數(shù)字鐘實(shí)習(xí)報(bào)告

1、數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)報(bào)告 1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸O(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字鐘，可以完成00:00:00到23:59:59的計(jì)時(shí)功能，并在控制電路的作用下具有保持、清零、快速校時(shí)、快速校分、整點(diǎn)報(bào)時(shí)、星期顯示調(diào)節(jié)等功能。2、 方案論證： 如圖為實(shí)驗(yàn)功能方框圖： 數(shù)字計(jì)時(shí)器基本功能是計(jì)時(shí)，因此首先需要獲得具有精確振蕩時(shí)間的脈振信號(hào)，以此作為計(jì)時(shí)電路的時(shí)序基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)中可以使用的振蕩頻率源為48MHZ，通過(guò)分頻獲得所需脈沖頻率（1Hz,1KHz,2KHz）。為產(chǎn)生秒位，設(shè)計(jì)一個(gè)模60計(jì)數(shù)器，對(duì)1HZ的脈沖進(jìn)行秒計(jì)數(shù)，產(chǎn)生秒位；為產(chǎn)生分位，通過(guò)秒位的進(jìn)位產(chǎn)生分計(jì)數(shù)脈沖，分位也由模60計(jì)數(shù)器構(gòu)成；為產(chǎn)生時(shí)位，用一個(gè)模24計(jì)數(shù)器

2、對(duì)分位的進(jìn)位脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。整個(gè)數(shù)字計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)部分共包括六位：時(shí)十位、時(shí)個(gè)位、分十位、分個(gè)位、秒十位和秒個(gè)位。顯示功能是通過(guò)數(shù)選器、譯碼器、碼轉(zhuǎn)換器和7段顯示管實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中只用一個(gè)譯碼顯示單元，7個(gè)7段碼（6個(gè)用于顯示時(shí)分秒，一個(gè)顯示星期），所以通過(guò)4個(gè)7選一MUX和一個(gè)3-8譯碼器配合，根據(jù)計(jì)數(shù)器的信號(hào)進(jìn)行數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示。清零功能是通過(guò)控制計(jì)數(shù)器清零端的電平高低來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只需使清零開(kāi)關(guān)按下時(shí)各計(jì)數(shù)器的清零端均可靠接入有效電平（本實(shí)驗(yàn)中是低電平），而清零開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)各清零端均接入無(wú)效電平即可。校分校時(shí)功能由防抖動(dòng)開(kāi)關(guān)、邏輯門電路實(shí)現(xiàn)。其基本原理是通過(guò)邏輯門電路控制分計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)校

3、分校時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖由低位計(jì)數(shù)器提供；當(dāng)按下校分校時(shí)開(kāi)通時(shí)，既可以手動(dòng)觸發(fā)出發(fā)式開(kāi)關(guān)給進(jìn)位脈沖，也可以有恒定的1Hz脈沖提供恒定的進(jìn)位信號(hào)，計(jì)數(shù)器在此脈沖驅(qū)動(dòng)下可快速計(jì)數(shù)。為實(shí)現(xiàn)可靠調(diào)時(shí)，采用防抖動(dòng)開(kāi)關(guān)（由D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)）克服開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)過(guò)程中產(chǎn)生的一串脈沖式振動(dòng)。保持功能是通過(guò)邏輯門控制秒計(jì)數(shù)器輸入端的1Hz脈沖實(shí)現(xiàn)的。正常情況下，開(kāi)關(guān)不影響脈沖輸入即秒正常計(jì)數(shù)，當(dāng)按下開(kāi)關(guān)后，使脈沖無(wú)法進(jìn)入計(jì)數(shù)端，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)保持功能。整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能可以通過(guò)組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)。當(dāng)計(jì)數(shù)器的各位呈現(xiàn)特定的電平時(shí)，可以選通特定的與門和或門，將指定的頻率信號(hào)送入蜂鳴器中，實(shí)現(xiàn)在規(guī)定的時(shí)刻以指定頻率發(fā)音報(bào)時(shí)。星期設(shè)

