數(shù)字鐘電路的分析與設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)目目 錄錄標(biāo)題標(biāo)題.1引言引言.1一一、電路原理設(shè)計(jì)電路原理設(shè)計(jì).11.1 總體方案設(shè)計(jì).21.2 數(shù)字鐘的組成原理圖.31.3 主干電路設(shè)計(jì). 31.3.1 振蕩器電路的設(shè)計(jì). 31.3.2 時(shí)間計(jì)數(shù)器電路的設(shè)計(jì). 41.3.3 譯碼驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì). 41.3.4 分頻電路的設(shè)計(jì). 51.4 擴(kuò)展電路設(shè)計(jì). 61.4.1 校時(shí)電路的設(shè)計(jì). 6二二、基于基于 MULTISIM 的電路仿真的電路仿真.72.1 主干電路的仿真.8三三、系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析.83.1 單元電路設(shè)計(jì)和器件選擇.83.1.1 定時(shí)器.83.1.2 計(jì)數(shù)器.103.1.3 譯碼顯示.113.2 工作原理.12

2、3.3 電路原理總圖.12結(jié)論結(jié)論.13致謝致謝.13參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).14附錄附錄.15數(shù)字鐘電路的分析與設(shè)計(jì)數(shù)字鐘電路的分析與設(shè)計(jì)摘要摘要數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)” ， “分” ， “秒”的數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。本系統(tǒng)由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、LED 顯示器和校時(shí)電路組成，采用 74LS 系列（雙列直插式）中小規(guī)模集成芯片?？傮w方案設(shè)計(jì)由主體電路和擴(kuò)展電路兩大部分組成。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，擴(kuò)展電路完成數(shù)字鐘的擴(kuò)展功能，進(jìn)行了各單元的設(shè)計(jì)，總體調(diào)試，以實(shí)現(xiàn)它的計(jì)時(shí)周期為 24 小時(shí)，顯示滿刻度為 23 時(shí) 59 分 59 秒。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：振蕩器 分頻器 計(jì)數(shù)器

3、譯碼器 LED 顯示器 引言引言數(shù)字鐘是用數(shù)字集成電路做成的現(xiàn)代計(jì)時(shí)器，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀(有熒光七段數(shù)碼顯示器)、無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)。而且鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(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(kāi)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。所有這些都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘的應(yīng)用原理及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。一、電路原理設(shè)計(jì)一、電路原理設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時(shí)電路組成。由 LED 七段數(shù)碼管來(lái)顯示譯碼器

4、所輸出的信號(hào)。采用了 74LS 系列中小規(guī)模集成芯片?？傮w方案設(shè)計(jì)由主體電路和擴(kuò)展電路兩大部分組成。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，擴(kuò)展電路完成數(shù)字鐘的擴(kuò)展功能?？傮w的設(shè)計(jì)方案如下。1.1 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器,“時(shí)” ， “分” ， “秒”計(jì)數(shù)器和定時(shí)器組成。干電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器“時(shí)” 、 “分” 、 “秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器電路組成。方案一：首先構(gòu)成一個(gè)CB555定時(shí)器和分頻器產(chǎn)生震蕩周期為一秒的標(biāo)準(zhǔn)“秒”脈沖信號(hào)，由74LS160采用清零法分別組成六十進(jìn)制的“秒”計(jì)數(shù)器、六十進(jìn)制“分”計(jì)數(shù)器、24進(jìn)制“時(shí)”計(jì)數(shù)器。清零法適用于有異步置零輸

5、入端的集成計(jì)數(shù)器。原理是不管輸出處于哪種狀態(tài)，只要在清零輸入端加一個(gè)有效電平電壓，輸出會(huì)立即從那個(gè)狀態(tài)回到“0000”狀態(tài)。清零信號(hào)消失后，計(jì)數(shù)器又可以從“0000”狀態(tài)開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。使用CB555定時(shí)器的輸出作為“秒”計(jì)數(shù)器的CP脈沖，把秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出作為“分”計(jì)數(shù)器地CP脈沖，分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出作為“時(shí)”計(jì)數(shù)器的CP脈沖。使用74LS48為驅(qū)動(dòng)器，共陰極七段數(shù)碼管作為顯示器。方案二：首先構(gòu)成一個(gè)CB555定時(shí)器和分頻器產(chǎn)生震蕩周期為一秒的標(biāo)準(zhǔn)“秒”脈沖信號(hào)，由74LS160采用置數(shù)法分別組成六十進(jìn)制的“秒”計(jì)數(shù)器、六十進(jìn)制“分”計(jì)數(shù)器，24進(jìn)制“時(shí)”計(jì)數(shù)器。置數(shù)法適用于具有預(yù)置數(shù)功能的

