時(shí)鐘，但是出于對(duì)材料和成本的考慮，我們決定設(shè)

8、計(jì)較簡(jiǎn)單的中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，采用由555定時(shí)器和RC電路構(gòu)成振蕩器的方案。圖 1系統(tǒng)原理框圖（1）振蕩器電路：一般說(shuō)來(lái)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。本設(shè)計(jì)中采用由集成定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器，經(jīng)過(guò)調(diào)整輸出1000Hz脈沖。 （2）分頻器電路：分頻器電路將1000HZ的方波信號(hào)經(jīng)1000次分頻后得到1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。（3）時(shí)間計(jì)數(shù)器電路：時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（4

9、）譯碼顯示電路：譯碼顯示電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流，我們采用自帶譯碼功能的數(shù)碼管。（5）整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路：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)。其作用方式是在整點(diǎn)前的十秒內(nèi)，出現(xiàn)奇數(shù)秒時(shí)報(bào)時(shí)燈發(fā)光，從而實(shí)現(xiàn)在最后十秒內(nèi)閃爍五次，以示提醒。（6）校時(shí)電路：由于數(shù)字鐘的初始時(shí)間不一定是標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，而且在數(shù)字鐘的運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)誤差，所以需要校時(shí)電路來(lái)對(duì)“時(shí)、分”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整。3.數(shù)字時(shí)鐘總設(shè)計(jì)方案和各部分設(shè)計(jì)方案3.1 數(shù)字時(shí)鐘總設(shè)計(jì)方案數(shù)字時(shí)鐘有振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯

10、示、報(bào)時(shí)等電路組成。其中，振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)發(fā)生器，直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度。由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入采用六十進(jìn)制的“秒計(jì)數(shù)器”，每秒計(jì)60s就發(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?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60min，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”。“時(shí)計(jì)數(shù)器”采用二十四或十二進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24h或12h的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)通過(guò)六位七段譯碼顯示器顯示出來(lái)，可進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)，計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，可以用校時(shí)電路校時(shí)、校分。數(shù)字時(shí)鐘的原理框圖如下圖2.

11、1所示。圖2.1 數(shù)字時(shí)鐘的原理框圖3.2 各部分電路設(shè)計(jì)方案3.2.1 秒脈沖產(chǎn)生電路秒脈沖產(chǎn)生電路的功能是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)，主要由振蕩器和分頻器組成。振蕩器是計(jì)數(shù)器的核心，振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精準(zhǔn)度決定了計(jì)時(shí)器的準(zhǔn)確度，可由石英晶體振蕩電路或555定時(shí)器與RC組成的多諧振蕩器構(gòu)成。一般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)的精度就越高，但耗電量將增大，故設(shè)計(jì)時(shí)一定要根據(jù)需要設(shè)計(jì)出最佳的電路。石英晶體振蕩器具有頻率準(zhǔn)確、振蕩穩(wěn)定、溫度系數(shù)小的特點(diǎn)，但是如果精度要求不高的話可以采用555構(gòu)成的多諧振蕩器。秒脈沖產(chǎn)生電路在此例中的主要功能有兩個(gè)：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)，二是可提供整點(diǎn)報(bào)時(shí)所需要的頻率信

12、號(hào)。在下面電路設(shè)計(jì)中，為了簡(jiǎn)化電路，秒脈沖產(chǎn)生電路用一個(gè)1Hz的秒脈沖時(shí)鐘信號(hào)源替代。.1 555構(gòu)成的多諧振蕩器秒脈沖產(chǎn)生電路主要是由一個(gè)555定時(shí)器和三個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160構(gòu)成。其中，555定時(shí)器與RC組成多諧振蕩器，三個(gè)計(jì)數(shù)器74160組成分頻器。其邏輯圖如圖3.所示。圖3.2.1.1 555構(gòu)成的多諧振蕩器而成的秒脈沖產(chǎn)生電路邏輯圖其中555定時(shí)器的引腳圖和功能表如圖3.2和圖3.3所示，其中選取R1=R2=1k，C1=470nF，C2=10nF，從而多諧振蕩器的頻率為：圖3.2.1.2 555定時(shí)器的引腳圖圖3.2.1.3 555定時(shí)器的功能表 圖3.2.1.4 計(jì)數(shù)器74160

