畢業(yè)設(shè)計論文多功能數(shù)字鐘設(shè)計與制作

1、多功能數(shù)字鐘設(shè)計與制作摘 要本次設(shè)計以數(shù)字電子為主，分別對1S時鐘信號源、秒計時顯示、分計時顯示、小時計時顯示、上午下午計時顯示、星期計時顯示、整點(diǎn)報時及校時電路進(jìn)行設(shè)計，然后將它們組合，來完成時、分、秒、上午下午及一星期七天的顯示，12小時制和24小時制互換顯示并且有整點(diǎn)報時和走時校準(zhǔn)的功能。關(guān)鍵詞：校表；小時互換顯示；上下午顯示；星期顯示；整點(diǎn)報時【前言】在本世紀(jì)，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作

2、的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時間。忘記了要做的事情，因此數(shù)字鐘是必不可少的。它給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領(lǐng)域。在這里我們將已學(xué)過的比較零散的數(shù)字電路的知識有機(jī)的、系統(tǒng)的聯(lián)系起來用于實際，來培養(yǎng)我們的綜合分析和設(shè)計電路的能力。更為我學(xué)習(xí)PLD技術(shù)打下堅實的基礎(chǔ)。數(shù)字鐘的概述本次設(shè)計的數(shù)字鐘是實現(xiàn)對時、分、秒、上午、下午、星期數(shù)字顯示的計時裝置,時周期為24小時和12小時，顯示滿刻度為23時59分59秒和12時59分59秒，上、下午的顯示

3、“1”為上午，“2”為下午，星期的顯示“1”“2”“3”“4”“5”“6”“日”，并具有校時功能和報時功能的數(shù)字電子鐘。電路主要采用中規(guī)模CMOS集成電路.本系統(tǒng)的設(shè)計電路由脈沖邏輯電路模塊、計數(shù)模塊、譯碼顯示電路模塊、整點(diǎn)報時模塊、校時模塊等幾部分組成。采用5V直流作電源，采用低功耗的CMOS芯片及LED數(shù)碼顯示器，發(fā)生器使用晶體振蕩、計數(shù)振蕩器4060及雙JK觸發(fā)器4027，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒計數(shù)器”；計數(shù)器采用4518和74LS161集成計數(shù)器來實現(xiàn)，分別用4518組成時、分、秒計數(shù)器，則兩個六十進(jìn)制(秒、分)計數(shù)器、一個二十四進(jìn)制(時)的計數(shù)器、一個一十二進(jìn)制（時）的計數(shù)器，74LS

4、161組成二進(jìn)制的（上、下午）計數(shù)器及七進(jìn)制的（星期）計數(shù)器；用74LS157選擇器來選擇12小時制和24小時制的顯示；整點(diǎn)報時電路以門電路、觸發(fā)器及揚(yáng)聲器構(gòu)成，要求在離整點(diǎn)差5秒時，每1秒鐘鳴叫一次，共響6次，前五次為低音512Hz，最后一聲為高音1024Hz；校時電路是由與非門構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用來對“星期”、“時”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行調(diào)整的；譯碼顯示電路選用BCD-7段鎖存譯碼驅(qū)動器4511構(gòu)成，再經(jīng)過LED七段顯示器顯示出來。如圖（1）則是多功能數(shù)字鐘設(shè)計的整體框圖：數(shù)碼顯 示數(shù)碼顯 示數(shù)碼顯 示數(shù)碼顯 示數(shù)碼顯 示數(shù)碼顯 示數(shù)碼顯 示數(shù)碼顯 示星期譯 碼上下午譯碼十位時譯碼

5、個位時譯碼十位分譯碼個位分譯碼十位秒譯碼個位秒譯碼秒 計數(shù) 器（60）分 計數(shù) 器（60）時個位選擇時十位選擇校星期星期計數(shù)時 計數(shù) 器（24）上下午計數(shù)小 時計 數(shù)（12）校時電路校分電路整點(diǎn)報時晶體振蕩分頻電路二分頻電路512HZ1024HZ1HZ2HZ圖（1）多功能數(shù)字鐘設(shè)計的整體框圖仿真軟件Multisim 7簡單介紹Multisim 7基本操作Multisim 7是IIT公司推出Multisim 2001之后的Multisim最新版本。Multisim 7提供了全面集成化的設(shè)計環(huán)境，完成從原理圖設(shè)計輸入、電路仿真分析到電路功能測試等工作。當(dāng)改變電路連接或改變元件參數(shù)，對電路進(jìn)行仿真時