6、集成計(jì)數(shù)器。對(duì)于就有預(yù)置數(shù)功能的計(jì)數(shù)器而言，在其計(jì)數(shù)過(guò)程中可以將它輸出的任意一個(gè)狀態(tài)通過(guò)譯碼，產(chǎn)生一個(gè)預(yù)置數(shù)控制信號(hào)反饋至預(yù)置數(shù)控制端，在下一個(gè)CP脈沖作用后，計(jì)數(shù)器會(huì)把預(yù)置數(shù)輸入端A、B、C、D的狀態(tài)置入輸出端。預(yù)置數(shù)控制信號(hào)消失后，計(jì)數(shù)器就從被置入的狀態(tài)開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。使用CB555定時(shí)器的輸出作為“秒”計(jì)數(shù)器的CP脈沖，把“秒”計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出作為“分”計(jì)數(shù)器的CP脈沖， “分”計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出作為“時(shí)”計(jì)數(shù)器的CP脈沖。使用74LS48為驅(qū)動(dòng)器，共陰極七段數(shù)碼管作為顯示器。方案一和方案二的設(shè)計(jì)都很正確，但是方案二在60進(jìn)制計(jì)數(shù)器上采用的是置數(shù)法，比方案一效果要好。因?yàn)榍辶惴ㄔ谟?jì)數(shù)進(jìn)位上不

7、穩(wěn)定，需要加一個(gè)觸發(fā)器，效果才比較好，但是本著設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，效果穩(wěn)定的前提下采用方案二。通過(guò)數(shù)字鐘方框圖和原理圖可以看出，秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)，在此我們用555定時(shí)器加分頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。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。 “分”計(jì)數(shù)器也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，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24進(jìn)制計(jì)時(shí)器。譯碼顯示電路將“時(shí)” 、 “分” 、 “秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)送到七段顯示譯碼器

8、譯碼，通過(guò)七位LED七段顯示器顯示出來(lái)。1.2 數(shù)字鐘的組成原理圖數(shù)字鐘的組成原理圖數(shù)字鐘的原理框圖如圖 1-1 所示，它是由振蕩器、分頻器、計(jì)秒電路、計(jì)分電路、計(jì)時(shí)電路、譯碼顯示電路等組成。工作時(shí) 555 定時(shí)器組成的電路產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò) 3 次分頻，得到“秒”脈沖信號(hào)，并送至計(jì)秒電路；當(dāng)計(jì)秒電路滿 60 時(shí)，輸出秒進(jìn)位信號(hào)，送計(jì)分電路；當(dāng)計(jì)分電路滿 60 時(shí)，輸出分進(jìn)位信號(hào)，送計(jì)時(shí)電路；當(dāng)計(jì)時(shí)電路滿24 時(shí)， “時(shí)” 、 “分” 、 “秒”計(jì)數(shù)器同時(shí)自動(dòng)清零。時(shí)顯示器分顯示器秒顯示器時(shí)譯碼器分譯碼器秒譯碼器時(shí)計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器校時(shí)電路振 蕩 器分頻器圖 1-1 數(shù)字鐘方框圖1.