4、定電路功能。星期顯示功能由模7計(jì)數(shù)器構(gòu)成，16時(shí)為順序計(jì)數(shù)，星期日顯示為8，即從6跳過(guò)7直接進(jìn)入8，然后再由8進(jìn)入1。由此可見(jiàn)，需要設(shè)定這樣一個(gè)計(jì)數(shù)器：在一次循環(huán)計(jì)數(shù)過(guò)程中，要有兩次置位，且兩次所置數(shù)有所不同。3、 子模塊設(shè)計(jì)原理脈沖電路原理： 實(shí)驗(yàn)板上振蕩源為48MHz，為獲得秒脈沖信號(hào)和報(bào)時(shí)電路中需要的音頻，需要對(duì)該振蕩源進(jìn)行分頻處理。處理的過(guò)程示意如下：48MHz3分頻8分頻1000分頻2分頻2KHz1KHz1000分頻2分頻1Hz下面單獨(dú)介紹每個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)：1.二分頻電路2.三分頻電路3分頻電路是通過(guò)74160用置數(shù)法實(shí)現(xiàn)。其輸出端按照如下方式循環(huán)計(jì)數(shù)時(shí)就可以對(duì)其輸入的脈沖進(jìn)行3分頻，

5、輸出信號(hào)由直接引出。00000001001074160置數(shù)端為低電平有效，所以將作為置數(shù)信號(hào)的輸入。3分頻電路圖如下：3.8分頻電路8分頻電路通過(guò)將3個(gè)2分頻串聯(lián)實(shí)現(xiàn)。4.1000分頻電路 將3個(gè)10分頻進(jìn)行串聯(lián)即可獲得1000分頻的分頻器計(jì)時(shí)電路：時(shí)鐘能夠產(chǎn)生時(shí)間前進(jìn)是對(duì)秒脈沖計(jì)數(shù)產(chǎn)生形成的，為了形成時(shí)分秒，需要對(duì)秒進(jìn)位信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)從而產(chǎn)生分，對(duì)分進(jìn)位信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)產(chǎn)生時(shí)信號(hào)。秒和分均為60進(jìn)制，時(shí)為24進(jìn)制，所以需要有模60和模24計(jì)數(shù)器。計(jì)時(shí)電路示意如下：1Hz秒個(gè)位秒十位分個(gè)位分十位時(shí)個(gè)位時(shí)十位模60計(jì)數(shù)器由兩個(gè)74160構(gòu)成，考慮用74160而不用74161的原因是74160為8421

6、BCD方式計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)信號(hào)送進(jìn)7447后可以直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，而不像74161還要經(jīng)過(guò)碼轉(zhuǎn)換處理。另外，因?yàn)轱@示秒和分時(shí)都要顯示十位和個(gè)位，所以兩個(gè)計(jì)數(shù)器構(gòu)成模60的時(shí)候要考慮到分別顯示的問(wèn)題，即讓一個(gè)用于作為十位，一個(gè)作為個(gè)位。電路圖如下：模24計(jì)數(shù)器原理同模60，個(gè)位為3，十位為2時(shí)置位為0，即將個(gè)位的，和十位的經(jīng)與非門接入。電路圖如下： 顯示電路：因?yàn)閷?shí)驗(yàn)要求只用一個(gè)顯示譯碼器7447，所以考慮用動(dòng)態(tài)掃描顯示法進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，即每次只顯示一位，按照一定的顯示時(shí)間間隔輪流顯示。每個(gè)顯示位均為四位二進(jìn)制數(shù)，所以需要4片數(shù)選器，要顯示的位有時(shí)分秒6位（HH,HL,MH,ML,SH,SL），加上

