74LS161電子時鐘設(shè)計

74LS161電子時鐘設(shè)計74LS161電子時鐘設(shè)計/74LS161電子時鐘設(shè)計摘要此次電子時鐘的設(shè)計，是以同步加法計數(shù)器74LS161為基礎(chǔ)的時序邏輯電路設(shè)計，其有較強的實際應(yīng)用性。74LS161可以靈活的應(yīng)用于各種數(shù)字電路的設(shè)計，實現(xiàn)各種功能。在本設(shè)計中，我使用74LS161的各種級聯(lián)方式實現(xiàn)了多級多進制的計數(shù)并分級連接數(shù)碼管，實現(xiàn)了電子時鐘的功能。關(guān)鍵詞：數(shù)字時鐘；計數(shù)器；級聯(lián)；74LS161。目錄第1章設(shè)計任務(wù)21.1內(nèi)容及要求21.2用途2第2章設(shè)計方案22.1設(shè)計思路22.2設(shè)計方案及其論證32.3元器件的選擇4第3章電路設(shè)計73.1輸入73.2計數(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試及性能104.1電路的安裝調(diào)試（仿真）114.2性能指標(biāo)測量及記錄..11總結(jié)..14參考文獻15第1章設(shè)計任務(wù)1.1內(nèi)容及要求電子時鐘設(shè)計：設(shè)計一個具有時、分、秒的十進制數(shù)字顯示的計數(shù)器。用MULTISIM軟件實現(xiàn)，并用proteus畫出PCB板。1.2用途：此設(shè)計可以應(yīng)用于各種計時器，通過調(diào)節(jié)脈沖，可以構(gòu)成秒表，電子時鐘以及各種顯示方案的計時/計數(shù)設(shè)備。第2章設(shè)計方案整體思路：本題目的要求是做一個能顯示時、分、秒的計數(shù)器，那么這個電路就用該包含3部分:第一部分提供周期的脈沖信號；第二部分是以第一部分為輸入源的組合計數(shù)器；第三部分是顯示部分，把第二部分計數(shù)的結(jié)果按照一定的方式顯示。2.1設(shè)計思路2.1.1信號源信號源要求是有周期的脈沖輸入才能夠進行計數(shù)，應(yīng)選擇方波輸入的脈沖信號。2.1.2.計數(shù)器計數(shù)器應(yīng)該分為3部分，分別記錄時、分、秒。2.1.3計秒位一分鐘有60秒，故秒位應(yīng)該用60進制的計數(shù)器。記秒位要顯示2位數(shù)，并且沒有集成的60進制計數(shù)器，所以級聯(lián)的計數(shù)器應(yīng)該可以實現(xiàn)兩位輸出。每計60秒秒位將會向分位進一并且本位清零。2.1.4計分位一小時有60分鐘，故分位也應(yīng)該用60進制的計數(shù)器。和記秒位一樣，記分位同樣要顯示2位數(shù)，且沒有集成60進制計數(shù)器，所以級聯(lián)的計數(shù)器應(yīng)該可以實現(xiàn)兩位輸出。每計60分分位將會向小時位進一并且本位清零。2.1.5計小時位一天有24小時（這里設(shè)計的是24小時制計數(shù)器），故秒位應(yīng)該用24進制的計數(shù)器。記小時位要顯示2位數(shù)，并且沒有集成的24進制計數(shù)器，所以級聯(lián)的計數(shù)器應(yīng)該可以實現(xiàn)兩位輸出。每計滿24小時本位將會進行一次清零。2.1.6顯示輸出小時、分鐘、秒這3位每位都需要輸出兩位數(shù)，故總共會有6位數(shù)輸出。將輸出顯示要使用顯示譯碼器/數(shù)碼管連接到每一個計數(shù)器的輸出端。2.1.7進位和清零進位和清零應(yīng)該是同步的，即當(dāng)秒位計滿60秒的瞬間，應(yīng)該同時發(fā)出一個進位脈沖給下一級計數(shù)器和一個本位的清零脈沖進行清零。故可以用邏輯門在兩級計數(shù)器之間進行連接以實現(xiàn)功能。2.2設(shè)計方案及其論證按照整體思路，設(shè)計方案如下：使用同步加法計數(shù)器74LS161構(gòu)成60進制加法計數(shù)器作為第一級（秒）計數(shù)器。在秒的個位計數(shù)到10的瞬間，向本位發(fā)送一個清零信號，并同時向十位發(fā)送一個進位脈沖。秒的十位加法計數(shù)器在計數(shù)到6的瞬間，向本位發(fā)送一個清零信號，并同時向分位的個位發(fā)送一個進位脈沖。這樣就構(gòu)成了一個級聯(lián)而形成的60進制帶進位與清零的加法計數(shù)器。按照同樣的方法，可以構(gòu)成分位的計數(shù)器。小時位和分位、秒位不同，它是以10進制來顯示24進制數(shù)，所以清零與計數(shù)的方式要有所改變。小時位有兩個清零信號：①在小時的個位計數(shù)到10的瞬間，向本位發(fā)送一個清零信號，并同時向十位發(fā)送一個進位脈沖。②在小時的十位計數(shù)到2并且個位計數(shù)到4的瞬間，向個位和十位同時發(fā)送一個清零信號。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.脈沖信號進過計算，60Hz的方波可以滿足每秒一個脈沖輸入的要求。圖2.1輸入元器件2.3.3.計數(shù)器本次設(shè)計采用同步加法計數(shù)器74LS161。74LS161為可預(yù)置的4位二進制同步計數(shù)器,它可以靈活的運用在各種數(shù)字電路，以及單片機系統(tǒng)種實現(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，不管時鐘端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，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的計數(shù)是同步的，靠CLOCK同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。