6、，可以清楚地觀察到各種變化對電路性能的影響 。1.1.1 基本界面仿真電源開關(guān)菜單欄工具欄元器件欄儀器儀表欄電路工作區(qū)狀態(tài)欄1.1.2 文件基本操作 與Windows常用的文件操作一樣，Multisim7中也有： New-新建文件、Open-打開文件、Save-保存文件、Save As-另存文件、Print-打印文件、Print Setup-打印設(shè) Exit-退出等相關(guān)的文件操作。 以上這些操作可以在菜單欄File子菜單下選擇命令，也可以應(yīng)用快捷鍵或工具欄的圖標(biāo)進(jìn)行快捷操作。 1.1.3 元器件基本操作常用的元器件編輯功能有：90 Clockwise-順時針旋轉(zhuǎn)90、90 CounterCW-

7、逆時針旋轉(zhuǎn)90、Flip Horizontal-水平翻轉(zhuǎn)、Flip Vertical-垂直翻轉(zhuǎn)、Component Properties-元件屬性等。這些操作可以在菜單欄Edit子菜單下選擇命令，也可以應(yīng)用快捷鍵進(jìn)行快捷操作。原始圖像 順時針旋轉(zhuǎn)90 逆時針旋轉(zhuǎn)90 水平翻轉(zhuǎn) 垂直翻轉(zhuǎn)1.2 Multisim 7電路創(chuàng)建1.元器件(1) 選擇元器件 在元器件欄中單擊要選擇的元器件庫圖標(biāo)，打開該元器件庫。在屏幕出現(xiàn)的元器件庫對話框中選擇所需的元器件，常用元器件庫有13個：信號源庫、基本元件庫、二極管庫、晶體管庫、模擬器件庫、TTL數(shù)字集成電路庫、CMOS數(shù)字集成電路庫、其他數(shù)字器件庫、混合器件庫

8、、指示器件庫、其他器件庫、射頻器件庫、機(jī)電器件庫等。(2) 選中元器件 鼠標(biāo)點(diǎn)擊元器件，可選中該元器件。(3) 元器件操作 選中元器件，單擊鼠標(biāo)右鍵，在菜單中出現(xiàn)下列操作命令：Cut：剪切Copy：復(fù)制Flip Horizontal：選中元器件的水平翻轉(zhuǎn)；Flip Vertical：選中元器件的垂直翻轉(zhuǎn)；90 Clockwise：選中元器件的順時針旋轉(zhuǎn)90；90 CounterCW：選中元器件的逆時針旋轉(zhuǎn)90；Color：設(shè)置器件顏色Edit Symbol：設(shè)置器件參數(shù)Help：幫助信息(4)元器件特性參數(shù) 雙擊該元器件，在彈出的元器件特性對話框中，可以設(shè)置或編輯元器件的各種特性參數(shù)。元器件不

9、同每個選項下將對應(yīng)不同的參數(shù)。 例如：NPN三極管的選項為： Label - 標(biāo)識 Display - 顯示 Value - 數(shù)值 Fault - 故障 1.3 Multisim 7菜單欄如下:11個菜單欄包括了該軟件的所有操作命令。從左至右為：File（文件）、Edit（編輯）、View（窗口）、Place（放置）、Simulate（仿真）、Transfer（文件輸出）、Tools（工具）、Reports（報告）、Options（選項）、Window（窗口）和Help（幫助）。1.4 Multisim 7儀器儀表使用Multisim 7儀器儀表欄如下: Multisim 7在儀器儀表欄下提供

10、了17個常用儀器儀表，依次為數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、瓦特表、雙通道示波器、四通道示波器、波特圖儀、頻率計、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、IV分析儀、失真度儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、Agilent信號發(fā)生器、Agilent萬用表、Agilent示波器。1.4.1 數(shù)字萬用表（Multimeter） Multisim 7提供的萬用表外觀和操作與實際的萬用表相似，可以測電流A、電壓V、電阻和分貝值db，測直流或交流信號。萬用表有正極和負(fù)極兩個引線端。1.4.2 函數(shù)發(fā)生器（Function Generator） Multisim 7提供的函數(shù)發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦波、三角波和矩形波，信號頻率可