9、3 主干電路的設(shè)計(jì)主干電路的設(shè)計(jì)1.3.1 振蕩器振蕩器是數(shù)字鐘的心臟，它的作用是產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。數(shù)字鐘的精度就主要取決于時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的頻率和穩(wěn)定度。振蕩器可由晶振組成，也可以由555定時(shí)器組成。圖1-2是由555定時(shí)器構(gòu)成的1kHz的自激振蕩器，計(jì)時(shí)是1Hz的脈沖才是1s計(jì)一次數(shù)，所以需要分頻才能得到1Hz的脈沖。圖 1-2 555 定時(shí)器產(chǎn)生頻率為 1KHZ 信號(hào)的電路1.3.2 時(shí)間計(jì)數(shù)器電路 時(shí)間計(jì)數(shù)器電路由秒個(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)器均為 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為

10、 24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。1.3.2.1 秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)秒信號(hào)發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了時(shí)信號(hào)發(fā)生器和分信號(hào)發(fā)生器的精度。 “秒”計(jì)數(shù)器為 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。60 進(jìn)制可通過(guò)十進(jìn)制和六進(jìn)制串聯(lián)而成，從而完成數(shù)碼顯示。因?yàn)橥郊臃ㄓ?jì)數(shù)器 74LS160 可構(gòu)成 10 進(jìn)制以下的計(jì)數(shù)器，所以此電路中秒的計(jì)時(shí)采用 74LS160 來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.3.2.2 分計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)“分”計(jì)數(shù)器也是 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。同“秒”計(jì)數(shù)器一樣是由 74LS160 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)構(gòu)成。1.3.2.3 時(shí)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器是 24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器?？紤]到器件的統(tǒng)一能增強(qiáng)調(diào)試的成功性，同樣采用兩片74LS160

11、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生計(jì)數(shù)和進(jìn)位.1.3.3 譯碼驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)譯碼驅(qū)動(dòng)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)，并且為七段數(shù)碼管的正常工作提供足夠的工作電流。譯碼電路的功能是將“秒” 、 “分” 、 “時(shí)”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行編譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動(dòng) LED 七段數(shù)碼顯示常用的有74LS48。74LS48 是 BCD-7 段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，其輸出是 OC 門(mén)輸出且高電平有效，專用于驅(qū)動(dòng) LED 七段共陰極顯示數(shù)碼管。由 74LS48 和 LED 七段共陰極數(shù)碼管組成一位數(shù)碼顯示電路。若將“秒” 、 “分” 、 “時(shí)”計(jì)數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可

12、進(jìn)行不同數(shù)字顯示。在譯碼器輸出與數(shù)碼管之間串聯(lián)的 R 為限流電阻。當(dāng)數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)器在 CP 脈沖的作用下，就應(yīng)將其狀態(tài)顯示成清晰的數(shù)字符號(hào)，需要將計(jì)數(shù)器的狀態(tài)進(jìn)行譯碼并將其顯示出來(lái)。選用的計(jì)數(shù)器全部是二十進(jìn)制集成片， “秒” ， “分” ，“時(shí)”的個(gè)位和十位的狀態(tài)分別由集成片中的四個(gè)觸發(fā)器的輸出狀態(tài)反映。每組輸出的計(jì)數(shù)狀態(tài)都按 BCD 代碼以高低電平來(lái)表現(xiàn)。因此，需要經(jīng)過(guò)譯碼電路將計(jì)數(shù)器輸出的BCD 代碼變成能驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼顯示器的工作信號(hào)。將計(jì)數(shù)器和譯碼顯示器連在一起。其電路連接圖如圖 1-3 所示。BI/RBO4RBI5LT3A7B1C2D6a13b12c11d10e9f15g14U174L

13、S48abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpU2+5圖 1-3 譯碼顯示電路1.3.4 分頻電路的設(shè)計(jì)分頻器的主要功能是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)“秒”脈沖信號(hào)，選用中規(guī)模計(jì)數(shù)器 74LS90 就可以實(shí)現(xiàn)上述功能。該芯片內(nèi)部有一個(gè) 2 分頻和一個(gè) 5 分頻器，要實(shí)現(xiàn) 10 分頻就得將中規(guī)模計(jì)數(shù)器 74LS90 的 QA端和其輸入端 INA 相連，即可實(shí)現(xiàn)十分之一分頻。將 3 片這樣連接的74LS90 級(jí)聯(lián)，因?yàn)槊科瑸槭种环诸l器，3 片級(jí)聯(lián)就正好得到 1Hz 的標(biāo)準(zhǔn)“秒”脈沖信號(hào)。具體電路如圖 1-4。圖 1-4 分頻電路1.4 擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)1.4.1 校時(shí)電路當(dāng)時(shí)鐘指示不

