計(jì)數(shù)譯碼顯示多功能數(shù)字鐘

電子線路設(shè)計(jì)與測(cè)試2011年7月計(jì)數(shù)、譯碼、顯示與簡(jiǎn)易數(shù)字鐘2一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握譯碼、顯示電路的構(gòu)成及使用方法；

進(jìn)一步熟悉計(jì)數(shù)器輸出波形的測(cè)試方法；

掌握40161的邏輯功能及使用方法；

學(xué)習(xí)數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試的方法。3二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)：已知條件1Hz信號(hào)由波形發(fā)生器產(chǎn)生基本功能具有“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)時(shí)功能，小時(shí)按24小時(shí)制計(jì)時(shí)。具有校時(shí)功能，能對(duì)“分”和“小時(shí)”進(jìn)行調(diào)整。擴(kuò)展功能仿廣播電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)。在59分51秒、53秒、55秒、57秒發(fā)出低音512Hz信號(hào)，在59分59秒時(shí)發(fā)出一次高音1024Hz信號(hào)，音響持續(xù)1秒鐘，在1024Hz音響結(jié)束時(shí)刻為整點(diǎn)。定時(shí)控制，其時(shí)間自定；4三、數(shù)字鐘設(shè)計(jì)分析-功能框圖數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由主體電路和擴(kuò)展電路兩大部分所組成

秒計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位

分計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位

小時(shí)計(jì)數(shù)器按照“24進(jìn)制”規(guī)律計(jì)數(shù)

計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器

5基本功能數(shù)字鐘模塊劃分（計(jì)數(shù)部分）6時(shí)分秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)分和秒計(jì)數(shù)器都是模M=60的計(jì)數(shù)器其計(jì)數(shù)規(guī)律為00—01—…—58—59—00…時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到23時(shí)59分59秒時(shí)，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖時(shí)，數(shù)字鐘應(yīng)自動(dòng)顯示為00時(shí)00分00秒。7三、計(jì)數(shù)器40161的邏輯功能及其應(yīng)用4位二進(jìn)制同步加(遞增)計(jì)數(shù)器表5.18.4CC40161功能表1.40161的邏輯功能:清零使能數(shù)據(jù)輸入置數(shù)進(jìn)位置數(shù)ET=ETT&ETPCO=Q3Q2Q1Q0ETCP操作狀態(tài)0xxx異步清零10x同步預(yù)置110保持111計(jì)數(shù)81.40161的時(shí)序波形圖92.構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法

利用同步預(yù)置清零利用異步清零優(yōu)點(diǎn)：清零可靠輸出沒(méi)有毛刺103.構(gòu)成多位計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)方法串行進(jìn)位（異步）優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：速度較慢六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器:出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的可能性較大11六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器并行進(jìn)位（同步）優(yōu)點(diǎn)：速度較快；缺點(diǎn)：較復(fù)雜。3.構(gòu)成多位計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)方法124.時(shí)分秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

分和秒計(jì)數(shù)器都是模M=60的計(jì)數(shù)器

其計(jì)數(shù)規(guī)律為00—01—…—58—59—00…

用兩片74LS161分別做作十位計(jì)數(shù)器（六進(jìn)制）和個(gè)位計(jì)數(shù)器（十進(jìn)制），再將它們級(jí)聯(lián)組成模數(shù)M=60的計(jì)數(shù)器

時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)“24翻1”的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到23時(shí)59分59秒時(shí)，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖時(shí)，數(shù)字鐘應(yīng)自動(dòng)顯示為00時(shí)00分00秒，實(shí)現(xiàn)日常生活中習(xí)慣用的計(jì)時(shí)規(guī)律135.

校時(shí)電路的設(shè)計(jì)

當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間（或稱校時(shí)）校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能。一般電子手表都具有時(shí)、分、秒等校時(shí)功能為使電路簡(jiǎn)單，這里只進(jìn)行分和小時(shí)的校時(shí)對(duì)校時(shí)電路的要求是

在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)

校時(shí)方式有“快校時(shí)”和“慢校時(shí)”兩種

“快校時(shí)”是，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器對(duì)1Hz的校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)

“慢校時(shí)”是用手動(dòng)產(chǎn)生單脈沖作校時(shí)脈沖

S1為?！胺帧庇玫目刂崎_(kāi)關(guān)

S2為?！皶r(shí)”用的控制開(kāi)關(guān)

校時(shí)脈沖采用分頻器輸出的1Hz脈沖

當(dāng)S1或S2分別為“0”時(shí)可進(jìn)行“快校時(shí)”

需要注意的是，校時(shí)電路是由與非門構(gòu)成的組合邏輯電路，開(kāi)關(guān)S1或S2為“0”或“1”時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，接電容C1、C2可以緩解抖動(dòng)。必要時(shí)還應(yīng)將其改為去抖動(dòng)開(kāi)關(guān)電路146.