11、在1Hz到999MHz范圍內(nèi)調(diào)整。信號的幅值以及占空比等參數(shù)也可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。信號發(fā)生器有三個引線端口：負(fù)極、正極和公共端。1.4.3 雙通道示波器（Oscilloscope） Multisim 7提供的雙通道示波器與實際的示波器外觀和基本操作基本相同，該示波器可以觀察一路或兩路信號波形的形狀，分析被測周期信號的幅值和頻率，時間基準(zhǔn)可在秒直至納秒范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。示波器圖標(biāo)有四個連接點(diǎn)：A通道輸入、B通道輸入、外觸發(fā)端T和接地端G。示波器的控制面板分為四個部分：（1）Time base（時間基準(zhǔn)） Scale（量程）：設(shè)置顯示波形時的X軸時間 顯示方式設(shè)置有四種：Y/T方式指的是X軸顯示時間，

12、Y軸基準(zhǔn)。 X position（X軸位置）：設(shè)置X軸的起始位置。顯示電壓值；Add方式指的是X軸顯示時間，Y軸顯示A通道和B通道電壓之和；A/B或B/A方式指的是X軸和Y軸都顯示電壓值。（2）Channel A（通道A） Scale（量程）：通道A的Y軸電壓刻度設(shè)置。 Y position（Y軸位置）：設(shè)置Y軸的起始點(diǎn)位置，起始點(diǎn)為0表明Y軸和X軸重合，起始點(diǎn)為正值表明Y軸原點(diǎn)位置向上移，否則向下移。 觸發(fā)耦合方式：AC（交流耦合）、0（0耦合）或DC（直流耦合），交流耦合只顯示交流分量，直流耦合顯示直流和交流之和，0耦合，在Y軸設(shè)置的原點(diǎn)處顯示一條直線。（3） Channel B（通道B）

13、 通道B的Y軸量程、起始點(diǎn)、耦合方式等項內(nèi)容的設(shè)置與通道A相同。（4） Tigger（觸發(fā)） 觸發(fā)方式主要用來設(shè)置X軸的觸發(fā)信號、觸發(fā)電平及邊沿等。 Edge（邊沿）：設(shè)置被測信號開始的邊沿，設(shè)置先顯示上升沿或下降沿。 Level（電平）：設(shè)置觸發(fā)信號的電平，使觸發(fā)信號在某一電平時啟動掃描。 觸發(fā)信號選擇：Auto（自動）、通道A和通道B表明用項應(yīng)的通道信號作為觸發(fā)信號；ext為外觸發(fā)；Sing為單脈沖觸發(fā)；Nor為一般脈沖觸發(fā)。數(shù)字鐘的系統(tǒng)設(shè)計3.1 秒脈沖發(fā)生器3.1.1 晶體振蕩器的形成晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768z的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管

14、是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。如圖（2）所示晶體振蕩電路框圖：圖（2）晶體振蕩電路框圖晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字鐘的重要核心，晶體振蕩器它確保了時鐘的走的時準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。如圖2所示電路通過CMOS非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，這個電路中，CMOS非門U1與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，右邊的非門實現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電阻R為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容C1、C2與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個180度相移，從而和

15、非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確其中晶體振蕩器的頻率選為32768Hz。該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計，其頻率較低，有利于減少分頻器級數(shù)。其中C1的值取3-22pF，C2為30pF。C1作為校正電容可以對溫度進(jìn)行補(bǔ)償，以提高頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。，而反饋電阻R1可選為1M10M 但由于CMOS電路的輸入阻抗極高，所以本設(shè)計中取10M。因為較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。31.2 秒脈沖發(fā)生器的形成本次設(shè)計是運(yùn)用了4060分頻器和4027分頻器將32768z的高頻方波信號經(jīng)32768（）次分頻后得到1Hz的方波信

16、號供秒計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)。秒脈沖發(fā)生器就是秒脈沖發(fā)生器經(jīng)過晶振器穩(wěn)壓后，送到4060經(jīng)其內(nèi)部14級分頻后得到2Hz的時鐘脈沖，同時也輸出所需的512HZ和1024HZ頻率,再把2HZ經(jīng)4027分頻器，進(jìn)行一次分頻，最后就可以得到1秒脈沖。在本電路中4060只使用其16、12、11、10、8、6、4、3腳，其中16腳與12腳接電源正極，8腳接地，10腳與11腳之間接石英晶體，6腳是發(fā)出512HZ的頻率，4腳是發(fā)出1024HZ的頻率，電路產(chǎn)生的2Hz脈沖由3腳輸出。4027為雙JK觸發(fā)器，其內(nèi)部含有兩個獨(dú)立的JK觸發(fā)器，本電路只使用第二個，其中16腳6腳（J2）5腳（K2）接電源，4腳（R2）7腳（S

