74LS161電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)

74LS161電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)74LS161電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)/74LS161電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)摘要此次電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，是以同步加法計(jì)數(shù)器74LS161為基礎(chǔ)的時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)，其有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用性。74LS161可以靈活的應(yīng)用于各種數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各種功能。在本設(shè)計(jì)中，我使用74LS161的各種級(jí)聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)了多級(jí)多進(jìn)制的計(jì)數(shù)并分級(jí)連接數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)了電子時(shí)鐘的功能。關(guān)鍵詞：數(shù)字時(shí)鐘；計(jì)數(shù)器；級(jí)聯(lián)；74LS161。目錄第1章設(shè)計(jì)任務(wù)21.1內(nèi)容及要求21.2用途2第2章設(shè)計(jì)方案22.1設(shè)計(jì)思路22.2設(shè)計(jì)方案及其論證32.3元器件的選擇4第3章電路設(shè)計(jì)73.1輸入73.2計(jì)數(shù)器73.3顯示輸出結(jié)果93.4整體電路.9第4章整體電路的仿真測(cè)試及性能104.1電路的安裝調(diào)試（仿真）114.2性能指標(biāo)測(cè)量及記錄..11總結(jié)..14參考文獻(xiàn)15第1章設(shè)計(jì)任務(wù)1.1內(nèi)容及要求電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)一個(gè)具有時(shí)、分、秒的十進(jìn)制數(shù)字顯示的計(jì)數(shù)器。用MULTISIM軟件實(shí)現(xiàn)，并用proteus畫(huà)出PCB板。1.2用途：此設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于各種計(jì)時(shí)器，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖，可以構(gòu)成秒表，電子時(shí)鐘以及各種顯示方案的計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)設(shè)備。第2章設(shè)計(jì)方案整體思路：本題目的要求是做一個(gè)能顯示時(shí)、分、秒的計(jì)數(shù)器，那么這個(gè)電路就用該包含3部分:第一部分提供周期的脈沖信號(hào)；第二部分是以第一部分為輸入源的組合計(jì)數(shù)器；第三部分是顯示部分，把第二部分計(jì)數(shù)的結(jié)果按照一定的方式顯示。2.1設(shè)計(jì)思路2.1.1信號(hào)源信號(hào)源要求是有周期的脈沖輸入才能夠進(jìn)行計(jì)數(shù)，應(yīng)選擇方波輸入的脈沖信號(hào)。2.1.2.計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器應(yīng)該分為3部分，分別記錄時(shí)、分、秒。2.1.3計(jì)秒位一分鐘有60秒，故秒位應(yīng)該用60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。記秒位要顯示2位數(shù)，并且沒(méi)有集成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，所以級(jí)聯(lián)的計(jì)數(shù)器應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)兩位輸出。每計(jì)60秒秒位將會(huì)向分位進(jìn)一并且本位清零。2.1.4計(jì)分位一小時(shí)有60分鐘，故分位也應(yīng)該用60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。和記秒位一樣，記分位同樣要顯示2位數(shù)，且沒(méi)有集成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，所以級(jí)聯(lián)的計(jì)數(shù)器應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)兩位輸出。每計(jì)60分分位將會(huì)向小時(shí)位進(jìn)一并且本位清零。2.1.5計(jì)小時(shí)位一天有24小時(shí)（這里設(shè)計(jì)的是24小時(shí)制計(jì)數(shù)器），故秒位應(yīng)該用24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。記小時(shí)位要顯示2位數(shù)，并且沒(méi)有集成的24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，所以級(jí)聯(lián)的計(jì)數(shù)器應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)兩位輸出。