數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、一、設(shè)計(jì)任務(wù)數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)要求1、以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間；2、時(shí)鐘顯示周期為24 小時(shí)；3、具有校時(shí)功能；4、清零、或計(jì)時(shí)停止功能。5、定時(shí)控制，其時(shí)間自定；6、正點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，觸摸報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)或自動(dòng)報(bào)整點(diǎn)數(shù)。三、元件清單1.七段顯示器（共陰極）10個(gè)2.門(mén)電路（ 74LS00 74LS04 74LS0874LS21 74LS32 ）若干3.譯碼器（ 74LS48）10個(gè)4.十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（ 74LS160）10個(gè)5.數(shù)值比較器（ 74LS85）4個(gè)6.石英晶體1個(gè)7.555 定時(shí)器1個(gè)8.蜂鳴器、按鈕、開(kāi)關(guān)若干9.電阻、電容、導(dǎo)線(xiàn)等若干四、設(shè)計(jì)1. 主要思路數(shù)字鐘主要分為秒信號(hào)發(fā)

2、生部分， 計(jì)數(shù)部分，定時(shí)部分，校時(shí)部分，蜂鳴器部分五個(gè)主要部分組成，用石英晶體振蕩構(gòu)成秒信號(hào)發(fā)生，將信號(hào)輸入計(jì)數(shù)部分。計(jì)數(shù)部分秒計(jì)數(shù)器， 秒，分，時(shí)，計(jì)數(shù)器分別為 60 進(jìn)制，60 進(jìn)制，24 進(jìn)制。計(jì)數(shù)器輸出通過(guò)譯碼器接到顯像管，實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的顯示。校時(shí)部分為按鈕開(kāi)關(guān)與門(mén)電路的組合， 將時(shí)鐘信號(hào)斷開(kāi)， 用按鈕開(kāi)關(guān)輸入脈沖，調(diào)整時(shí)間。定時(shí)部分也為計(jì)數(shù)器，譯碼器，顯像管的結(jié)構(gòu)，不同的是沒(méi)有時(shí)鐘輸入信號(hào)，取而代之的是按鈕開(kāi)關(guān)按鈕，通過(guò)按鈕輸入脈沖，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。蜂鳴器部分為 555 定時(shí)器與蜂鳴器的結(jié)構(gòu)， 在輸入高電平時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音通過(guò)比較器比較定時(shí)部分與計(jì)時(shí)部分的時(shí)間，弱時(shí)間相同， 則有高電平輸

3、出至蜂鳴器部分。在整點(diǎn)時(shí)輸出一個(gè)高電平信號(hào)， 連接到蜂鳴器，實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。電路原理方框圖2. 信號(hào)發(fā)生部分石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率易調(diào)整，它是電子鐘的核心，用它產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，再由分頻器分成秒時(shí)間脈沖。圖為用反相器與石英晶體構(gòu)成的振蕩電路石英晶體振蕩器選用 32768kHz的石英晶體，發(fā)生的信號(hào)不符合始終的要求，但通過(guò)分頻，可產(chǎn)生 1Hz的秒信號(hào)。由于 32768 1616 168=1，所以用 3 個(gè) 16 分頻和 1 個(gè) 8 分頻便可解決問(wèn)題用 4 個(gè) 16 進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS161組成分頻電路，與晶振部分共同組成信號(hào)發(fā)生部分，如下圖。3. 計(jì)數(shù)部分與顯

4、示部分整個(gè)計(jì)數(shù)器電路由秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器串接而成。計(jì)數(shù)器互相之間采用并行接法，將進(jìn)位輸出信號(hào)接到置數(shù)端實(shí)現(xiàn)清零功能。秒計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器各自由一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成，形成兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。時(shí)計(jì)數(shù)器為兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器接成二十四制計(jì)數(shù)器。上圖左為分計(jì)數(shù)器，右為秒計(jì)數(shù)器。時(shí)計(jì)數(shù)器圖4. 清零與校時(shí)部分清零功能實(shí)現(xiàn)為用一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)， 不按下時(shí)一段接到高電平， 另一端接在所有計(jì)數(shù)器的清零端。當(dāng)電平開(kāi)關(guān)按下時(shí)，所有清零端接地，將所有計(jì)數(shù)器置零。校時(shí)原理為用手按輸入電平信號(hào)代替時(shí)鐘信號(hào)。 同樣使用電平開(kāi)關(guān)，不過(guò)將不按下時(shí)接地，按下時(shí)接高電平，另一端接至各個(gè)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端。校時(shí)時(shí)