17、2）8腳接地，3腳（CP2）輸入2Hz脈沖信號，分頻后的1Hz也就是1S脈沖由1腳（Q2）輸出。其圖為圖（3）秒脈沖發(fā)生器。圖（3）秒脈沖發(fā)生器3.1.3 計數(shù)器有了時間標(biāo)準(zhǔn)“秒”信號后，就可以根據(jù)60秒為1分、60分為1小時、24小時為1天、七天為一星期的計數(shù)周期，分別組成兩個六十進(jìn)制(秒、分)、一個二十四進(jìn)制(時)一個十二進(jìn)制（時）、一個（上、下午）二進(jìn)制、一個（星期）七進(jìn)制的計數(shù)器。將這些計數(shù)器適當(dāng)連接，就可以構(gòu)成秒、分、時的計數(shù)，實現(xiàn)計時功能。3.2 二-十進(jìn)制同步加法計數(shù)器4518集成塊4518是一個雙BCD加法計數(shù)器，其管腳排列如圖（4）。圖（4）4518引腳排列4518計數(shù)器它封

18、裝了兩個可以互換2/10進(jìn)制計數(shù)器，其功能引腳分別為1-7腳，9-15腳。該計數(shù)器是單路系統(tǒng)脈沖輸入（1EN或1CP腳；2EN或2CP腳）；4路BCD碼信號輸出（1Q1、1Q2、1Q3、1Q4和2Q1、2Q2、2Q3、2Q4腳）；4518有兩個時鐘脈沖輸入端CP和EN端，時鐘上升沿和下降沿都能觸發(fā)。若用時鐘上升沿觸發(fā)，信號CP輸入，此時EN端為高電平，若用時鐘下降沿觸發(fā)，此時CP為低電平，信號由EN輸入；在此同時復(fù)位端Cr也要保持低電平，只有滿足了這些條件時，電路才會處于計數(shù)狀態(tài)。其邏輯功能如表（1）所示。表（1）4518邏輯功能表CPENCr功 能10加計數(shù)0 0加計數(shù)0不變 0不變00不變

19、10不變1Q1Q4=03.2.1 集成同步計數(shù)器74LS16174LS161是一種同步四位二進(jìn)制加法集成計數(shù)器。其管腳的排列如圖5所示。圖（5）74LS161引腳排列74LS161是同步的可預(yù)置的4位二進(jìn)制加法計數(shù)器，其中Rd是異步清零端，Ld是同步預(yù)置控制端，都為低電平有效，EP、ET是使能控制，CP是時鐘脈沖輸入端，RCO是進(jìn)位輸出，D0、D1、D2、D3為并行數(shù)據(jù)輸入，Q3、Q2、Q1、Q0是輸出端依次由高為到低位。它的計數(shù)功能：當(dāng)Rd=Ld =EP=ET =1，CP=CP時，實現(xiàn)計數(shù)功能。同步并行置數(shù)功能：當(dāng)Rd=1時，預(yù)置控制端Ld=0，并且 CP=CP時，Q3Q2Q1Q0= D3D

20、2D1D0，實現(xiàn)同步預(yù)置數(shù)功能。保持功能：當(dāng)Rd=Ld=1且EP*ET=0時，輸出Q3Q2Q1Q0保持不變。如EP=0、ET=1，則進(jìn)位輸出信號RCO保持不變，如ET=0則不管EP狀態(tài)如何進(jìn)位輸出信號RCO為低電平。異步清零功能 ：當(dāng)復(fù)位端Rd=0時，不管有無時鐘脈沖CP，計數(shù)器輸出Q3Q2Q1Q0全為零，實現(xiàn)異步清零功能（又稱復(fù)位功能）。其邏輯功能如表（2）所示。清零預(yù)置使 能時鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸 出工 作模 式RdLdEP ETCPD3 D2 D1 D0Q3 Q2 Q1 Q0011110111 0 01 1 D3 D2 D1 D0 0 0 0 0D3 D2 D1 D0保 持保 持計 數(shù)異步清

21、零同步置數(shù)數(shù)據(jù)保持?jǐn)?shù)據(jù)保持加法計數(shù) 表（2） 74LS161邏輯功能7 4518構(gòu)成的秒、分60進(jìn)制計數(shù)器由于4518是一個含有兩個十進(jìn)制的計數(shù)器，所以只要用一個就可以實現(xiàn)六十進(jìn)制的計數(shù)。在設(shè)計中利用的是時鐘脈沖上升沿觸發(fā)，也就是EN接高電平，CP接輸入信號。它的接法如圖（6）所示。圖（6）六十進(jìn)制的計數(shù)器在數(shù)字鐘里，分和秒都是以六十進(jìn)制計數(shù)，所以它們的原理一樣，所以在這里只討論秒。我們知道六十是由個位和十位組成的，它的個位是個十進(jìn)制，所以我們要讓計數(shù)器從0開始計數(shù)，到9以后個位要清零，而且要向十位的進(jìn)一位；而9的8421碼是：1001，也就是1Q41Q31Q21Q1=1001時，將1Q4，1

