可校時的數(shù)字鐘

1、一、設(shè)計題目多功能數(shù)字電子鐘二、設(shè)計目的1、 掌握數(shù)字電路中計數(shù)、分頻、譯碼、顯示及時鐘脈沖振蕩器等組合邏輯電路與時序邏輯電路的綜合應(yīng)用。2、 掌握多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計方法、裝調(diào)技術(shù)及數(shù)字鐘的擴展應(yīng)用。三、設(shè)計內(nèi)容及要求1、 基本要求準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間；Q小時以24進制，分和秒都為60進制；具有校時電路2、 設(shè)計數(shù)字鐘的整體電路并畫出電路圖3、 組裝、調(diào)試單元電路及整體電路四、設(shè)計過程1、查閱資料，以了解數(shù)字鐘電路的基本原理并畫出原理框圖數(shù)字鐘電路系統(tǒng)主要由振蕩器、分頻器、計時電路、譯碼顯示電路與校時電路五大部分組成，其中計時電路即為時間的計時，校時電路主要是在時間不準確

2、時調(diào)節(jié)時間到準確的時間點上。因此，可將電路系統(tǒng)分為以下的模塊（圖1）。TT振蕩器=分頻器二分頻器圖1數(shù)字電子鐘原理由以上的模塊圖可知，本電路主要由振蕩器和分頻器產(chǎn)生1HZ（即1秒）的秒脈沖，用秒脈沖驅(qū)動計數(shù)器開始計時。因為每分鐘60秒，每小時60分鐘，所以應(yīng)該有24進制的“時計數(shù)器”、60進制的“分計數(shù)器”、60進制的“秒計數(shù)器”。當“秒計數(shù)器”計數(shù)到59后，下一個脈沖一到“分計數(shù)器”就進1,“分計數(shù)器”計數(shù)到59后，再來一個脈沖“時計數(shù)器”就進1。秒計數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼、顯示時鐘秒。分計數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼、顯示時鐘分。時計數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼、顯示時鐘時。因每天有24小時，當計數(shù)到23:59:59時

3、，再來一個脈沖后，就顯示00:00:00。60進制計數(shù)器其中，“秒”和“分”的計數(shù)器都是60進制計數(shù)器，由一級十進制計數(shù)器和一級六進制計數(shù)器級聯(lián)組成。十進制計數(shù)器的復位方法我們平常已經(jīng)熟悉了(即用74LS90組成：其中R0(1)=R0(2)=R1(1)=R1(2)=O,6進制計數(shù)器的復位方法是：當CP輸入端輸入第六個脈沖時，它的四個觸發(fā)器輸出的狀態(tài)為“0110”，這時QbQc均為高電平“1”。將它們相“與”(用兩級“與非”門，保證復位信號為高電平)后，送到計數(shù)器的清除端Cr,使計數(shù)器復“0”，從而實現(xiàn)60進制計數(shù)。原理圖見圖2。Q cpCrQc QbCr反相器脈沖圖260進制計數(shù)器24進制計數(shù)

4、器24進制計數(shù)器由兩級十進制計數(shù)器級聯(lián)、“與非門”和“非門”共同組成。原理為：當“時”計數(shù)器個位輸入端CP脈沖到來第十個觸發(fā)脈沖時，“時”的個位計數(shù)器復“0”，并向“時”的十位進位，在第24個觸發(fā)脈沖到來時，“時”的個位計數(shù)器的四級觸發(fā)器狀態(tài)為“0100”，而“時”的十位計數(shù)器的狀態(tài)為“0010”，這時“時”的個位計數(shù)器的Qc和“時”的十位計數(shù)器的Qb輸出為“1”，把它們相“與”經(jīng)兩級反相器反相后，送到“時”計數(shù)器的清除端Cr,使計數(shù)器復“0”。使計數(shù)器復“0”。從而實現(xiàn)了24進制計數(shù)。原理圖見圖3。反相器QbCrQc cpCr脈沖24進制計數(shù)器2、設(shè)計數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的各個單元電路1）振蕩器振

5、蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度，故本實驗中選用石英晶體振蕩器來構(gòu)成振蕩器電路。一般來說，振蕩器的頻率越高,計時精度越高，但耗電量增大。本振蕩器采用CD4060,CD4060內(nèi)部有一個振蕩器和214的分頻器，晶體振蕩器采用32768HZ,經(jīng)分頻后從CD4060的3腳輸出頻率為2HZ的信號，再經(jīng)74LS74組成的2分頻器，輸出1HZ的時鐘秒脈沖。電路見圖4。T . : : M ， Z. 313圖4振蕩器及分頻器2）分頻器分頻器的功能：產(chǎn)生標準秒脈沖信號。利用74LS74能再次進行二分頻，將2HZ分為1HZ,送進電子鐘電路。如圖4所見。3）時分秒計數(shù)器計數(shù)

