項目五 數(shù)字電子鐘的設(shè)計與制作

數(shù)字電子鐘的設(shè)計與制作五目項返回數(shù)字電子鐘電路圖項目引導(dǎo)項目要求（1）計時功能。能夠?qū)崿F(xiàn)秒、分、時計數(shù)；（2）顯示功能。用數(shù)碼管顯示計時情況；（3）校時功能。通過校時開關(guān)依次校準(zhǔn)秒、分、時，使數(shù)字鐘正常走時；（4）整點報時功能。在59分51秒、53秒、55秒、57秒時分別鳴叫四聲低音，在59分59秒時鳴叫一聲高音。返回設(shè)計并制作數(shù)字電子鐘電路，要求如下：學(xué)習(xí)目標(biāo)能借助資料讀懂集成電路的型號，明確各引腳功能。會識別并測試常用集成計數(shù)器。能常用集成計數(shù)器產(chǎn)品設(shè)計任意進(jìn)制計數(shù)器。能完成數(shù)字電子鐘的設(shè)計、安裝與調(diào)試。知識目標(biāo)能力目標(biāo)了解計數(shù)器的基本概念；掌握二進(jìn)制計數(shù)器和十進(jìn)制計數(shù)器常用集成產(chǎn)品的功能及其應(yīng)用。掌握任意進(jìn)制計數(shù)器的設(shè)計方法。掌握數(shù)字電子鐘的電路組成與工作原理。返回項目學(xué)習(xí)[知識鏈接1]計數(shù)器及應(yīng)用[知識鏈接2]數(shù)字電子鐘的電路組成與工作原理返回[技能訓(xùn)練]計數(shù)、譯碼和顯示電路綜合應(yīng)用[知識拓展]常用計數(shù)器的功能及使用返回[知識鏈接1]計數(shù)器及應(yīng)用一、二進(jìn)制計數(shù)器1．工作原理按二進(jìn)制計數(shù)進(jìn)位規(guī)律進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)器計數(shù)器按步長分為二進(jìn)制、十進(jìn)制和N進(jìn)制計數(shù)器；按計數(shù)增減趨勢分，有加計數(shù)、減計數(shù)和的可逆計數(shù)器按計數(shù)器中各觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是否同步，有同步計數(shù)器和異步計數(shù)器；能實現(xiàn)計數(shù)功能的電路稱為計數(shù)器。Q0Q1Q2計數(shù)器狀態(tài)計數(shù)順序000811170116101500141103010210010000二進(jìn)制加法計數(shù)器

計數(shù)規(guī)律舉例二進(jìn)制減法計數(shù)器

計數(shù)規(guī)律舉例Q0Q1Q2計數(shù)狀態(tài)計數(shù)順序000810070106110500141013011211110000“000–1”不夠減，需向相鄰高位借“1”，借“1”后作運(yùn)算“1000–1=111”。返回2．集成二進(jìn)制計數(shù)器芯片介紹CT74LS161和CT74LS163CT74LS161CPQ0Q1Q2Q3COD0CT74LS161和CT74LS163邏輯功能示意圖CT74LS163CTTCTPCRLDD1D2D3CRLD計數(shù)狀態(tài)輸出端,從高位到低位依次為Q3、Q2、Q1、Q0進(jìn)位輸出端置數(shù)數(shù)據(jù)輸入端，為并行數(shù)據(jù)輸入。計數(shù)脈沖輸入端，上升沿觸發(fā)計數(shù)控制端，高電平有效。CR

為置0控制端，

低電平有效。LD為同步置數(shù)控制端，低電平有效。

集成同步二進(jìn)制計數(shù)器CT74LS161和CT74LS163返回CT74LS161的功能表CO=CTT·Q3Q2Q1Q0CO=Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

異步置00保持×××××0×11保持××××××011計數(shù)××××1111d0d1d2d3d0d1d2d3××0100000××××××××0COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR

說明輸出輸入d0d1d2d3d0d1d2d301

當(dāng)

CR=1、LD=0

，在CP

上升沿到來時，并行輸入的數(shù)據(jù)d3~d0被置入計數(shù)器。00

當(dāng)