22、Q1送入與非門，與非門的輸出可以做十位的進(jìn)位信號。因為：當(dāng)1Q4、1Q1為同時1時，則輸出為0，否則它們與非后是輸出為1，也就是說當(dāng)計數(shù)到9后自動清零，使輸出變?yōu)?，即出現(xiàn)一個上升沿，這個上升沿則是十位的進(jìn)位脈沖，它的十位是一個六進(jìn)制，可以利用2Q42Q32Q22Q1=0110使信號清零，同時結(jié)合高位進(jìn)位。要想它既能給高位進(jìn)位脈沖又能使它清零，應(yīng)該將2Q2、2Q3送入與非門，然后再把輸出接一個非門，這個非門輸出的數(shù)就是進(jìn)位脈沖和清零信號，如：當(dāng)2Q2、2Q3同時為1時，那么它們與非后的到0，再經(jīng)過非門，就得到了一個高電平，然后把1Cr1、2Cr2接入這個高電平就可以對計數(shù)器進(jìn)行清零了，這個高電

23、平也是給高位的進(jìn)位脈沖。 3.2.3 4518構(gòu)成二十四進(jìn)制計數(shù)器二十四進(jìn)制也是用4518的時鐘上升沿觸發(fā)的，接法如圖（7）所示。圖（7）二十四進(jìn)制計數(shù)器二十四進(jìn)制計數(shù)器用在數(shù)字鐘里是對小時的計數(shù)，也就是計數(shù)一周期為一天，高位進(jìn)位脈沖送入星期計數(shù)器做低位進(jìn)位脈沖。二十四進(jìn)制計數(shù)器，它的個位也是十進(jìn)制，其的接法和六十進(jìn)制一樣。它的十位不能接成二進(jìn)制，因為它計數(shù)是24為一周期，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到24時，即個位為0100，十位是0010；為了達(dá)到二十四進(jìn)制計數(shù)器的目的，那么就只要把2Q2、1Q3接入與非門，輸出的結(jié)果再進(jìn)行非一次就可以實現(xiàn)它對高位的進(jìn)位和計數(shù)器清零的功能了。3.2.4 4518構(gòu)成十二進(jìn)

24、制計數(shù)器十二進(jìn)制和上面一樣是用4518構(gòu)成的，它的接法如圖（8）所示。圖（8）十二進(jìn)制計數(shù)器十二進(jìn)制在數(shù)字鐘的作用和接線原理和二十四進(jìn)制的一樣，高位脈沖也是具有清零和進(jìn)位脈沖的功能。不同的是它是把一天分上午和下午計的。所以它的高位進(jìn)位脈沖是送給上、下午的計數(shù)器做低位進(jìn)位脈沖的。而它的高位脈沖是把2Q1、1Q2送入與非門，再把輸出的結(jié)果經(jīng)過非門得到的。由于該計數(shù)器采用4518設(shè)計的，所以他顯示的時候不會顯示12，而到了11就會變?yōu)?0，為了能夠顯示12，則就把1Q1、1Q2、1Q3、1Q4、2Q1、2Q2、2Q3、2Q4與非門，然后輸出的結(jié)果再與1Q2、2Q1分別或門接入下一個電路；也就是當(dāng)他顯

25、示00的時候就顯示12了。3.2.5 74LS161構(gòu)成二進(jìn)制計數(shù)器 二進(jìn)制計數(shù)器是用74LS161來構(gòu)成的，因為二進(jìn)制只需要一個四位二進(jìn)制計數(shù)器，而且可利用其預(yù)置功能，所以選用74LS161。其接法如圖（9）所示。二進(jìn)制在數(shù)字鐘的功能是對上下午計數(shù)的，也是配合十二進(jìn)制用的。它充分利用了74LS161的同步并行預(yù)置數(shù)的功能，預(yù)置數(shù)為D3D2D1D0=0001，Rd接高電平，所以計數(shù)器不能輸出Q0Q1Q2Q3=0000，而把Q1輸出的信號經(jīng)過一個非門，再接入Ld腳，當(dāng)記數(shù)到0010時，使的Ld=0，就轉(zhuǎn)為同步預(yù)置數(shù)即：D3D2D1D0=0001=Q3Q2Q1Q0。就實現(xiàn)了該二進(jìn)制的功能，這樣使得