當(dāng)ENP、ENT均為高電平時，在CLOCK上升沿作用下QA－QD同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(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有超前進位功能。當(dāng)計數(shù)溢出時，進位輸出端（RCO）輸出一個高電平脈沖，其寬度為QA的高電平部分。74LS161在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成N位同步計數(shù)器。圖2.374LS161功能表2.3.4.譯碼器顯示計數(shù)結(jié)果需要用到顯示譯碼器DCD_HEX圖2.4兩個正在工作的顯示譯碼器DCD_HEX2.3.5邏輯門本設(shè)計需要用到非門（7405N）和與非門（7400N）圖2.5非門（7405N）和與非門（7400N）第3部分電路設(shè)計3.1輸入A-D置位端接地（置零），ENT和ENP以及CLR接VCC(置1），CLK接時鐘輸入的負(fù)極（因為是低電平有效）按照圖示方法接線。圖3.1輸入端的連接3.2計數(shù)器初始方案：本次試驗設(shè)計要設(shè)計60和24進制加法計數(shù)器，其大于一個74LS161的計數(shù)范圍需要進行級聯(lián)。借助Cr對計數(shù)器清零，可以實現(xiàn)60進制的計數(shù)。當(dāng)且僅當(dāng)秒的個位計數(shù)到10的瞬間，即輸出為1010時，向本位發(fā)送一個清零信號，并同時向十位發(fā)送一個進位脈沖。改進方案：由于74LS161直接清零方式為異步清零，這種清零方式會導(dǎo)致清零的不可靠。在使用這種方案的時候，必須要把脈沖調(diào)整到一個較低的周期，才會產(chǎn)生有效地清零和進位信號。故需要對清零進行一定的改進，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四個端口來實現(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，在CLOCK上升沿作用下，輸出端QA－QD會與數(shù)據(jù)輸入端A－D相一致。通過采用預(yù)置的方式，可以確保清零的穩(wěn)定。再次改進：在改進之后，仍存在一些問題。為了使清零和進位同步進行，我把清零的輸出端引出一根線，加上非門引入下一級計數(shù)器的輸入端（因為CLK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，可以實現(xiàn)多重清零方式，從而可以實現(xiàn)24進制用10進制顯示的計數(shù)方式，并且清零和進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端是連接下一級脈沖信號的輸入端；B端是用于清零的低電平信號，連接到置位端，當(dāng)計數(shù)器輸出為10（1010B）時會通過與非門產(chǎn)生一個清零信號；C是進位端，在清零端上加了一個非門形成。BCABCA圖3.2單級計數(shù)器按照每位的進位/清零要求，把留個計數(shù)器進行級聯(lián)：圖3.3計數(shù)器的級聯(lián)3.3顯示輸出結(jié)果每一級計數(shù)器的QA－QD為計數(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試及性能檢測4.1電路的安裝調(diào)試（仿真）電路連接如圖4.5所示，運行電路，開始測試。4.2性能指標(biāo)測量及記錄4.2.1秒位的計數(shù)測量圖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分位的計數(shù)測量圖4.59分狀態(tài)圖4.610分狀態(tài)4.2.4分位向小時位進位和清零圖4.759分鐘狀態(tài)圖4.860分鐘（一小時）狀態(tài)4.2.5小時位的計數(shù)圖4.99小時狀態(tài)圖4.1010小時狀態(tài)4.2.6小時位的清零圖4.1123小時59分59秒狀態(tài)圖4.1224小時整（0時）狀態(tài)總結(jié)此次為期將近二周的課程設(shè)計到此告一段落，在此次課程設(shè)計中，我有很多感觸。課程設(shè)計是我們專業(yè)課知識綜合運用的實踐訓(xùn)練，是對專業(yè)知識的總結(jié)與考察，是從事將來的工作前的一個不可或缺的過程。剛拿到設(shè)計題目時，我還是比較迷茫的，感覺無從下手。所以我并沒有急于下手，而是花了一天的時間去分析題目，設(shè)計出其大致運行原理，并進行一定的論證和改進。在方案確定之后，我再去查閱資料，選定芯片，通過所選芯片的參數(shù)和功能來重新改進設(shè)計方案。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小時就完成并進一步改進了我的設(shè)計，并且完成了驗證。在本次課程設(shè)計中，我發(fā)現(xiàn)了很多問題，雖然上學(xué)期也做過這樣的課程設(shè)計，但是這次設(shè)計讓我有了很大的長進。通過這次設(shè)計，我把理論和實際緊密的聯(lián)系在了一起，感覺學(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)理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的?？偟膩碚f，此次課程設(shè)計雖有挫