數(shù)字時鐘設(shè)計實驗報告

1、精選文檔電 子 課 程 設(shè) 計題 目：數(shù)字時鐘 數(shù)字時鐘設(shè)計實驗報告1、 設(shè)計要求： 設(shè)計一個24小時制的數(shù)字時鐘。 要求：計時、顯示精度到秒；有校時功能。采用中小規(guī)模集成電路設(shè)計。 發(fā)揮：增加鬧鐘功能。2、 設(shè)計方案： 由秒時鐘信號發(fā)生器、計時電路和校時電路構(gòu)成電路。 秒時鐘信號發(fā)生器可由振蕩器和分頻器構(gòu)成。 計時電路中采用兩個60進制計數(shù)器分別完成秒計時和分計時；24進制計數(shù)器完成時計時；采用譯碼器將計數(shù)器的輸出譯碼后送七段數(shù)碼管顯示。校時電路采用開關(guān)控制時、分、秒計數(shù)器的時鐘信號為校時脈沖以完成校時。3、 電路框圖：譯碼器譯碼器譯碼器時計數(shù)器(24進制)分計數(shù)器(60進制)秒計數(shù)器(60

2、進制)校 時 電 路秒信號發(fā)生器圖一 數(shù)字時鐘電路框圖4、 電路原理圖：（一）秒脈沖信號發(fā)生器秒脈沖信號發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量。由振蕩器與分頻器組合產(chǎn)生秒脈沖信號。Ø 振蕩器: 通常用555定時器與RC構(gòu)成的多諧振蕩器，經(jīng)過調(diào)整輸出1000Hz脈沖。Ø 分頻器: 分頻器功能主要有兩個，一是產(chǎn)生標準秒脈沖信號，一是提供功能擴展電路所需要的信號，選用三片74LS290進行級聯(lián)，因為每片為1/10分頻器，三片級聯(lián)好獲得1Hz標準秒脈沖。其電路圖如下：圖二 秒脈沖信號發(fā)生器（二）秒、分、時計時器電路設(shè)計秒、分計數(shù)器為60進制計數(shù)器，小時計數(shù)

3、器為24進制計數(shù)器。Ø 60進制秒計數(shù)器秒的個位部分為逢十進一，十位部分為逢六進一，從而共同完成60進制計數(shù)器。當計數(shù)到59時清零并重新開始計數(shù)。秒的個位部分的設(shè)計：利用十進制計數(shù)器CD40110設(shè)計10進制計數(shù)器顯示秒的個位 。個位計數(shù)器由0增加到9時產(chǎn)生進位，連在十位部計數(shù)器脈沖輸入端CP，從而實現(xiàn)10進制計數(shù)和進位功能。利用74LS161和74LS11設(shè)計6進制計數(shù)器顯示秒的十位 ，當十位計數(shù)器由0增加到5時利用74LS11與門產(chǎn)生一個高電平接到個位、十位的CD40110的清零端，同時產(chǎn)生一個脈沖給分的個位。其電路圖如下： 圖三 60進制-秒計數(shù)電路Ø 60進制分計數(shù)

4、電路分的個位部分為逢十進一，十位部分為逢六進一，從而共同完成60進制計數(shù)器。當計數(shù)到59時清零并重新開始計數(shù)。秒的個位部分的設(shè)計：來自秒計數(shù)電路的進位脈沖使分的個位加1，利用十進制計數(shù)器CD40110設(shè)計10進制計數(shù)器顯示秒的個位 。個位計數(shù)器由0增加到9時產(chǎn)生進位，連在十位部計數(shù)器脈沖輸入端CP，從而實現(xiàn)10進制計數(shù)和進位功能。利用74LS161和74LS11設(shè)計6進制計數(shù)器顯示秒的十位 ，當十位計數(shù)器由0增加到5時利用74LS11與門產(chǎn)生一個高電平接到個位、十位的CD40110的清零端，同時產(chǎn)生一個脈沖給時的個位。其電路圖如下：圖四 60進制-分計數(shù)電路Ø 24進制時計數(shù)電路來自

5、分計數(shù)電路的進位脈沖使時的個位加，個位計數(shù)器由0增加到9是產(chǎn)生進位，連在十位計數(shù)器脈沖輸入端CP，當十位計到2且個位計到3是經(jīng)過74LS11與門產(chǎn)生一個清零信號，將所有CD40110清零。其電路圖如下：圖五 24進制-時計數(shù)電路 Ø 譯碼顯示電路譯碼電路的功能是將秒、分、時計數(shù)器的輸出代碼進行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用以驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74LS148。74LS148是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動器，輸出高電平有效，專用于驅(qū)動LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。若將秒、分、時計數(shù)器的每位輸出分別送到相應(yīng)七段數(shù)碼管的輸入端，便可以進行不同數(shù)字的顯示。在譯碼管輸出與數(shù)碼管之間串聯(lián)電阻