14、準(zhǔn)或停擺時(shí)，就需要校準(zhǔn)時(shí)間。校準(zhǔn)的方法很多，但對(duì)校時(shí)電路的要求是，在進(jìn)行小時(shí)校正時(shí)不影響“分”和“秒”計(jì)數(shù)器的正常計(jì)數(shù)，最常用的有“快速校時(shí)法” 。校正電路如圖 1-5 所示。該電路由 4 個(gè)與非門(mén)和 3 個(gè)開(kāi)關(guān)組成。其中與非門(mén) G1和 G2組成 R-S 觸發(fā)器，是用來(lái)防止開(kāi)關(guān)抖動(dòng)的。與非門(mén) G3和 G4分別接到時(shí)個(gè)位進(jìn)位端和分個(gè)位進(jìn)位端。開(kāi)關(guān) K1、K2分別是時(shí)校正、分校正開(kāi)關(guān)。當(dāng)不校正時(shí)開(kāi)關(guān) K1、K2都處于閉合狀態(tài)。當(dāng)校正時(shí)位時(shí)，需要把開(kāi)關(guān) K1打開(kāi)，然后用手撥動(dòng)開(kāi)關(guān) K3，來(lái)回?fù)軇?dòng)一次，就能使時(shí)個(gè)位上的顯示增加“1” ，根據(jù)需要去撥動(dòng)開(kāi)關(guān)的次數(shù)，校正完畢后把 K1開(kāi)關(guān)閉合。?！胺帧蔽缓?/p>

15、?！皶r(shí)”位的方法一樣。圖 1-5 校時(shí)電路二、基于二、基于 MultisimMultisim 的電路仿真的電路仿真 在當(dāng)今電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，EDA 設(shè)計(jì)和仿真是一個(gè)十分重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在眾多的EDA 設(shè)計(jì)和仿真軟件中，Multisim 以其強(qiáng)大的仿真設(shè)計(jì)應(yīng)用功能，在各高校電信類專業(yè)電子電路的仿真和設(shè)計(jì)中得到了較廣泛的應(yīng)用。Multisim 及其相關(guān)庫(kù)包的應(yīng)用對(duì)提高學(xué)生的仿真設(shè)計(jì)能力，更新設(shè)計(jì)理念有較大的好處。Multisim 是 Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows 為基礎(chǔ)的電路仿真工具，適用于板級(jí)的

16、模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。它的前身 EWB（電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)）軟件，最突出的特點(diǎn)是用戶界面友好，各類器件和集成芯片豐富，尤其是其直觀的虛擬儀表是 Multisim 的一大特色。Multisim 所包含的虛擬儀表有：示波器，萬(wàn)用表，函數(shù)發(fā)生器，波特圖圖示儀，失真度分析儀，頻譜分析儀，邏輯分析儀，網(wǎng)絡(luò)分析儀等。而通常一個(gè)普通實(shí)驗(yàn)室是無(wú)法完全提供這些設(shè)備的。這些儀器的使用使仿真分析的操作更符合平時(shí)實(shí)驗(yàn)的習(xí)慣。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)首先應(yīng)用 Multisim 對(duì)所設(shè)計(jì)的電路圖進(jìn)行仿真修改，在保證電路無(wú)誤的情況下搭建實(shí)際數(shù)字鐘電路。2.

17、1 主干電路的仿真主干電路的仿真一個(gè)完整的數(shù)字電子鐘有主電路和擴(kuò)展電路組成。其主要功能是在接入電源時(shí)能正確的顯示時(shí)、分、秒。由于 Multisim 是慢掃描，所以在給電路加“秒”脈沖時(shí)為了達(dá)到實(shí)際電子鐘的走時(shí)效果，將用 1kHz 代替 1Hz。而分頻器的效果可以通過(guò)在分頻器電路的各輸出端接一示波器看波形的變化。具體的仿真效果如圖 2-1。圖 2-1 主干電路仿真效果圖三、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)三、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)3.1 單元電路設(shè)計(jì)和器件選擇單元電路設(shè)計(jì)和器件選擇3.1.1 定時(shí)器定時(shí)器采用555定時(shí)器，它是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應(yīng)用十分廣泛。它是一種產(chǎn)生時(shí)間延遲和多種脈沖信號(hào)的電路，由