26、該計數(shù)器的工作狀態(tài)圖如圖（10）所示。時序圖如圖（11）所示。它的高位進(jìn)位脈沖由Q0輸出。圖（9）二進(jìn)制計數(shù)器Q3Q2Q1Q000010010圖（10）74LS161二進(jìn)制工作狀態(tài)圖圖（11）74LS161二進(jìn)制工作時序圖 74LS161構(gòu)成七進(jìn)制計數(shù)器七進(jìn)制計數(shù)器和二進(jìn)制一樣也是用74LS161。 其接法如圖（12）所示。圖（12）七進(jìn)制計數(shù)器七進(jìn)制計數(shù)器在數(shù)字鐘里是對星期進(jìn)行計數(shù)。所以它的低位進(jìn)位脈沖是來自二十四進(jìn)制和二進(jìn)制輸出的高位脈沖。它的接法原理和二進(jìn)制一樣，Rd也接高電平，預(yù)置數(shù)也為D3D2D1D0=0001，為了讓它能同步計數(shù)，所以在計數(shù)到7時，也就是Q3Q2Q1Q0=0111把

27、Q0、Q1、Q2三位進(jìn)行與非，將結(jié)果再接入Ld，因為當(dāng)他們同時為1以后，與非輸出的結(jié)果為0，所以Ld為低電平，所以就可以實現(xiàn)Q3 Q2 Q1Q0=D3D2D1D0=0001，該七進(jìn)制的時序圖如圖（13）所示。狀態(tài)圖如圖（14）所示。 圖（13）七進(jìn)制時序圖Q3Q2Q1Q00001001000110100010101100111圖（14）七進(jìn)制計數(shù)器狀態(tài)圖3.3 數(shù)據(jù)選擇器3.3.1 數(shù)據(jù)選擇器74LS157數(shù)據(jù)選擇器74LS157是一塊4路2選1的數(shù)據(jù)選擇器。其引腳圖如圖（15）所示。它的邏輯功能見表（3）。圖（15）74LS157引腳排列表（3）74LS161數(shù)據(jù)選擇器的邏輯功能表 輸 入

28、端 輸 出G S A B Y H L L L L L L L H H L H L L L H H H 74LS157的運(yùn)用74LS157運(yùn)用在數(shù)字鐘里的小時計數(shù)器與譯碼器之間，因為在數(shù)字鐘里面有兩個小時計數(shù)器（十二小時和二十四小時），為了能夠讓他們都能譯碼所以選擇了74LS157數(shù)據(jù)選擇器來做橋梁。在這兩個小時計數(shù)器里他們輸出個位和十位都是4位2進(jìn)制碼，而74LS157是一塊4路2選1的數(shù)據(jù)選擇器，所以用了兩塊74LS157，一塊是用來選擇個位，一塊是用來選擇十位。那么把十二進(jìn)制的個位和十位輸出端接個位和十位選擇器的B端（1Q11Q21Q31Q4接個位的1B2B3B4B，2Q12Q22Q32Q

29、4接十位的1B2B3B4B），所以二十四進(jìn)制的個位和十位就接數(shù)據(jù)選擇器的A端接法和B一樣。把G端接低電平，兩個S端串接起來，然后接一個兩路選擇開關(guān)（因為74LS157的S腳是選通控制端），開關(guān)兩端分別接一個高電平和一個低電平。其選擇器的輸出Y端就接譯碼器的ABCD端，當(dāng)開關(guān)打在低電平端，A腳就導(dǎo)通，也就是二十四進(jìn)制輸出端譯碼，高電平時，B導(dǎo)通，十二進(jìn)制譯碼。其具體接法見附錄三（總原理圖）。3.4 譯碼與數(shù)碼顯示3.4.1 譯碼器4511譯碼為編碼的逆過程。它將編碼時賦予代碼的含義“翻譯”過來。實現(xiàn)譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應(yīng)關(guān)系。在本次設(shè)計中選用的譯碼器是4511

30、，4511 是一個用于驅(qū)動共陰 LED 顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，其功能介紹如下：BI：當(dāng)BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LT：當(dāng)BI=1，LT=0 時，不管輸入DCBA狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“日”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。LE：使能控制端，當(dāng)LE=0時，允許譯碼輸出。DCBA：為8421BCD碼輸入端。abcdefg：為譯碼輸出，輸出為高電平。其引腳如圖（16）所示。它的譯碼驅(qū)動器的真值表見表（4）。圖（16）4511引腳排列表（4）4511譯碼驅(qū)動器的真值表數(shù)字或功能 輸 入 輸 出LT RBIA3 A2 A1 A0BI/RBO