13、的引腳圖 圖3.2.1.5 計(jì)數(shù)器74160的邏輯圖圖3.2.1.6 計(jì)數(shù)器74160的功能表160為可預(yù)置的十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，共有 74160和74LS160兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其管腳圖如圖3.2.1.4所示, 160 的清除端是異步的，當(dāng)清除端/MR為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端CP狀態(tài)如何，即可完成清除功能。160的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器/PE為低電平時(shí)，在CP上升沿作用下，輸出端Q0Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0P3一致。當(dāng)CP由低至高跳變或跳變前，如果計(jì)數(shù)控制端CEP、CET為高電平，則/PE 應(yīng)避免由低至高電平的跳變。160 的計(jì)數(shù)是同步的?？緾P同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)CEP、CET 均

14、為高電平時(shí)，在CP上升沿作用下Q0Q3同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。對(duì)于74160，只有當(dāng) CP 為高電平時(shí)，CEP、CET 才允許由高至低電平的跳變。160有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（TC）輸出一個(gè)高電平脈沖，其寬度為 Q0 的高電平部分。在不外加門電路的情況下，可級(jí)聯(lián)成N 位同步計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器74160的引出端符號(hào)如下：電路中多諧振蕩器輸出的是1kHz的脈沖信號(hào)，此信號(hào)作為第一級(jí)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)。計(jì)數(shù)器的四個(gè)使能端ENP、ENT、LOAD、CLR均接高電平、由于74160是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，因此計(jì)數(shù)器每計(jì)數(shù)滿10次有一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，此信號(hào)即為第一級(jí)計(jì)數(shù)器分頻后得到

15、的100Hz的脈沖信號(hào)，將這個(gè)信號(hào)接在下一級(jí)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)端CLK則可實(shí)現(xiàn)繼續(xù)分頻，經(jīng)過(guò)兩個(gè)74160逐級(jí)分頻后依次得到10Hz和1Hz的脈沖信號(hào)。其電路仿真圖如圖3.2.1.7所示，用一個(gè)四通道的示波器可以清楚看到四個(gè)脈沖信號(hào)的波形如圖3.2.1.8所示。圖3.2.1.7 秒脈沖產(chǎn)生電路仿真圖圖3.2.1.8 千分頻秒脈沖信號(hào)仿真波形3.2.2 計(jì)數(shù)器電路根據(jù)數(shù)字時(shí)鐘的原理框圖2.1可知，整個(gè)計(jì)數(shù)器電路由秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器和時(shí)計(jì)數(shù)器串接而成。秒脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)6級(jí)計(jì)數(shù)器，分別得到秒個(gè)位、秒十位、分個(gè)位、分十位以及時(shí)個(gè)位、時(shí)十位的計(jì)時(shí)。顯示6位的“時(shí)”、“分”、“秒”需要6片中規(guī)模的計(jì)數(shù)器。其中

16、，秒計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器都是六十進(jìn)制，時(shí)計(jì)數(shù)器為二十四/十二進(jìn)制，都選用74160來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)的方法采用反饋清零法。3.2.2.1 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路秒計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器各由一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（個(gè)位）和一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器（十位）串接組成，形成兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其中個(gè)位計(jì)數(shù)器接成十進(jìn)制形式。十位計(jì)數(shù)器選擇QB與QC端做反饋端，經(jīng)與非門輸出至控制清零端CLR，接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)形式（計(jì)數(shù)至0110時(shí)清零）。個(gè)位與十位計(jì)數(shù)器之間采用同步級(jí)聯(lián)復(fù)位方式，將個(gè)位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端RCO接至十位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端CLK，完成個(gè)位對(duì)十位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位控制。將十位計(jì)時(shí)器的反饋清零信號(hào)經(jīng)非門輸出，作為六十進(jìn)制的進(jìn)位輸出脈沖信

17、號(hào)，即當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)至60時(shí)，反饋清零的低電平信號(hào)輸入CLR端，同時(shí)經(jīng)非門變?yōu)楦唠娖剑谕郊?jí)聯(lián)方式下，控制高位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)。創(chuàng)建如圖3.2.2.1所示的電路，IO1IO4是個(gè)位數(shù)碼管的顯示輸出端，IO5IO8是十位數(shù)碼管的顯示輸出端，IO9接電源，給兩個(gè)芯片的使能端提供高電平，IO10在此電路作為秒計(jì)數(shù)電路時(shí)接秒信號(hào)產(chǎn)生電路，作為分計(jì)數(shù)電路時(shí)接秒計(jì)數(shù)電路提供過(guò)來(lái)的進(jìn)位信號(hào)（即接至秒計(jì)數(shù)器的CLR端）。IO11作為低位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出，與高位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)端相連。圖3.2.2.1六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路.2 二十四/十二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路.2所示的電路，IO1IO4是個(gè)位數(shù)碼管的顯示輸出端，IO5IO8是十