18、于內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個(gè)5K電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極性和CMOS型兩大類，二者的結(jié)構(gòu)和工作原理類似。二者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。其中雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后數(shù)碼為555，CMOS型產(chǎn)品型號(hào)最后數(shù)碼為7555。其內(nèi)部原理圖如圖3-1。為了提高電路的帶負(fù)載能力，還在輸出端設(shè)置了緩沖器G4。如果將3端經(jīng)過(guò)電阻接到電源上，那么只要這個(gè)電阻的阻值足夠大，3端電壓為高電平時(shí)4端電壓也一定為高電平，4端電壓為低電平時(shí)3端電壓也一定為低電平。555定時(shí)器能在很寬的電源電壓范圍內(nèi)工作，并可承受較大的負(fù)載電流。雙極性555定時(shí)器的電源電壓范圍為516 V，最大的負(fù)載電流達(dá)200mA。CM

19、OS型7555定時(shí)器的電源電壓范圍為318 V，但最大負(fù)載電流在4mA以下。使VC1和VC2的低電平信號(hào)為輸入電壓信號(hào)的不同電平，那么輸出與輸入之間的關(guān)系將為施密特觸發(fā)特性；如果在Vi2加上一個(gè)低電平觸發(fā)信號(hào)以后，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間能在VC1端自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)，就可以得到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；如果能使VC1和VC2的低電平信號(hào)交替地反復(fù)出現(xiàn)，就可以得到多諧振蕩器。圖 3-1555定時(shí)器內(nèi)部原理圖表 3-1 CB555的功能表輸 入輸 出RDVi1Vi2V0TD狀態(tài)0XX低導(dǎo)通12/3Vcc1/3Vc低導(dǎo)通11/3Vc不變不變12/3Vcc2/3Vcc1/3Vc高截止3.1.2 計(jì)數(shù)器 (1) 60進(jìn)

20、制計(jì)數(shù)器在數(shù)字鐘的控制電路中，分和秒的控制都是一樣的，都是60進(jìn)制，都是由一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器串聯(lián)而成的，在電路的設(shè)計(jì)中我采用的是統(tǒng)一的器件74LS160的反饋置數(shù)法來(lái)實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制功能和六進(jìn)制功能。圖3-2是用74LS160構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)74LS160的結(jié)構(gòu)把輸出端的0101（十進(jìn)制為5）用一個(gè)與非門(mén)74LS00引到Load端便可置0，這樣就實(shí)現(xiàn)了六進(jìn)制計(jì)數(shù)。在分和秒的進(jìn)位時(shí)，用秒計(jì)數(shù)器的Load端接分計(jì)數(shù)器的CLK控制時(shí)鐘脈沖，脈沖在下降沿來(lái)時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。圖 3-274LS160構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器(2) 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器數(shù)字鐘的小時(shí)要用到 3 進(jìn)制，要用到十進(jìn)制，

21、并且在計(jì)數(shù)到 24 時(shí)要清零，所以不能用單純的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)計(jì)到 24 時(shí)，即顯示的十位為 2 和個(gè)位為 3 時(shí)就要清零，這自然就要想到用與非門(mén)和非門(mén)反饋接到清零或置數(shù)端來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖 3-4圖 3-4 控制小時(shí)顯示的電路圖3.1.3 譯碼顯示器 譯碼顯示器電路由共陰極譯碼器74LS48和七段數(shù)碼管LED組成。其真值表如表3-2。表 3-2 74LS48BCD七段譯碼驅(qū)動(dòng)器真值表74LS48 引腳功能-七段譯碼驅(qū)動(dòng)器真值表輸 入輸 出十進(jìn)制數(shù)LTRBIABCDBT/RB0abcdefg0H/0000H11111111H/0001H01100002H/0010H11011013H/0011H