每計(jì)滿24小時(shí)本位將會(huì)進(jìn)行一次清零。2.1.6顯示輸出小時(shí)、分鐘、秒這3位每位都需要輸出兩位數(shù)，故總共會(huì)有6位數(shù)輸出。將輸出顯示要使用顯示譯碼器/數(shù)碼管連接到每一個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出端。2.1.7進(jìn)位和清零進(jìn)位和清零應(yīng)該是同步的，即當(dāng)秒位計(jì)滿60秒的瞬間，應(yīng)該同時(shí)發(fā)出一個(gè)進(jìn)位脈沖給下一級(jí)計(jì)數(shù)器和一個(gè)本位的清零脈沖進(jìn)行清零。故可以用邏輯門(mén)在兩級(jí)計(jì)數(shù)器之間進(jìn)行連接以實(shí)現(xiàn)功能。2.2設(shè)計(jì)方案及其論證按照整體思路，設(shè)計(jì)方案如下：使用同步加法計(jì)數(shù)器74LS161構(gòu)成60進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器作為第一級(jí)（秒）計(jì)數(shù)器。在秒的個(gè)位計(jì)數(shù)到10的瞬間，向本位發(fā)送一個(gè)清零信號(hào)，并同時(shí)向十位發(fā)送一個(gè)進(jìn)位脈沖。秒的十位加法計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)到6的瞬間，向本位發(fā)送一個(gè)清零信號(hào)，并同時(shí)向分位的個(gè)位發(fā)送一個(gè)進(jìn)位脈沖。這樣就構(gòu)成了一個(gè)級(jí)聯(lián)而形成的60進(jìn)制帶進(jìn)位與清零的加法計(jì)數(shù)器。按照同樣的方法，可以構(gòu)成分位的計(jì)數(shù)器。小時(shí)位和分位、秒位不同，它是以10進(jìn)制來(lái)顯示24進(jìn)制數(shù)，所以清零與計(jì)數(shù)的方式要有所改變。小時(shí)位有兩個(gè)清零信號(hào)：①在小時(shí)的個(gè)位計(jì)數(shù)到10的瞬間，向本位發(fā)送一個(gè)清零信號(hào)，并同時(shí)向十位發(fā)送一個(gè)進(jìn)位脈沖。②在小時(shí)的十位計(jì)數(shù)到2并且個(gè)位計(jì)數(shù)到4的瞬間，向個(gè)位和十位同時(shí)發(fā)送一個(gè)清零信號(hào)。2.3元器件的選擇2.3.1.電壓源考慮到74LS161的工作電壓，仿真電路選用5V的電壓源VCC。2.3.2.脈沖信號(hào)進(jìn)過(guò)計(jì)算，60Hz的方波可以滿足每秒一個(gè)脈沖輸入的要求。圖2.1輸入元器件2.3.3.計(jì)數(shù)器本次設(shè)計(jì)采用同步加法計(jì)數(shù)器74LS161。74LS161為可預(yù)置的4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器,它可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)種實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能其管腳圖如下：圖2.274LS16174LS161的清除端是異步的。當(dāng)清除端CLEAR為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端CLOCK狀態(tài)如何，即可完成清除功能。74LS161的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器LOAD為低電平時(shí)，在CLOCK上升沿作用下，輸出端QA－QD與數(shù)據(jù)輸入端A－D相一致。74LS161的計(jì)數(shù)是同步的，靠CLOCK同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)ENP、ENT均為高電平時(shí)，在CLOCK上升沿作用下QA－QD同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。在CLOCK出現(xiàn)前，即使ENP、ENT、CLEAR發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。74LS161有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（RCO）輸出一個(gè)高電平脈沖，其寬度為QA的高電平部分。74LS161在不外加門(mén)電路的情況下，可級(jí)聯(lián)成N位同步計(jì)數(shù)器。圖2.374LS161功能表2.3.4.譯碼器顯示計(jì)數(shù)結(jié)果需要用到顯示譯碼器DCD_HEX圖2.4兩個(gè)正在工作的顯示譯碼器DCD_HEX2.3.5邏輯門(mén)本設(shè)計(jì)需要用到非門(mén)（7405N）和與非門(mén)（7400N）圖2.5非門(mén)（7405N）和與非門(mén)（7400N）第3部分電路設(shè)計(jì)3.1輸入A-D置位端接地（置零），ENT和ENP以及CLR接VCC(置1），CLK接時(shí)鐘輸入的負(fù)極（因?yàn)槭堑碗娖接行В┌凑請(qǐng)D示方法接線。圖3.1輸入端的連接3.2計(jì)數(shù)器初始方案：本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)60和24進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，其大于一個(gè)74LS161的計(jì)數(shù)范圍需要進(jìn)行級(jí)聯(lián)。借助Cr對(duì)計(jì)數(shù)器清零，可以實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制的計(jì)數(shù)。