主體電路的裝調(diào)

由數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖按照信號(hào)的流向分級(jí)安裝，逐級(jí)級(jí)聯(lián)，這里的每一級(jí)是指組成數(shù)字鐘的各功能電路

級(jí)聯(lián)時(shí)如果出現(xiàn)時(shí)序配合不同步，或尖峰脈沖干擾，引起邏輯混亂，可以增加多級(jí)邏輯門來(lái)延時(shí)

如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端VCC加退耦濾波電容。通常用幾十微法的大電容與0.01F的小電容相并聯(lián)

經(jīng)過(guò)聯(lián)調(diào)并糾正設(shè)計(jì)方案中的錯(cuò)誤和不足之處后，再測(cè)試電路的邏輯功能是否滿足設(shè)計(jì)要求。最后畫出滿足設(shè)計(jì)要求的總體邏輯電路圖，如圖所示

如果因?qū)嶒?yàn)器材有限，則其中秒計(jì)數(shù)器的個(gè)位和時(shí)計(jì)數(shù)器的十位可以采用發(fā)光二極管指示，因而可以省去2片譯碼器和2片數(shù)碼顯示器

除了振蕩和譯碼顯示部分外，其它各功能都可以用GAL16V8來(lái)實(shí)現(xiàn)。15四、功能擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)

仿廣播電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)

報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)電路的設(shè)計(jì)

161.仿廣黎播電翠臺(tái)正渡點(diǎn)報(bào)蘆時(shí)電界路的慰設(shè)計(jì)仿廣下播電障臺(tái)正攝點(diǎn)報(bào)喝時(shí)電揀路的淘功能減要求從是：每當(dāng)返數(shù)字砍鐘計(jì)捕時(shí)快師要到婆正點(diǎn)抗時(shí)發(fā)面出聲著響;通常嘩按照4低音1高音貨的順之序發(fā)襖出間餅斷聲踏響;以最歪后一擇聲高欺音結(jié)鉆束的撥時(shí)刻升為正痰點(diǎn)時(shí)厘刻。表5.5.2

秒個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)CP(秒)Q3S1Q2S1Q1S1Q0S1功能500000

510001鳴低音520010停530011鳴低音540100停550101鳴低音560110停570111鳴低音581000停591001鳴高音000000停設(shè)4聲低固音（醬約50或0H蠶z）分熱別發(fā)鉤生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，痰最后傳一聲珠高音宮（約1k貓Hz）發(fā)寬生在59分59秒，攝它們春的持扒續(xù)時(shí)子間均禮為1秒。由孝表可纖得171.仿廣由播電嫂臺(tái)正狼點(diǎn)報(bào)球時(shí)電胖路的慶設(shè)計(jì)只有當(dāng)

分十位的Q2M2Q0M2=11

分個(gè)位的Q3M1Q0M1=11

秒十位的Q2S2Q0S2=11秒個(gè)位的Q0S1=1時(shí)

音響電路才能工作

這里王采用蹦的都哀是TT章L與非月門，泉如果狐用其決它器銜件，豆則報(bào)四時(shí)電悲路還蛙會(huì)簡(jiǎn)態(tài)單一局些。182.報(bào)整管點(diǎn)時(shí)婦數(shù)電僻路的斧設(shè)計(jì)報(bào)整紗點(diǎn)時(shí)正數(shù)電責(zé)路的微功能麥?zhǔn)牵好慨?dāng)右數(shù)字讓鐘計(jì)葵時(shí)到刪整點(diǎn)感時(shí)發(fā)爺出音枝響，必且?guī)滋拯c(diǎn)響彈幾聲殖。實(shí)永現(xiàn)這木一功播能的取電路嗎主要季由以雹下幾渡部分欄組成：減法抬計(jì)數(shù)粥器完成孕幾點(diǎn)魚響幾獻(xiàn)聲的敘功能膨。即績(jī)從小暫時(shí)計(jì)削數(shù)器號(hào)的整喊點(diǎn)開(kāi)培始進(jìn)鴉行減作法計(jì)場(chǎng)數(shù)，兆直到涉零為牲止。編碼血器將字小時(shí)近計(jì)數(shù)卷器的5個(gè)輸勁出端Q4、Q3、Q2、Q1、Q0按照“12翻1”的編而碼要宿求轉(zhuǎn)茫換為稱減法英計(jì)數(shù)默器的4個(gè)輸銹入端D3、D2、D1、D0所需秒的BC日D碼。邏輯竭控制耽電路控制欄減法包計(jì)數(shù)子器的封清“0”與置講數(shù)。晴控制遙音響腸電路冤的輸啟入信丈號(hào)。192.報(bào)整粒點(diǎn)時(shí)翻數(shù)電摸路--減法搜計(jì)數(shù)縣器減法雕計(jì)數(shù)罪器選核用74曾LS灘19努1，各掙控制誦端的落作用腎如下:為置數(shù)端。當(dāng)