22、11110014H/0100H01100115H/0101H10110116H/0110H00111117H/0111H11100008H/1000H11111119H/1001H1110011字符顯示器：分段式顯示是將字符由分布在同一平面上的若干段發(fā)光筆劃組成。電子計(jì)算器，數(shù)字萬(wàn)用表等顯示器都是顯示分段式數(shù)字。而LED數(shù)碼顯示器是最常見(jiàn)的，通常有紅、綠、黃等顏色。LED的死區(qū)電壓較高，工作電壓大約1.53V，驅(qū)動(dòng)電流為幾十毫安。74LS48譯碼驅(qū)動(dòng)器輸出是高電平有效，所以配接的數(shù)碼管必須采用共陰極接法，數(shù)碼管的兩個(gè)“S”引腳均接地。而74LS47譯碼驅(qū)動(dòng)器是低電平有效，所以配接的數(shù)碼管必須采

23、用共陽(yáng)極接法。共陰極數(shù)碼管常用型號(hào)有BS201、BS202等。本試驗(yàn)主要采用共陰極數(shù)碼管。圖3-5是共陰極式LED數(shù)碼管的原理圖，使用時(shí)公共陰極接地，使每個(gè)發(fā)光二極管都處于導(dǎo)通狀態(tài)，而且這7個(gè)發(fā)光二極管a到g分別由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來(lái)驅(qū)動(dòng)。D1LE DD2LE DD4LE DD3LE DD5LE DD6LE DD7LE DD8LE D710985423圖 3-5 共陰極LED數(shù)碼管的原理圖3.2 工作原理工作原理 一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路系統(tǒng)主要有“秒”信號(hào)發(fā)生器、 “時(shí)” 、 “分” 、 “秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器電路組成。 “秒”信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，在此用555定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

24、將555定時(shí)器與電阻、電容按照555定時(shí)器構(gòu)成振蕩器(圖1-2)的接線，組成一個(gè)輸出1kHz的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)三分頻后產(chǎn)生頻率為1Hz的標(biāo)準(zhǔn)“秒”脈沖信號(hào)，將該標(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)法，其是由2片74LS160采用反饋置數(shù)法串聯(lián)而成，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)分脈沖信號(hào)。從“秒”計(jì)數(shù)器輸出的該信號(hào)將被送到 “分”計(jì)數(shù)器。 “分” 計(jì)數(shù)器也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)法，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)時(shí)脈沖信號(hào)，此計(jì)數(shù)原理與“秒”計(jì)數(shù)器完全相同。從“分”計(jì)數(shù)器輸出的該信號(hào)將被送到“時(shí)”計(jì)數(shù)器。 “時(shí)”計(jì)數(shù)器采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器。譯碼顯示電路將“時(shí)” 、 “分” 、 “秒”計(jì)數(shù)器的輸出

25、狀態(tài)送到74LS48譯碼器進(jìn)行譯碼然后將其輸出接到七段顯示器上，通過(guò)LED七段顯示器顯示出來(lái)。只要按照?qǐng)D1-3接好電路圖，輸出的數(shù)碼即可在數(shù)碼管中對(duì)應(yīng)顯示。3.3 電路原理總圖電路原理總圖數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)總電路圖見(jiàn)附錄。結(jié)論結(jié)論隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)時(shí)間計(jì)量的精確度要求越來(lái)越高。數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時(shí)、譯碼 ，代替機(jī)械式傳動(dòng)，用 LED 顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間減小了計(jì)時(shí)誤差，這種表具有時(shí)、分、秒顯示時(shí)間的功能，還可以進(jìn)行時(shí)和分的校對(duì)。片選的靈活性好。具有廣闊的應(yīng)用前景。致謝致謝經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的精心設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)也即將完成。值此成文之際，特向我的導(dǎo)師孔維成老師和李悅老師表示衷心的感謝，并致以崇高的敬意。幾個(gè)月以來(lái)，孔老師和李老師不但在設(shè)計(jì)上給予了我很大的幫助，提供了許多有關(guān)的資料及建議，而且也為我以后要走的路提供了指導(dǎo)，耐心地替我作了分析，并教了許多為人處事的