7、星期顯示1位(we)，最高空位為0，所以共8位。數(shù)選器的選擇信號(hào)有三位，所以要用一個(gè)模8循環(huán)計(jì)數(shù)器作為數(shù)選器的地址選擇端，供輪流選擇帶顯示的數(shù)據(jù)，此外，還要用一個(gè)3-8譯碼器來(lái)選擇數(shù)碼管(DIG位)來(lái)顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。 保持電路原理保持電路的功能是通過(guò)按鍵K1操作，用與門和非門實(shí)現(xiàn)。將保持開(kāi)關(guān)的狀態(tài)信號(hào)經(jīng)消顫開(kāi)關(guān)后作非門處理和秒計(jì)數(shù)位的輸入脈沖相與，結(jié)果送入秒位輸入端口。=0時(shí)，=1,電路正常計(jì)時(shí)；=1時(shí)，=0時(shí)，電路保持為當(dāng)前時(shí)間。電路如下：清零電路原理清零電路是把時(shí)間歸零，且無(wú)論什么時(shí)候操作，電路都將歸零，此電路通過(guò)對(duì)清零開(kāi)關(guān)K2操作實(shí)現(xiàn)。把清零開(kāi)關(guān)的狀態(tài)信號(hào)消顫之后經(jīng)非門后送入時(shí)分秒計(jì)數(shù)器

8、的的清零端(低電平有效)。=0,=1,電路正常工作；=1,=0，各計(jì)數(shù)器被清零。電路圖如下： 校分電路原理校分電路用開(kāi)關(guān)操作實(shí)現(xiàn)的。=0，正常工作；=1時(shí)，電路由1Hz脈沖信號(hào)校分。的狀態(tài)經(jīng)消顫開(kāi)關(guān)接入三入與門，為鬧鐘使能信號(hào)，在正常計(jì)數(shù)未進(jìn)入鬧鈴設(shè)定狀態(tài)時(shí)=1。秒進(jìn)位信號(hào)在進(jìn)位（59秒）時(shí)為0，其余都為1.1代表1Hz脈沖信號(hào)。 校時(shí)電路原理校時(shí)電路用開(kāi)關(guān)操作實(shí)現(xiàn)的。=0，正常工作；=1時(shí)，電路由1Hz脈沖信號(hào)校分。的狀態(tài)經(jīng)消顫開(kāi)關(guān)接入三入與門，為鬧鐘使能信號(hào)，在正常計(jì)數(shù)未進(jìn)入鬧鈴設(shè)定狀態(tài)時(shí)=1，校分校時(shí)期間，的動(dòng)作對(duì)鬧鐘沒(méi)有影響；=0時(shí)為進(jìn)入鬧鐘設(shè)定狀態(tài)，校時(shí)校分開(kāi)關(guān)用于鬧鐘時(shí)間設(shè)定，對(duì)正

9、常計(jì)時(shí)不會(huì)有影響。分進(jìn)位信號(hào)在進(jìn)位（59分）時(shí)為0，其余都為1.1代表1Hz脈沖信號(hào)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路原理在5953”時(shí)開(kāi)始報(bào)時(shí)，在5953”, 5955”,5957” 時(shí)報(bào)時(shí)頻率為512Hz,5959”時(shí)報(bào)時(shí)頻率為1KHz。5950”為整點(diǎn)報(bào)時(shí)的共有部分，用6入與門實(shí)現(xiàn)。當(dāng)報(bào)時(shí)時(shí)間到時(shí)，將邏輯結(jié)果與相應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)相與后送入蜂鳴器。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路如下：星期調(diào)整電路原理星期顯示從16，8，用8來(lái)表示日。所以用一個(gè)模7循環(huán)計(jì)數(shù)器，利用狀態(tài)置位法置位，因?yàn)樵?110和1000時(shí)置位值不同。該循環(huán)計(jì)數(shù)器工作值應(yīng)該是：0001001000110100010101101000置位置位圖42 星期狀態(tài)圖為簡(jiǎn)化控制方法，畫(huà)出卡諾圖。Q2Q1Q2Q4Q30001111000x11