18、位數(shù)碼管的顯示輸出端，IO9接電源，給兩個(gè)芯片的使能端提供高電平，IO10接分計(jì)數(shù)電路提供過(guò)來(lái)的進(jìn)位信號(hào)（即接至分計(jì)數(shù)器的CLR端）。IO11連接了兩個(gè)計(jì)數(shù)器的清零端，因此可以通過(guò)雙向開關(guān)接IO12和IO13以實(shí)現(xiàn)對(duì)與非門的選擇，從而完成進(jìn)制的轉(zhuǎn)換。分計(jì)數(shù)器需要的是一個(gè)二十四/十二進(jìn)制轉(zhuǎn)換的遞增計(jì)數(shù)電路。個(gè)位和十位計(jì)數(shù)器均連接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)形式，采用同步級(jí)聯(lián)復(fù)位方式。將個(gè)位計(jì)數(shù)器進(jìn)位輸出端RCO接至十位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端CLK，完成個(gè)位對(duì)十位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位控制。若選擇二十四進(jìn)制，十位計(jì)數(shù)器的輸出端QB和個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出端QC通過(guò)與非門控制兩片計(jì)數(shù)器的清零端CLR，當(dāng)計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)為00100

19、100時(shí)，立即反饋清零，從而實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)。若選擇十二進(jìn)制，十位計(jì)數(shù)器的輸出端QA和個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出端QB通過(guò)與非門控制兩片計(jì)數(shù)器的清零端CLR，當(dāng)計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)為00010010時(shí)，立即反饋清零，從而實(shí)現(xiàn)十二進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)。兩個(gè)與非門通過(guò)一個(gè)雙向開關(guān)接至兩片計(jì)數(shù)器的清零端CLR，單擊開關(guān)就可以選擇與非門的輸出，實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制或十二進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)的轉(zhuǎn)換。.2二十四/十二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路3.2.3 譯碼顯示電路采用共陰極七段數(shù)碼管將譯碼顯示電路是將計(jì)數(shù)器輸出的8421 BCD碼譯成數(shù)碼管顯示所需要的高低電平。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。譯碼顯示電路采用CD45117段譯碼驅(qū)

20、動(dòng)器。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)。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。3.2.3.1 七段數(shù)碼管圖3.2.3.1 七段數(shù)碼管的引腳圖3.2.3.2 CD4511譯碼器為了使數(shù)碼管能顯示十進(jìn)制數(shù)。必須將十進(jìn)制數(shù)代碼經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)器點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的段。所以，譯碼器的功能就是，對(duì)應(yīng)于某一組數(shù)碼輸入，相應(yīng)的幾個(gè)輸出端有有效信號(hào)輸出。常用的集成七段顯示譯碼器有兩類，一類譯碼器輸出高電平有效信號(hào)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)共陰極顯示器，另一類輸出低電平有效信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極顯示器。CD4511七段顯示譯碼器的邏輯符

21、號(hào)如圖3.2.3.2所示，功能表如圖3.2.3.3所示。當(dāng)輸入8421BCD碼時(shí)，輸出高電平有效。用以驅(qū)動(dòng)共陰極顯示器。當(dāng)輸入為10101111六個(gè)狀態(tài)時(shí)，輸出全為低電平，顯示器無(wú)顯示。圖3.2.3.2 CD4511邏輯符號(hào)(引腳圖)該集成顯示譯碼器設(shè)有三個(gè)輔助控制端LE、，以增強(qiáng)器件的功能，現(xiàn)分別簡(jiǎn)述如下：燈測(cè)試輸入端當(dāng)=0時(shí)，無(wú)論其他輸入端是什么狀態(tài)，所有各段輸出ag均為1，顯示字形。該輸入端常用于檢查譯碼器本身及顯示器各段的好壞。滅燈輸入當(dāng)=0，并且=1時(shí)，無(wú)論其他輸入端是什么電平，所有各段輸出ag均為0，所有字形熄滅。該輸入端用于將不必要顯示的零熄滅。鎖存使能輸入LE在=1的條件下，當(dāng)