當(dāng)且僅當(dāng)秒的個(gè)位計(jì)數(shù)到10的瞬間，即輸出為1010時(shí)，向本位發(fā)送一個(gè)清零信號(hào)，并同時(shí)向十位發(fā)送一個(gè)進(jìn)位脈沖。改進(jìn)方案：由于74LS161直接清零方式為異步清零，這種清零方式會(huì)導(dǎo)致清零的不可靠。在使用這種方案的時(shí)候，必須要把脈沖調(diào)整到一個(gè)較低的周期，才會(huì)產(chǎn)生有效地清零和進(jìn)位信號(hào)。故需要對(duì)清零進(jìn)行一定的改進(jìn)，使不可靠清零變成可靠清零。74LS161的預(yù)置是同步的，所以我利用預(yù)置端的ABCD四個(gè)端口來(lái)實(shí)現(xiàn)清零。把A-D接地（低電平）后，當(dāng)置入控制器LOAD為低電平時(shí)，在CLOCK上升沿作用下，輸出端QA－QD會(huì)與數(shù)據(jù)輸入端A－D相一致。通過(guò)采用預(yù)置的方式，可以確保清零的穩(wěn)定。再次改進(jìn)：在改進(jìn)之后，仍存在一些問(wèn)題。為了使清零和進(jìn)位同步進(jìn)行，我把清零的輸出端引出一根線，加上非門(mén)引入下一級(jí)計(jì)數(shù)器的輸入端（因?yàn)镃LK輸入端是高電平有效，而預(yù)置、清零是低電平有效）。按照這種方法，可以實(shí)現(xiàn)多重清零方式，從而可以實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制用10進(jìn)制顯示的計(jì)數(shù)方式，并且清零和進(jìn)位的可靠性與同步性得到了極大地提高。連接如圖所示，其中A端是連接下一級(jí)脈沖信號(hào)的輸入端；B端是用于清零的低電平信號(hào)，連接到置位端，當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出為10（1010B）時(shí)會(huì)通過(guò)與非門(mén)產(chǎn)生一個(gè)清零信號(hào)；C是進(jìn)位端，在清零端上加了一個(gè)非門(mén)形成。BCABCA圖3.2單級(jí)計(jì)數(shù)器按照每位的進(jìn)位/清零要求，把留個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行級(jí)聯(lián)：圖3.3計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)3.3顯示輸出結(jié)果每一級(jí)計(jì)數(shù)器的QA－QD為計(jì)數(shù)結(jié)果輸出端，使用顯示譯碼器DCD_HEX連接其輸出端，可以顯示當(dāng)位的計(jì)數(shù)狀態(tài)。使QA－QD分別連接D0-D3即可顯示。圖3.4譯碼器連接3.4整體電路圖3.5整體電路連接第4部分整體電路圖的仿真測(cè)試及性能檢測(cè)4.1電路的安裝調(diào)試（仿真）電路連接如圖4.5所示，運(yùn)行電路，開(kāi)始測(cè)試。4.2性能指標(biāo)測(cè)量及記錄4.2.1秒位的計(jì)數(shù)測(cè)量圖4.19秒狀態(tài)圖4.210秒的狀態(tài)4.2.2秒位向分位進(jìn)位和清零圖4.359秒狀態(tài)圖4.41分鐘（60秒）狀態(tài)4.2.3分位的計(jì)數(shù)測(cè)量圖4.59分狀態(tài)圖4.610分狀態(tài)4.2.4分位向小時(shí)位進(jìn)位和清零圖4.759分鐘狀態(tài)圖4.860分鐘（一小時(shí)）狀態(tài)4.2.5小時(shí)位的計(jì)數(shù)圖4.99小時(shí)狀態(tài)圖4.1010小時(shí)狀態(tài)4.2.6小時(shí)位的清零圖4.1123小時(shí)59分59秒狀態(tài)圖4.1224小時(shí)整（0時(shí)）狀態(tài)總結(jié)此次為期將近二周的課程設(shè)計(jì)到此告一段落，在此次課程設(shè)計(jì)中，我有很多感觸。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課知識(shí)綜合運(yùn)用的實(shí)踐訓(xùn)練，是對(duì)專業(yè)知識(shí)的總結(jié)與考察，是從事將來(lái)的工作前的一個(gè)不可或缺的過(guò)程。剛拿到設(shè)計(jì)題目時(shí)，我還是比較迷茫的，感覺(jué)無(wú)從下手。所以我并沒(méi)有急于下手，而是花了一天的時(shí)間去分析題目，設(shè)計(jì)出其大致運(yùn)行原理，并進(jìn)行一定的論證和改進(jìn)。在方案確定之后，我再去查閱資料，選定芯片，通過(guò)所選芯片的參數(shù)和功能來(lái)重新改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。至此，我的思路已經(jīng)非常清晰。所以在第二天，我在電腦上只用了一個(gè)小時(shí)就完成并進(jìn)一步改進(jìn)了我的設(shè)計(jì)，并且完成了驗(yàn)證。在本次課程設(shè)計(jì)中，我發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，雖然上學(xué)期也做過(guò)這樣的課程設(shè)計(jì)，但是這次設(shè)計(jì)讓我有了很大的長(zhǎng)進(jìn)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我把理論和實(shí)際緊密的聯(lián)系在了一起，感覺(jué)學(xué)習(xí)的深度在課本的基礎(chǔ)上更深入了一層。有些事情，只有我們真正去做了，才能真正的掌握它，理解的更加深刻。光學(xué)理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的?？偟膩?lái)說(shuō)，此次課程設(shè)計(jì)雖有挫