CR=LD=1，且CTT和CTP中有0

時，狀態(tài)保持不變。00000

CR=0

時，不論有無CP

和其他信號輸入，計數(shù)器被置0。

當(dāng)

CR=LD=CTT=CTP=1

時，在計數(shù)脈沖的上升沿進(jìn)行4位二進(jìn)制加法計數(shù)。CO在計數(shù)至“1111”時出高電平，在產(chǎn)生進(jìn)位時輸出下降沿。CT74LS161的主要功能：

(1)異步置0

功能(CR低電平有效)(2)同步置數(shù)功能(LD低電平有效)(3)計數(shù)功能(LR=LD=CTT=CTP=1)(4)保持功能(LR=LD=1，CTT

和CTP

中有0)CT74LS161的功能表CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

CO=Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

異步置00保持×××××0×11保持××××××011計數(shù)××××1111d0d1d2d3d0d1d2d3××0100000××××××××0COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR

說明輸出輸入返回CT74LS161與CT74LS163的功能比較CO=CTT·Q3Q2Q1Q0CO=Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

同步置00保持×××××0×11保持××××××011計數(shù)××××1111d0d1d2d3d0d1d2d3××0100000×××××××0COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR

說明輸出輸入CT74LS163CO=CTT·Q3Q2Q1Q0CO=Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

異步置00保持×××××0×11保持××××××011計數(shù)××××1111d0d1d2d3d0d1d2d3××0100000××××××××0COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR

說明輸出輸入CT74LS161

CT74LS161與CT74LS163的差別是：“161”為異步置0，“163”為同步置0。其他功能及管腳完全相同。返回3.用74LS161、74LS163實現(xiàn)N進(jìn)制計數(shù)器的方法[例1]用74LS161構(gòu)成六進(jìn)制計數(shù)器。

根據(jù)S6

和CR的有效電平寫出③畫連線圖①寫出S6

的二進(jìn)制代碼S6=0110②寫出反饋置0函數(shù)CT74LS161Q0Q1Q2Q3COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP返回CT74LS161Q0Q1Q2Q3COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP計數(shù)輸入輸出端11&××××S6=0110返回1、用同步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進(jìn)置計數(shù)器2、用異步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進(jìn)置計數(shù)器（1）寫出狀態(tài)SN-1的二進(jìn)制代碼。（2）求歸零邏輯，即求同步清零端或置數(shù)控制端信號的邏輯表達(dá)式。（3）畫連線圖。（1）寫出狀態(tài)SN的二進(jìn)制代碼。（2）求歸零邏輯，即求異步清零端或置數(shù)控制端信號的邏輯表達(dá)式。（3）畫連線圖。4.實現(xiàn)N進(jìn)制計數(shù)器的方法。注：集成計數(shù)器74LS161和74LS163的區(qū)別。74LS161清零采用異步方式、置數(shù)采用同步方式；74LS163清零、置數(shù)均采用同步方式。用74LS161來構(gòu)成一個十二進(jìn)制計數(shù)器。SN＝S12＝1100例D0～D3可隨意處理D0～D3必須都接0SN-1＝S11＝1011用74LS163來構(gòu)成一個十二進(jìn)制計數(shù)器。（1）寫出狀態(tài)SN-1的二進(jìn)制代碼。（3）畫連線圖。SN-1＝S12-1＝S11＝1011（2）求歸零邏輯。例D0～D3可隨意處理D0～D3必須都接0

[例2]

用兩片CT74LS161構(gòu)成8位二進(jìn)制(256進(jìn)制)同步計數(shù)器。當(dāng)計至“15”時，CO低

=1，允許高位片計數(shù)，這樣，第16個脈沖來時，低位片返回“0”，而高位片計數(shù)一次。在低位片計至“15”之前，CO低

=0，禁止高位片計數(shù)；每逢16的整數(shù)倍個脈沖來時，低位片均返回“0”，而高位片計數(shù)一次。因此，實現(xiàn)了8位二進(jìn)制加法計數(shù)。28=256CPCOD0CTTCTPCRLDD1D2D3Q0低Q1低Q2低Q3低11CT74LS161