22、LE=0時(shí)，鎖存器不工作，譯碼器的輸出隨輸入碼的變化而變化；當(dāng)LE由0跳變1時(shí)，輸入碼被鎖存，輸出只取決于鎖存器的內(nèi)容，不再隨輸入的變化而變化。圖3.2.3.2 CD4511的功能表圖3.2.3.4 顯示器顯示字形3.2.3.3 小時(shí)譯碼顯示子電路只需在=1并且LE=0時(shí)，譯碼器的輸出隨輸入碼的變化而變化，所以只要把4511譯碼器的數(shù)據(jù)輸入端與74160計(jì)數(shù)器的輸出端相連即可。而分鐘和秒譯碼顯示電路也是如此，如圖3.2.3.5所示。圖3.2.3.5小時(shí)譯碼顯示子電路(六十進(jìn)制計(jì)數(shù))3.2.3.4 分鐘/秒譯碼顯示子電路圖3.2.3.6 分鐘/秒譯碼顯示子電路(十二、二十四進(jìn)制計(jì)數(shù))3.2.4

23、校時(shí)、校分電路校對(duì)時(shí)間一般在選定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間到來(lái)之前進(jìn)行，可分為4個(gè)步驟：首先把時(shí)計(jì)數(shù)器置到所需的數(shù)字；然后再將分計(jì)數(shù)器置到所需的數(shù)字；與此同時(shí)或之后應(yīng)將秒計(jì)數(shù)器清零，時(shí)鐘暫停計(jì)數(shù)，處于等待啟動(dòng)階段；當(dāng)選定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻到達(dá)的瞬間，按啟動(dòng)按鈕，電路則從所預(yù)置時(shí)間開始計(jì)數(shù)。由此可知，校時(shí)，校分電路應(yīng)具有預(yù)置小時(shí)、預(yù)置分、等待啟動(dòng)、計(jì)時(shí)4個(gè)階段。在設(shè)計(jì)電路時(shí)既要方便可靠地實(shí)現(xiàn)校時(shí)校分的功能，又不能影響時(shí)鐘的正常計(jì)時(shí)，通常采用邏輯門切換。當(dāng)Q=1時(shí)，輸入的預(yù)置信號(hào)可以傳到時(shí)計(jì)數(shù)器的CLK端，進(jìn)行校時(shí)工作，而分進(jìn)位信號(hào)被封鎖。例如，校時(shí)電路原理示意圖如圖3.2.4.1所示。當(dāng)Q=0時(shí)，分進(jìn)位信號(hào)可以傳到時(shí)計(jì)

24、數(shù)器的CLK端，進(jìn)行計(jì)時(shí)工作，而輸入的預(yù)置信號(hào)分進(jìn)位信號(hào)被封鎖。校分電路也仿照此進(jìn)行。圖3.2.4.1 校時(shí)電路原理框圖當(dāng)然上述方法比較精確，也比較復(fù)雜，在精度要求不高時(shí)，也可以采用另一種方法。只需使用兩個(gè)雙向選擇開關(guān)將秒脈沖直接引入時(shí)計(jì)數(shù)器的分計(jì)數(shù)器即可實(shí)現(xiàn)功能。此時(shí)，低位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)輸出端需通過(guò)雙向選擇開關(guān)的其中一選擇端接至高位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)端，開關(guān)的另一選擇端接秒脈沖信號(hào)。當(dāng)日常顯示時(shí)間時(shí)，開關(guān)撥向低位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)輸出端；調(diào)時(shí)調(diào)分時(shí)撥向秒脈沖信號(hào)，這樣可使計(jì)數(shù)器自動(dòng)跳至所需要的時(shí)間。(具體見總電路圖)3.2.5 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次

25、。即當(dāng)時(shí)間達(dá)到××時(shí)59分50秒時(shí)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。利用與非門的相與功能，而已把分十位的OC 、OA ,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)控制與非門的開斷，從而控制蜂鳴器的響和停。圖3.2.5.1 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路3.3 總電路設(shè)計(jì)圖4.數(shù)字時(shí)鐘電路仿真4.1 開始狀態(tài)圖4.1.1 開始狀態(tài)4.2 校時(shí)、校分功能圖4.2.1校時(shí)、校分功能4.3 十二進(jìn)制與二十四進(jìn)制轉(zhuǎn)換功能圖4.3.1十二進(jìn)制與二十四進(jìn)制轉(zhuǎn)換功能4.4 滿60秒向分鐘進(jìn)位狀態(tài)圖4.4.1滿60秒向分鐘進(jìn)位狀態(tài)4.5 滿60分向小時(shí)進(jìn)位狀態(tài)圖4.5.1 滿60分向小時(shí)進(jìn)位狀態(tài)4.6 23:59:59向00:00:00進(jìn)位狀態(tài)圖4.6.1 23:59:59向00:00:00進(jìn)位狀態(tài)6.收獲與體會(huì)通過(guò)這次對(duì)數(shù)字時(shí)鐘的課程設(shè)計(jì)