=0時(shí)將小時(shí)計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)數(shù)

據(jù)輸入端D0D1D2D3的數(shù)據(jù)置入。為溢出負(fù)脈沖輸出端。當(dāng)減計(jì)數(shù)到“0”時(shí)，

輸出一個(gè)負(fù)脈沖。

為加/減控制器。

=1時(shí)減法計(jì)數(shù)。

CPA為減虎法計(jì)丘數(shù)脈幫沖，毛兼作雙音響幸電路易的控戀制脈予沖。202.報(bào)整祖點(diǎn)時(shí)玻數(shù)電脊路--編碼弱器

分進(jìn)位脈沖

小時(shí)計(jì)數(shù)器輸出

減法計(jì)數(shù)器輸入

CPQ4Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0100001000120001000103000110011400100010050010101016001100110700111011180100010009010011001101000010101110001101112100101100編碼包器是是由與壺非門腿實(shí)現(xiàn)呀的組零合邏德輯電樣路，稈其輸各出端貸的邏充輯表?xiàng)椷_(dá)式認(rèn)由5變量剖的卡但諾圖鉗可得：D1的邏輯表達(dá)式

如果用與非門實(shí)現(xiàn)上式，則

D2的邏輯表達(dá)式

D0、D3的邏輯表達(dá)式分別為

212.報(bào)整申點(diǎn)時(shí)語(yǔ)數(shù)電辯路--邏輯潤(rùn)控制刃電路邏輯刪控制決電路泳由D觸發(fā)召器74幅LS繩74與多獲級(jí)與營(yíng)非門籃組成

接通電源后按觸發(fā)開(kāi)關(guān)S，使D觸發(fā)器清“0”，即1Q=0。該清“0”脈沖有兩個(gè)作用

其一，使74LS191的置數(shù)端，即將此時(shí)對(duì)應(yīng)的小時(shí)計(jì)數(shù)器輸出的整點(diǎn)時(shí)數(shù)置入74LS191；

其二，封鎖1kHz的音頻信號(hào)，使音響電路無(wú)輸入脈沖。

當(dāng)分十位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖Q2M2的下降沿來(lái)到時(shí)，經(jīng)G1反相，小時(shí)計(jì)數(shù)器加1。新的小時(shí)數(shù)置入74LS191。Q2M2的下降沿同時(shí)又使74LS74的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，1Q經(jīng)G3、G4延時(shí)后使

此時(shí)74LS191進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖由CP0提供。CP0=1時(shí)音響電路發(fā)出1kHz聲音，CP0=0時(shí)停響。

當(dāng)減法計(jì)數(shù)到0時(shí)，使D觸發(fā)器的1CP=0，但觸發(fā)器狀態(tài)不變。當(dāng)

時(shí)，因O2M2仍為0，CP=1，使D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)復(fù)“0”，74LS191又回到置數(shù)狀態(tài)，直到下一個(gè)Q2M2的下降沿來(lái)到如果遼出現(xiàn)住某些此整點(diǎn)廈數(shù)不擴(kuò)準(zhǔn)確管，其賄主要絨原因吵是邏露輯控卵制電次路中目的與碗非門竹延時(shí)右時(shí)間柳不夠笛，產(chǎn)綢生了侄競(jìng)爭(zhēng)臣冒險(xiǎn)努現(xiàn)象蜓，可納以適獲當(dāng)增造加與啞非門刮的級(jí)防數(shù)或略接入季小電修容進(jìn)蛙行濾膛波。22Pi線n鉛As副si雨gn集me鳳nt未sTo刮p巖Vi腿ewSe劇gm止en資t罵Id拒en功ti胃fi帽ca巷ti可onDi蓮sp羊la慌y:燈測(cè)鵝試滅燈鎖存A3A0A1A2譯碼漂器CD杠45禽11招BC四、辯譯碼跑顯示版電路果的構(gòu)掉成BC駝D-恢to炸-7繁S奮eg壺me責(zé)nt晌L趨at帶ch義/D蜜ec饞od傷er杜/D挨ri嚷ve法r與74LS48管腳基本兼容23*D設(shè)ep咳en只ds撿u煙po盜nth糕e掛BC渾D轎co頂de唐a邪pp襪li悟ed到d怠ur稱in料g斤th蹈e生