(低位)1××××COD0CTTCTPCRLDD1D2D3Q0高Q1高Q2高Q3高1CT74LS161

(高位)1××××計數(shù)輸入返回1．工作原理二、十進(jìn)制計數(shù)器按十進(jìn)制計數(shù)進(jìn)位規(guī)律進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)器用二進(jìn)制數(shù)碼表示十進(jìn)制數(shù)的方法，稱為二-十進(jìn)制編碼，簡稱BCD碼。8421碼十進(jìn)制加法計數(shù)器計數(shù)規(guī)律Q0Q1Q2Q3計數(shù)器狀態(tài)計數(shù)順序10019000181110701106101050010411003010021000100001000000返回2．集成十進(jìn)制計數(shù)器芯片介紹CD4518內(nèi)含兩個功能完全相同的十進(jìn)制計數(shù)器。每一計數(shù)器，均有兩時鐘輸入端CP和EN。時鐘上升沿觸發(fā)，CP輸入，EN置高電平；時鐘下降沿觸發(fā)，EN輸入，CP置低電平。CR——清零端，高電平有效特點：時鐘觸發(fā)可用上升沿，也可用下降沿（1）同步十進(jìn)制加法計數(shù)器CD4518返回功能演示輸

入輸

出CRCPEN1×

×全部為00↑

1加計數(shù)0

0↓加計數(shù)0↓

×保持0×

↑0↑00

1↓CD4518集成塊功能表返回[例3]用一片雙BCD同步十進(jìn)制加法計數(shù)器CD4518構(gòu)成二十四進(jìn)制計數(shù)器。個位計數(shù)器計數(shù)到9（1001），下個脈沖信號到達(dá)時，十位計數(shù)器計入1。當(dāng)十位計數(shù)器計數(shù)到2（0010），個位計數(shù)器計數(shù)到4（0100）時，通過與門控制使十位計數(shù)器和個位計數(shù)器同時清零，從而實現(xiàn)二十四進(jìn)制計數(shù)。返回集成十進(jìn)制同步計數(shù)器集成十進(jìn)制同步加法計數(shù)器74160、74162的引腳排列圖、邏輯功能示意圖與74161、74163相同，不同的是，74160和74162是十進(jìn)制同步加法計數(shù)器，而74161和74163是4位二進(jìn)制（16進(jìn)制）同步加法計數(shù)器。此外，74160和74162的區(qū)別是，74160采用的是異步清零方式，而74162采用的是同步清零方式。74190是單時鐘集成十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器，其引腳排列圖和邏輯功能示意圖與74191相同。74192是雙時鐘集成十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器，其引腳排列圖和邏輯功能示意圖與74193相同。4位集成二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器74LS191U/D是加減計數(shù)控制端；CT是使能端；LD是異步置數(shù)控制端；D0～D3是并行數(shù)據(jù)輸入端；Q0～Q3是計數(shù)器狀態(tài)輸出端；CO/BO是進(jìn)位借位信號輸出端；RC是多個芯片級聯(lián)時級間串行計數(shù)使能端，CT＝0，CO/BO＝1時，RC＝CP，由RC端產(chǎn)生的輸出進(jìn)位脈沖的波形與輸入計數(shù)脈沖的波形相同。4位集成二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器74LS193CR是異步清零端，高電平有效；LD是異步置數(shù)端，低電平有效；CPU是加法計數(shù)脈沖輸入端；CPD是減法計數(shù)脈沖輸入端；D0～D3并行數(shù)據(jù)輸入端；Q0～Q3計數(shù)器狀態(tài)輸出端；CO是進(jìn)位脈沖輸出端；BO是借位脈沖輸出端；多個74LS193級聯(lián)時，只要把低位的CO端、BO端分別與高位的CPU、CPD連接起來，各個芯片的CR端連接在一起，LD端連接在一起，就可以了。（2）雙十進(jìn)制計數(shù)器74LS39074LS390具有下降沿觸發(fā)、異步清零、二進(jìn)制、五進(jìn)制、十進(jìn)制計數(shù)等功能74LS390是雙十進(jìn)制計數(shù)器，管腳排列如圖所示，內(nèi)部的每一個十進(jìn)制計數(shù)器的結(jié)構(gòu)由一個二進(jìn)制計數(shù)器和一個五進(jìn)制計數(shù)器構(gòu)成。返回Q0Q1Q2Q3CT74LS290M=5CP0M=2CP1CP0CP1Q0Q1Q2Q3R0AR0BS9AS9B集成異步二-五-十進(jìn)制計數(shù)器CT74LS290R0AR0B異步置0端