31、 a b c d e f g滅燈 00 0 0 0 0 0 0試燈0 11 1 1 1 1 1 1滅零1 00 0 0 000 0 0 0 0 0 0 01 1 0 0 0 0 11 1 1 1 1 1 011 0 0 0 110 1 1 0 0 0 021 0 0 1 011 1 0 1 1 0 131 0 0 1 111 1 1 1 0 0 141 0 1 0 0 10 1 1 0 0 1 151 0 1 0 111 0 1 1 0 1 1 61 0 1 1 011 0 1 1 1 0 171 0 1 1 111 1 1 0 0 0 081 1 0 0 011 1 1 1 1 1 1 91

32、 1 0 0 111 1 1 1 0 1 13.4.2 共陰極數(shù)碼管目前數(shù)字顯示器種類很多，按組成數(shù)字的方式不同，可以分為分段式顯示器、點(diǎn)陣式顯示器和字型重疊式顯示器。在這里我們采用的是分段式顯示器里的七段顯示器，七段顯示器分共陰極和共陽極兩種形式，由于我們的譯碼器選擇的是4511，它是個驅(qū)動共陰極LED顯示器的BCD 碼七段碼譯碼器。所以我們用的數(shù)碼管也的用共陰極的與其匹配。其外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖（17）所示。圖（17）共陰極數(shù)碼管結(jié)構(gòu)3.4.3 譯碼及數(shù)碼在電路中的運(yùn)用譯碼器及數(shù)碼在電路中的接法如圖（18）所示。圖（18）譯碼器及數(shù)碼在電路中的接法由圖（18）可以看出：譯碼器和數(shù)碼管接的沒有

33、變化，只有在b圖譯碼器的LT端接了一個三與非門，這是什么原因呢？這是星期模塊的原因，因為一個星期有七天，沒有星期七，只有星期日，而星期計數(shù)器是一個七進(jìn)制的，顯示不了日，所以當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到（0111=Q3Q2Q1Q0）時也就是7時，把Q2、Q1、Q0進(jìn)行與非門后，輸出的結(jié)果送到Ld腳，使得Ld接低電平，讓數(shù)碼管實行試燈功能，而試燈功能正好顯示的是“日”，所以用它可以來代替星期日。而a圖就是其他模塊的接法。在數(shù)碼管顯示中，分和秒的顯示大家應(yīng)該很明白，值得一提的是二十四小時顯示、十二小時顯示和上、下午顯示，它們的關(guān)系見表（5）。星期的顯示應(yīng)為1（周一）、2（周二）、3（周三）、4（周四）、5（周五）

34、、6（周六）、日（周日）。表（5）十二小時和二十四小時及上下午顯示關(guān)系上 午顯 示（1）（12）時 制120102030405060708091011（24）時 制000102030405060708091011下 午顯 示（2）（12）時 制120102030405060708091011（24）時 制1213141516171819202122233.5 校表電路當(dāng)時鐘指示不準(zhǔn)或停擺時，就需要校準(zhǔn)時間(或稱對表)。校準(zhǔn)的方法很多，常用的有“快速校時法”?，F(xiàn)在以“分計時器”的校時電路為例，簡要說明它的校時原理，見圖（19）。由上下兩個與非門構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可以將1Hz的“秒”信號和“秒計

35、數(shù)器的進(jìn)位信號”送至“分計數(shù)器的CP端”（P端是送入分計數(shù)器的CP端）。究竟是怎么樣校表的呢？它的工作過程是這樣的：當(dāng)開關(guān)沒按時，上面那個與非門輸出低電平，下面輸出高電平?！懊胗嫈?shù)器進(jìn)位信號”通過下面的與門和或門送至“分計數(shù)器的CP端”，使“分計數(shù)器”正常工作；需要校正“分計時器”時，將開關(guān)按下，上面的與非門輸出高電平，下面的與非門輸出低電平，下面的與門封鎖“秒計數(shù)器進(jìn)位信號”，而上面的與門將1Hz的CP信號通過或門送至“分計時器”的CP控制端，使“分計數(shù)器”在“秒”信號的控制下加一計數(shù)，直至正確的時間，再將按鈕復(fù)位，以達(dá)到校準(zhǔn)時間的目的。圖（19）校表電路接線圖3.6 整點(diǎn)報時數(shù)字鐘整點(diǎn)報時