6、器采用74LS90（如圖5）來組成，根據(jù)前面所述的60進制、24進制計數(shù)器的構(gòu)造原理，可以構(gòu)成時分秒計數(shù)器。74LS90:R01和R02是清零端，當R01=R02=1時，計數(shù)器清零；R91和R92是置9端，當R91=R92=1時，計數(shù)器置9.-!-1-B-izn二3-Oct-QD-4,N9空74LS9DD-宜1I.a.-.4)5)譯碼顯示電路采用74LS47驅(qū)動數(shù)碼顯示管進行當前時間的顯示。校時電路當數(shù)字電子鐘接通電源或者計時出現(xiàn)誤差時，均需要校正時間，校時電路是數(shù)字鐘的基本功能。對校時電路的基本要求：在進行小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)，同理，在進行分校時時不影響秒的正常計數(shù)。校正時間的方

7、式有“快校時”和“慢校時”兩種，其中“快校時”是通過校時開關(guān)的控制，使校時脈沖進入校時電路，則計數(shù)器對校時脈沖進行計數(shù)，當計到需要校正的時間時，再使計數(shù)器轉(zhuǎn)入正常計數(shù)。“慢校時”是用單脈沖發(fā)生器的輸出作校時脈沖，通過校時開關(guān)的控制，每觸發(fā)一次輸出一個單脈沖，則計數(shù)器加1,當計到需要校正的時間時，再使計數(shù)器轉(zhuǎn)入正常計數(shù)。由此可見，兩種校時方式的電路基本相同，不同的是校時脈沖的產(chǎn)生與控制方式有所區(qū)別。校時電路如圖6所示。1(k - : 一圖6校時電路圖6中是由與非門構(gòu)成的組合邏輯電路，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時，可能會產(chǎn)生抖動，必要時還應(yīng)將其改為抖動開關(guān)電路。校時開關(guān)的功能表（見表1）表1校

8、時開關(guān)功能表3、連接整個系統(tǒng)并上機仿真在MULTISIM軟件上，將整個電路連接完整，并仿真。4、組裝電路并調(diào)試出結(jié)果在面包板上搭建電路，并進行調(diào)試。注：因考慮到面包板上的面積有限，故在搭建電路時只是搭建了時與分的部分；另外，因為一分鐘60秒，速度很慢，不易于觀察。故將分看成秒，時看成分。所以，在搭建過程中涉及到24進制和60進制。五、搭建電路所需的器材統(tǒng)計七段顯示管4個，驅(qū)動管74LS47四個，74LS90四個，74LS08（與門）一個，74LS00（與非門）2個，CD4060一個，74LS74（二分頻）一個，100歐電阻四個，1兆電阻1個，1K電阻一個，電阻2個，LED燈一支，56PF電容兩

9、個，32768Hz晶體振蕩器一個。六、實物搭建顯示結(jié)果上圖為時鐘的每個時刻（12:57）本電路還可以實現(xiàn)校時，即按動校時開關(guān)來進行校時，如：校時到12:七、調(diào)試過程中的問題查找及更正本次電路搭建過程中，并不是像想象中那么一帆風順。在電路搭建完成通電檢驗時發(fā)現(xiàn)了兩個問題：1、 時計數(shù)器能夠計數(shù)到三十幾，這顯然與設(shè)計不符。這說明當時計數(shù)器計數(shù)到23時，只要脈沖再來，該計數(shù)器并不清零，即計數(shù)器沒有達到24進制的要求。把焦點集中在時計數(shù)器的連接上，發(fā)現(xiàn)電路搭建時有一條線錯了，重新改接后，再通電發(fā)現(xiàn)這個問題已經(jīng)解決。2、 分計數(shù)器不能進位：于是就重點檢查分計數(shù)器，第一次并沒有發(fā)現(xiàn)任何錯誤。所以，我再次分析電路原理，還是沒有發(fā)現(xiàn)錯誤。到這個時候，我已經(jīng)是筋疲力盡了，也沒有辦法再排錯了。所以，我選擇休息一會兒，在開始檢查電路連接。果然，還真的是電路搭建出現(xiàn)了問題。因為，本次實驗中用到了一片74LS08,它是四個與門組成的一個芯片。在搭建電路的過程中我只用第三四個與門，并沒有用到其余兩個與門，但是我在連接校時電路的分進位脈沖時，卻用第一二個與門。故分計數(shù)器不能照常進位。八、實驗總結(jié)1、 在搭建電路中一定要細心，切不可心急。當