(結(jié)構(gòu)圖中未畫出)S9AS9B異步置9端內(nèi)含一個1位二進(jìn)制計數(shù)器和一個五進(jìn)制計數(shù)器。M=2M=5二進(jìn)制計數(shù)器的計數(shù)脈沖輸入端，下降沿觸發(fā)。

二進(jìn)制計數(shù)器輸出端五進(jìn)制計數(shù)器的計數(shù)脈沖輸入端，下降沿觸發(fā)。五進(jìn)制計數(shù)器的輸出端，從高位到低位依次為Q3、Q2、Q1。[知識拓展]常用計數(shù)器的功能及使用返回

①異步置0功能：當(dāng)R0=R0A·R0B=1、S9=S9A·S9B=0

時，計數(shù)器異步置0。CT74LS290的功能

②異步置9功能：當(dāng)S9=S9A·S9B=1、R0=R0A·R0B=0

時，計數(shù)器異步置9。

③計數(shù)功能：當(dāng)R0A·R0B=0且S9A·S9B=0時，在

時鐘下降沿進(jìn)行計數(shù)。計數(shù)00置91001×10置00000×01Q0Q1Q2Q3CPS9A·S9BR0A·R0B說明輸

出輸入××返回集成十進(jìn)制異步計數(shù)器74LS290CT74LS290的基本應(yīng)用Q0Q1Q2Q3CT74LS290CP0CP1R0AR0BS9AS9B輸出計數(shù)輸入1構(gòu)成1位二進(jìn)制計數(shù)器Q0Q1Q2Q3CT74LS290CP0CP1R0AR0BS9AS9B輸出1構(gòu)成異步五進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)輸入什么功能？什么功能？返回輸出從高位到低位依次為Q3、Q2、Q1、Q0Q0Q1Q2Q3CT74LS290CP0CP1R0AR0BS9AS9B計數(shù)輸入應(yīng)用：思考下列接法構(gòu)成什么電路？返回由上述工作波形可見，該電路構(gòu)成8421BCD碼加法計數(shù)器。Q3Q0Q1Q2CP1245678910310001011000112345要畫滿一個計數(shù)周期！設(shè)計數(shù)器初態(tài)為0000。000工作波形

Q0

為模2計數(shù)器輸出端，因此來一個CP翻轉(zhuǎn)一次。

Q3Q2Q1

為對Q0

進(jìn)行五進(jìn)制計數(shù)的輸出端。Q0Q1Q2Q3CT74LS290CP0CP1R0AR0BS9AS9B返回練一練試用一片雙BCD同步十進(jìn)制加法計數(shù)器CD4518構(gòu)成六十進(jìn)制計數(shù)器，返回[技能訓(xùn)練]計數(shù)、譯碼和顯示電路綜合應(yīng)用訓(xùn)練要求（1）識別中規(guī)模集成計數(shù)器的功能，管腳分布。（2）完成集成計數(shù)器74LS161的邏輯功能測試。（3）完成集成計數(shù)器74LS390的邏輯功能測試。（4）完成用74LS161構(gòu)成五進(jìn)制計數(shù)器的電路設(shè)計及功能測試。（5）完成用74LS390構(gòu)成二十四進(jìn)制計數(shù)器的電路設(shè)計及功能測試。（6）完成計數(shù)、譯碼和顯示電路的測試。返回目標(biāo)及實作條件掌握數(shù)字電路實驗裝置的結(jié)構(gòu)與使用方法。熟悉中規(guī)模集成計數(shù)器的邏輯功能及使用方法。熟悉中規(guī)模集成譯碼器及數(shù)字顯示器件的邏輯功能。掌握集成計數(shù)器邏輯功能測試。掌握任意進(jìn)制計數(shù)器的設(shè)計方法及功能測試。掌握計數(shù)、譯碼、顯示電路綜合應(yīng)用的方法。知識與技能目標(biāo)設(shè)備與器件設(shè)備：數(shù)字電路實驗裝置1臺器件：74LS161、74LS00、74LS390、74LS08各一片74LS48、共陰極LED數(shù)碼管