5、，先斷開(kāi)時(shí)鐘，將所有計(jì)數(shù)器的 ET,EP端接到高電平，接著從按鈕輸入信號(hào)， 完成后將 ET,EP接至原來(lái)的狀態(tài)， 接回時(shí)鐘。這里，ET,EP信號(hào)和時(shí)鐘、電平信號(hào)的選擇用或門(mén)電路 74LS04實(shí)現(xiàn)。清零與校時(shí)部分接線(xiàn)圖5. 定時(shí)部分定時(shí)部分只有分信號(hào)和時(shí)信號(hào)。與計(jì)時(shí)部分原理基本相同，不過(guò)沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)，用電平開(kāi)關(guān)輸入脈沖取代，為了防止定時(shí)部分時(shí)間調(diào)超，在分信號(hào)十位為 6，時(shí)信號(hào)十位為 3，和時(shí)信號(hào)總體為 24 時(shí)清零。6. 比較器與整點(diǎn)報(bào)時(shí)部分用 4 片 74LS85 比較器兩個(gè)輸入端分別接到計(jì)時(shí)信號(hào)和定時(shí)信號(hào)，如果輸入一致則輸出高電平，將高電平輸出至蜂鳴器部分。整點(diǎn)報(bào)時(shí)部分為一個(gè) 8 輸入與非門(mén)

6、 74LS30,在整點(diǎn)時(shí)（即分信號(hào)為 0 時(shí)）輸出一個(gè)高電平。兩部分的輸出通過(guò)一個(gè)或門(mén)輸出到蜂鳴器部分。7. 蜂鳴器部分由于蜂鳴器需要一個(gè)高電平使之工作， 因此使用一片 555 定時(shí)器接成多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖， 將輸入信號(hào)接至 4 端，當(dāng)輸入為高電平時(shí) 555 工作，產(chǎn)生脈沖信號(hào)，帶動(dòng)蜂鳴器。根據(jù)輸出頻率的公式11f = T =12(R + 2R )Cln 2電容充電時(shí)間，即高電平時(shí)間T1 = (R1 + R2 )Cln 2輸出脈沖占空比為q =R1R1+ R2為使輸入的脈沖更寬，取R1 = 128k ，R2= 1k ，C3 = C4 = 10nF可計(jì)算出頻率T 1.1kHz因此，蜂鳴器頻率取1

7、kHz8. 全電路圖000000CKCKCKCKCKCKU20U73ABCDEGABCDEGU14U72ABCDEGABCDEGU3U6X2C6ABCDEGABCDEG1389495969091929311011112106107108109R5R6RPACK 7180 |?RPACK 7180 |?838485868788899910010110210310410532109543210954111111111111ABCDEF GABCDE F GOOOOOOOOOOOOOOU19OU22O74LS48NB74LS48NBRRTBII/TBII/A B CDLRBA B CDLRB 712

8、6354712635498 11982971203812112243215432151111111111ABCDOABCDOQQQQCQQQQCU26ARU15RU2111774LS11NDD74LS160NPTARK74LS160NPTARKOLOLABCDNNLCLA B CDNNLCLE E CE E C11634567091234567091211U25A0113077U41A74LS08NU28AU29A74LS08N74LS32N74LS32N1307912911581U24A11474LS04NU37AU36A74LS32N74LS32N137136131J6J553545549

9、5051 527172736768 6970R3R4RPACK 7180 |?RPACK 7180 |?424344454647 486061626364 656632105432105411119 111111 911A B CD E FGA B CD E FGO O OO O OOO O OOOOOU10OU13O74LS48NB74LS48NBRRTBII/TBII/A B CDLRBA B CDLRB 712635471263548043215432151111111111U7AABCDOABCDOQQQQRCU9QQQQRCU1274LS21N74LS160ND74LS160NDPT

10、ARKTARK145OLPOLABCDNNLCLABCDNNLCLEECEEC34567091234567091211U17A074012374LS08NU30AU31A74LS32N74LS32N128118127U16A7874LS04NU35A74LS32N134J4135U40A74LS08N144U34A74LS32NJ3161718 121314153435 363031323330pFR1R2R26-32.768kHzVCC180 |?180 |?RPACK 7RPACK 75VU68AC7U69A5 6 78 9 10112324 25262728292442472461312

11、1110915141312111091514VCC30pFAB CDEFGA BCDEFG5V74LS04N74LS04NOO OOOOOO OOOOOO21 9076543245U2U51OO74LS48NB74LS48NBKRDTPDCBAIRIRR13R14LANN/LCOEEAB CDLTRBBIA BCDLTRBBICLU3871263 5 47 1 263 5 41k| ?1k| ?74LS161NODCBACRQQQQ512341111111393192420 212221 91076543KRDTPDCBALANNLCOEECLU3974LS161NODCBACRQQQQ432

