《電子技術(shù)及應用》課件項目十一

項目十一帶有校時功能的數(shù)字鐘數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對“時、分、秒”數(shù)字顯示的計時裝置，廣泛用于車站、碼頭、辦公室等公共場所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?。由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用，使得數(shù)字鐘的精度遠遠超過老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備，甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非常現(xiàn)實的意義。一、設(shè)計任務

本項目要求學生以中規(guī)模數(shù)字集成電路為主，設(shè)計并制作一個帶有校時功能的精密數(shù)字鐘。

二、設(shè)計目的

(1)熟悉集成電路芯片的引腳安排；

(2)掌握各芯片的邏輯功能及使用方法；

(3)了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法；

(4)了解數(shù)字鐘的組成及工作原理；

(5)熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計與制作；

(6)熟悉電子電路的焊接制作過程。三、設(shè)計要求

(1)設(shè)計一個數(shù)字鐘，有“時”、“分”、“秒”十進制數(shù)顯示，“秒”信號同時驅(qū)動發(fā)光二極管，成為將“時”、“分”、“秒”顯示隔開的小數(shù)點。顯示情況如圖11-1-1所示。

圖11-1-1數(shù)字鐘顯示情況

(2)計時以一晝夜24小時為一個周期，計時到24小時自動清零。

(3)具有校時電路。任何時間可對數(shù)字鐘進行校時，將其撥至標準時間或其他需要的時間。

(4)畫出框圖和邏輯電路圖，寫出設(shè)計、實驗總結(jié)報告。四、設(shè)計框圖

圖11-1-2所示為數(shù)字鐘設(shè)計框圖。圖11-1-2數(shù)字鐘設(shè)計框圖五、設(shè)計內(nèi)容

(一)標準時間源產(chǎn)生電路

1．示例方案

標準時間源產(chǎn)生的秒脈沖是計時的基準信號，要求有高的穩(wěn)定度，通常應由晶體穩(wěn)頻振蕩器產(chǎn)生。為了簡便起見，也可由555定時器構(gòu)成多諧振蕩器來完成。圖11-1-3所示為標準時間源產(chǎn)生電路。該555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的振蕩周期為T=0.7(R1+2R2)C，可通過調(diào)節(jié)電位器Rp的阻值，產(chǎn)生振蕩周期為1s的周期性脈沖信號，作為數(shù)字鐘的標準時間源。圖11-1-3標準時間源產(chǎn)生電路

2．設(shè)計方案

石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易調(diào)整。如果精度要求不高，可采用集成電路555定時器與RC組成的多諧振蕩器。由于石英晶體振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒脈沖，需要用分頻電路。例如，振蕩器輸出4Hz信號，通過D觸發(fā)器(74LS74)進行四分頻變成1Hz，然后再送到后續(xù)的十分頻計數(shù)器等。

要求設(shè)計由石英晶體振蕩器和分頻器構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器(標準時間源產(chǎn)生電路)。

參考元件：CD4060，CD4063。

(二)以24h為周期的計數(shù)、譯碼、顯示電路

1．示例方案

秒和分的計數(shù)器分別用2片74LS161構(gòu)成的六十進制加法計數(shù)器串接而成。它們的個位為十進制，十位為六進制計數(shù)器，個位計數(shù)器的輸出經(jīng)過處理后送至十位計數(shù)器作為時鐘信號，計到60時通過同步置數(shù)清零。時計數(shù)器也是用2片74LS161構(gòu)成的2位加法計數(shù)器，其模為24。當計數(shù)器計到24h時，時、分、秒全部清零。我們設(shè)計電路時，希望所用的計數(shù)器能在達到要求的功能的同時，具有最簡單的線路連接、盡可能低的成本以及靈活通用等優(yōu)點。因此本方案采用了一些數(shù)字電子技術(shù)教材中常見的4位同步二進制加法計數(shù)器74LS161來構(gòu)成電路的計數(shù)部分，各用2片74LS161分別構(gòu)成秒、分、時計數(shù)。

第(1)、(2)兩片74LS161組成六十進制的秒計數(shù)器。第(1)片是個位，接成十進制，它的Q1和Q4的輸出經(jīng)過與非門G1后接至第(2)片(十位)的CP輸入端。十位采用同步置數(shù)法接成六進制。十位片的進位輸出取自門電路G2的輸出。

當十位計數(shù)器計成5以后門G2輸出低電平，使LD=0，處于預置數(shù)工作狀態(tài)。當?shù)?個來自個位的進位脈沖到達時，計數(shù)器被置成Q4Q3Q2Q1=D4D3D2D1=0000狀態(tài)，同時G2的輸出跳變成高電平，使分計時器個位計入1個“1”。第(3)、(4)片74LS161組成六十進制的分計數(shù)器，它的接法與秒計數(shù)器完全相同。

第(5)、(6)片74LS161組成時計數(shù)器，其中個位仍接為十進制計數(shù)器，以它的進位輸出信號作為十位的脈沖。當計到24時(個位為4，十位為2)，門電路G6輸出變成低電平，使6片74LS16的R0為低電平，6片計數(shù)器立即被置成0000。

譯碼器由6片74LS47組成，每1片74LS47驅(qū)動1只數(shù)碼管，顯示時、分、秒。由于7447是以低電平為輸出信號的，所以顯示的數(shù)碼管應該配共陽極接法的七段數(shù)碼管。

2．設(shè)計方案

石英振蕩器與分頻電路產(chǎn)生的秒脈沖信號送入計數(shù)器，計數(shù)結(jié)果通過“時”、“分”、“秒”譯碼電路后顯示時間。譯碼是將給定的代碼進行翻譯。計數(shù)器采用的碼制不同，譯碼電路也不同。顯示電路采用7段LED顯示器顯示譯碼電路輸出的數(shù)字，顯示器有共陽極和共陰極兩種。使用CD4518、CD4511、LED顯示器、門電路、二極管、電阻等元器件設(shè)計完成電路，并加秒點顯示。(芯片管腳表見附錄三)

(三)數(shù)字鐘的時、分、秒快速校驗電路

1．示例方案

將秒、分、時3個計數(shù)器的串行計時方式改為并行校時計數(shù)方式，也就是將秒信號并行送到3個計數(shù)器，使時、分計數(shù)器快速計到需要的數(shù)值，然后再恢復到串行計時方式。

具體方式是：設(shè)置兩個控制開關(guān)S5和S6，分別控制時和分計數(shù)器校時，其電路如圖11-1-4所示。當S5和S6接到計時時，并行信號斷開，串行計時；當S5和S6接到校時時，秒計數(shù)器保持，停止計數(shù)，此時時和分的脈沖是秒信號，進行快速計數(shù)，達到校時的目的。詳細電路圖見圖11-1-5。圖11-1-4校時電路

2．設(shè)計方案

校時電路要求可以分別調(diào)整“時”、“分”、“秒”的時間,可通過在調(diào)