36、是最基本的功能之一?，F(xiàn)在設(shè)計的電路要求在離整點(diǎn)差6秒時，每1秒鐘鳴叫一次，共響6次，前五次為低音512Hz，最后一聲為高音1024Hz。數(shù)字鐘的報時電路主要是利用多個與非門組成，當(dāng)時計數(shù)器在計數(shù)到整點(diǎn)前六秒時，開始報時。即分計數(shù)到59，秒計數(shù)到54時，輸出一個延時高電平，打開低音與門，使報時按512Hz鳴叫5聲；到秒位的計數(shù)器計數(shù)到58時，結(jié)束高電平脈沖。而當(dāng)計數(shù)到59時，則驅(qū)動高音與門，使報時按1024Hz的輸出頻率鳴叫一聲，此時完成報時。報時電路的原理圖如下圖20所示，當(dāng)計時到59分時，與非門（59分）接通，同時校分與非門接通，經(jīng)RS觸發(fā)器，保持此狀態(tài)，因此揚(yáng)聲器不發(fā)聲。當(dāng)計時到59分54

37、秒時，與非門（54秒）經(jīng)RS觸發(fā)器使其置零，在經(jīng)與門與512HZ和成，一起送到揚(yáng)聲器，使揚(yáng)聲器發(fā)聲，鳴叫5聲后，當(dāng)計數(shù)到59分59秒時，與非門（59秒）接通，經(jīng)RS觸發(fā)器在經(jīng)非門與1024HZ頻率，一同驅(qū)動揚(yáng)聲器，使其達(dá)到高音，此時報時完畢。的喇叭，這樣的組合能使聲音更逼真，也不容易燒壞喇叭。其構(gòu)成如圖20所示。圖（20）整點(diǎn)報時接線圖數(shù)字鐘的系統(tǒng)調(diào)試本設(shè)計電路中的與門，非門，或門，異或門，與非門及RS觸發(fā)器都用集成塊代替，分別為與門74ALS808、或門74LS32、非門74LS04、與非門74LS30、74LS00、74LS10、74LS20，RS觸發(fā)器由2個與非門74LS00組成。它們的

38、引腳分布圖見（附錄二）。本次設(shè)計的數(shù)字鐘可以在數(shù)字電路實驗箱上完成也可以自己買元件自己做。在進(jìn)行整體電路連接之前，應(yīng)對各部分的電路進(jìn)行逐一安裝和調(diào)試。如有電腦，最好用Multisim2001仿真軟件進(jìn)行調(diào)試，再把元件安裝在電路板上，如果沒有電腦也可以按以下幾點(diǎn)進(jìn)行。在安裝時特別注意焊接技術(shù)，不要有虛焊或短路。4.1 秒脈沖發(fā)生器電路調(diào)試 按圖（3）電路連線，在4027的第一腳（Q腳）接發(fā)光二極管，觀察發(fā)光二極管的顯示情況，如每秒顯一次，則說明正常。4.2 譯碼顯示電路調(diào)試按圖（18）電路在電路板上連線。BCD-7段鎖存譯碼驅(qū)動器4511和LED七段數(shù)碼管組成。觀察在CP作用下數(shù)碼管的顯示情況。

39、需要注意的是， 4511正常工作時，為高電平，LE應(yīng)為低電平。還有在七進(jìn)制的時候注意4511的Ld腳的接法。4.3 校表電路調(diào)試 按圖（19）所示電路在電路板上連好線，如檢測校分：按下按鈕，分的顯示按照你按的頻率在變化，則表示為正常，其他兩個校表電路也可以用此方法。4.4 計數(shù)器調(diào)試幾種計數(shù)器都可以這樣檢測，用校表電路來檢測，如分計數(shù)器：按60下校分電路的按鈕，看計數(shù)器是否計了60次，并且注意是否有進(jìn)位的脈沖，如果正常就表示沒有錯誤。在接十二進(jìn)制和二十四進(jìn)制時的時候要注意它們的進(jìn)位脈沖都是分的高位脈沖，星期的低位進(jìn)位脈沖應(yīng)該是二進(jìn)制的進(jìn)位脈沖與二十四進(jìn)制的進(jìn)位脈沖相與后的到的脈沖。如果不明白的請看附錄（三）。4.5 數(shù)據(jù)選擇器和調(diào)試 安裝數(shù)據(jù)選擇器主要注意的是十二小時和二十四小時它們接的位置不要接錯，還有