12、1543215111111111151234U18AAB CDOA BCDO11111QQ QQCU1Q QQQCU414174LS21NRRVCC74LS160ND74LS160NDP TARKP TARK21 9076543OLOL1A B CDNNLCLA B CDNNLCLE E CE E CRDTPDCBA12400LKCLOAENENU70345679123456912CL17 1037074LS161NOU32ACDCBARQQQQJ774LS32NVCC1511121314U8S04N3914621 91076543140Key = RKLRADNTN

13、PDCBACLCLOEEU71J874LS161NODCBACRQQQQU33AU27A51234Key = K1111174LS32N74LS32NJ9143Key 0= L133J2J1132VCC5VKey = XKey = C15715816000155161CKCK162U23U54ABCDEGABCDEGKey = VKey = B15A3OAGTB5169U60A16B3OAEQB13A2OALTB714B2U5574LS08N12A111B110A09B0474LS85N1703AGTB2AEQBALTB15A3OAGTB516B3OAEQB137A2OALTB14B212A1

14、U5611B110 A09B04 74LS85NAGTB3AEQB2ALTB00CKCKU64U65ABCDEGABCDEGKey = NKey = MVCCU6774LS30D174J1641155243591A3OAGTB658 7513B3OAEQB7Key = TVCCA2OALTB2425714B25V40U57U59A5612A1U62AJ147611B124110A01721751769B0VCC474LS85NKey = G74LS32N3AGTB74LS08NR23AEQB2173128k|?ALTB8U52U61A184VCCU6318115A3OAGTB5171R84RS

15、TOUT31B3OAEQB61377DIS14A2OALTB74LS08N1k| ?180B2U586THRBUZZER12A111B12TRI1kHz10A0183 59B0CON4 74LS85N3AGTBC3C4GNDAEQB2LM555CNALTB10nF10nF100163149150164165166167168VCC5V159156U11AU53A74LS00N74LS00N17817921621721818213214215223224225219220221222R11R12RPACK 7180 |?RPACK 7180 |?2272282292302312323323423

16、523623723823924032105432105411119 111111 911A B CD EFGA B CD EF GOOOO OOOOOOO OO OU46BOU50BO74LS48NIR74LS48NIR/TBITBIA B CDLRBA B CDLRB 71263547126354VCC43215432151111111111ABCDOABCDOQQQQCQQQQCU47ARRU48U4974LS00N74LS160N PD74LS160NDTOALRLKPTOALRLKA B CDNNLCCA B CDNNLCCEE E E 345670912345670912110 01

17、77U51A15415374LS266N018919019185186187188196197198192193194195R9R10RPACK 7180 |?RPACK 7180 |?1992002012020320420520620720820921021121232109543210954111111111111ABCDEFGA B CD EFGOOOOOOOO O OO OOOU42BOU45BO74LS48NIR74LS48NIR/TBITBIABCDLRBA B CDLRB 7126354712635 443215432151111111111ABCDOAB CDOQQQQCQQ

18、QQCRRU43U4474LS160ND74LS160NDPTOALRLKPTOALRLKABCDNNLCCA B CDNNLCCE E E E 3456709123456709120101148152151J13J11J10J12Key = AKey = SKey = DKey = F五、仿真過(guò)程在 multisim10中仿真能較好的完成預(yù)定的功能。但是由于電路比較復(fù)雜，仿真速度很慢。 用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器代替晶振信源進(jìn)行調(diào)試， 需要將信源調(diào)到 50MHz才能看到仿真，而且速度也較慢。不過(guò)總體功能都可實(shí)現(xiàn)。六、使用說(shuō)明開(kāi)始前，將開(kāi)關(guān)L 斷開(kāi)， K 接在下端。1. 停表 計(jì)時(shí)功能：閉合 L，開(kāi)始計(jì)時(shí)，斷開(kāi) L，計(jì)時(shí)停止。2. 清零功能：按下開(kāi)關(guān) R，所有顯示清零3. 校時(shí)功能：先斷開(kāi) L，再將 K 接通至上端，接著又 X， C 調(diào)整時(shí)； V，B調(diào)整分； N，M調(diào)整秒。調(diào)整完成后先將 K 接回下端，再閉合 L。4. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能：合上開(kāi)關(guān) T，整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能開(kāi)啟。5. 定時(shí)功能：用 A，S 調(diào)整時(shí)， D，F(xiàn) 調(diào)整分，調(diào)整完畢后合上 G，則會(huì)在設(shè)定時(shí)間發(fā)出響聲，斷開(kāi)G，則不發(fā)聲。注意事項(xiàng)：1. 校時(shí)時(shí)，必須先斷開(kāi) L 再接 K，否則會(huì)造成計(jì)數(shù)錯(cuò)誤，同理，校時(shí)結(jié)束后要先將 K 接回低電平