各兩片返回

內(nèi)容及步驟1．測試74LS161的邏輯功能并構(gòu)成五進(jìn)制計數(shù)器用74LS161構(gòu)成五進(jìn)制計數(shù)器74LS161功能測試圖返回2．測試74LS390的邏輯功能。參考74LS161功能測試圖，自己畫出74LS390的功能測試接線圖，分別完成74LS390的二進(jìn)制、五進(jìn)制、十進(jìn)制計數(shù)等功能測試。提示3．用74LS390構(gòu)成二十四進(jìn)制計數(shù)器。返回4．計數(shù)、譯碼和顯示電路綜合應(yīng)用。返回[知識鏈接2]數(shù)字電子鐘的電路組成與工作原理秒脈沖發(fā)生器六十進(jìn)制“秒”、“分”計數(shù)器、二十四進(jìn)制“時”計數(shù)器時、分、秒譯碼顯示電路校時電路報時電路返回秒脈沖發(fā)生器返回秒脈沖發(fā)生器電路圖CMOS石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生f=32768Hz的基準(zhǔn)信號，經(jīng)T/觸發(fā)器構(gòu)成的15級異步計數(shù)器分頻后，便可得到穩(wěn)定度極高的秒信號。這種秒脈沖發(fā)生器可做為各種計時系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號源。返回秒脈沖發(fā)生器原理CD4060的功能表RCP功能1×清零0↑不變0↓計數(shù)Q14=21，Q13=22……返回

14

13

12

11

10

9

874LS74

1

2

3

4

5

6

7VCC2RD

2D

2CP

2SD

2Q

2Q1RD

1D

1CP

1SD

1Q

1QGND

想一想：1、如何連接？2、檢測方法？返回任務(wù)：1.查找CD4518的管腳說明及功能表2.弄清其使用方法，并用來構(gòu)成六十進(jìn)制、二十四進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)器返回CD4518結(jié)構(gòu)功能圖及管腳圖返回abcdefgdpabcdef

gGNDGNDdp譯碼顯示電路注意：哪個腳是計數(shù)器的高位。返回74LS48的管腳排列圖燈測試輸入：=0時，數(shù)碼管的七段同時點亮，以檢查該數(shù)碼管各段能否正常發(fā)光。平時應(yīng)置為高電平。滅零輸入：主要用來熄滅不希望顯示的零。如0013.2300，顯然前兩個零和后兩個零均無效，則可使用使之熄滅，顯示13.23。

雙重功能的端子，既可作為輸入信號又可以作為輸出信號。作為輸入端使用時，稱滅燈輸入控制端。只要=0，數(shù)碼管各段同時熄滅。作為輸出端使用時，稱滅零輸出端。在A3=A2=A1=A0=0，而且有滅零輸入信號（=0）時。才會輸出低電平，表示譯碼器把不希望顯示的零熄滅了。返回“秒”校時采用等待校時法。正常工作，S1撥向VDD。校對時，S1接地，暫停秒計時。標(biāo)準(zhǔn)時間一到，立即將S1撥回VDD位置?！胺帧焙汀皶r”校時采用加速校時法。正常工作，S2或S3接地。校對時，將S2、S3撥向VDD位置，讓“分”、“時”計數(shù)器以秒節(jié)奏快速計數(shù)。待標(biāo)準(zhǔn)時刻一到，立即將S2、S3撥回接地位置。注意：1、開關(guān)的接法2、與計數(shù)器的接口校時電路返回在59分51、53、55、57秒時鳴叫四聲低音，在59分59秒時鳴叫一聲高音。整點報時電路返回當(dāng)分、秒計數(shù)器計到59分51秒時開始鳴叫報時

QD4QC4QB4QA4=0101--分QD3QC3QB3QA3=1001--分QD2QC2QB2QA2=0101—秒QD1QC1QB1QA1=0001—秒

0011010101111001QC4=QA4=QD3=QA3=QC2=QA2=QA1=1在51、53、55和57秒時，揚(yáng)聲器以512Hz音頻鳴叫四次在59秒時，揚(yáng)聲器以1024kHz高音頻鳴叫最后一響注意：與CD4060的接口返回工作任務(wù)返