6、R作為限流電阻。其電路圖如下：圖六 譯碼顯示電路Ø 校時電路校時電路是數(shù)字鐘不可缺少的部分，每當數(shù)字鐘與實際時間不符時，需要根據(jù)標準時間進行校時。一般電子表都具有時、分、秒等校時功能。為了使電路簡單，在此設(shè)計中只進行分和小時的校時?！翱煨r”是通過開關(guān)控制，使計數(shù)器對1Hz校時脈沖計數(shù)。圖中S1為校正用的控制開關(guān)，校時脈沖采用分頻器輸出的1Hz脈沖，當S1為“0”時可以進行“快校時”。 其電路圖如下：8910U10C74LS00123U11A74LS00111213U10D74LS00R33.3kC10.01uFS1GND1011U8E74LS041HZS2/M2 Q2+5V圖七 校

7、隊電路5、 實驗方法：1、秒脈沖產(chǎn)生部分 采用555多諧振蕩器產(chǎn)生1HZ頻率信號，作為秒脈沖及整體電路的信號輸入部分。其仿真電路圖如下圖所示：圖八 秒脈沖發(fā)生器仿真電路2、 計數(shù)電路電子鐘計時分為小時、分鐘和秒，其中小時為二十四進制，分鐘和秒均為六十進制，輸出可以用數(shù)碼管顯示，所以要求二十四進制為0000000000100100計數(shù)，六十進制為0000000001100000計數(shù)，并且均為8421碼編碼形式。（1） 小時計數(shù)二十四進制電路仿真 用兩片74LS160N（分A片、B片）設(shè)計一個一百進制的計數(shù)器，在24（00100100）處直接取出所有為1的端口，經(jīng)過輸入與非門74LS00D，再給兩

8、個清零端CLR。使用74LS160N異步清零功能完成二十四進制循環(huán)，計數(shù)范圍為023。然后用七段顯示譯碼器74LS47D將A、B兩片74LS160N的輸出譯碼給LED數(shù)碼管。仿真電路如圖九所示。 ：圖九 24進制時計數(shù)器仿真電路（2） 分鐘、秒計數(shù)六十進制電路仿真 此電路類似于二十四進制計數(shù)器，采用74LS160N設(shè)計出一百進制的計數(shù)器，在60（01100000）處直接取出所有為1的端口，經(jīng)過輸入與非門74LS00D，再給兩個清零端CLR。使用74LS160N異步清零功能完成六十進制循環(huán)，計數(shù)范圍為059。然后用七段顯示譯碼器74LS47D將A、B兩片74LS160N的輸出譯碼給LED數(shù)碼管。

9、仿真電路如圖所示：圖十 60進制秒計數(shù)器仿真電路圖十一 60進制分計數(shù)器仿真電路（4） 校時校分（秒）電路。數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。這里利用兩個與非門加一個單刀雙擲開關(guān)來實現(xiàn)校時功能。第一個74LS00D與非門的輸入端一端接清零信號，另一端接第二個與非門的輸入端，第二個74LS00D的輸入端一端接計數(shù)脈沖，另一端接一個單刀雙擲開關(guān)。開關(guān)接通的一段接地，另一端接高電平。當開關(guān)打到另一端時，時或分的個位就單獨開始計數(shù)，這樣就能實現(xiàn)校時功能。其電路圖如圖所示：圖十二 校分仿真電路6、 實驗結(jié)果和

10、結(jié)論： 數(shù)字時鐘仿真電路圖如下圖所示，在Multisim11.0中進行仿真，可以實現(xiàn)數(shù)字時鐘的顯示功能、校時功能。顯示功能中，小時實現(xiàn)的是24進制，分和秒實現(xiàn)的是60進制，通過校時電路能夠分別校對時和分。圖十三 數(shù)字時鐘仿真電路7、 設(shè)計體會：在本次Multisim仿真過程，從安裝軟件、選定課題、設(shè)計電路、進行仿真、運行結(jié)果都自己實際操作完成。在數(shù)字時鐘設(shè)計中，根據(jù)老師上課所講的內(nèi)容，可以用兩片集成十進制同步計數(shù)器74LS160D級聯(lián)為100進制，再利用其異步清零功能，可以分別實現(xiàn)小時的24進制和分秒的60進制。當然，在仿真過程中也遇到了很多困難和問題。比如說，無法直接從秒進位到分和分進位到時，并且在仿真中總是出錯。于是自己請教了一些也做數(shù)字時鐘的同學(xué)，同時在網(wǎng)上查找了相關(guān)資料，最后終于用兩個與非門和單刀雙擲開關(guān)實現(xiàn)了從秒到分的進位、分到時的進位功能及校準功能。 通過本次實驗對數(shù)電知識有了更深入的了解，將其運用到了實際中來，明白了學(xué)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)的意義，也達到了其培養(yǎng)的目的。也明白了一個道理：成功就是在不斷摸索中前進實現(xiàn)的，遇到問題我們不能灰心、煩躁，甚至放棄，而要靜下心來仔細思考，分部檢查，找出最終的原因進行改正，這樣才會有進步，才會一步步向自己的目標靠近，才會取得自己所要追求的成功。當然，自己的仿真技術(shù)和應(yīng)用能