1、一、 設(shè)計(jì)題目多功能數(shù)字電子鐘二、 設(shè)計(jì)目的1、 掌握數(shù)字電路中計(jì)數(shù)、分頻、譯碼、顯示及時(shí)鐘脈沖振蕩器等組合邏輯電路與時(shí)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(jì)方法、裝調(diào)技術(shù)及數(shù)字鐘的擴(kuò)展應(yīng)用。三、 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1、 基本要求l 準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間；l 小時(shí)以24進(jìn)制，分和秒都為60進(jìn)制；l 具有校時(shí)電路2、 設(shè)計(jì)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(jì)過(guò)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(jì)時(shí)電路、譯碼顯示電路與校時(shí)電路五大部分組成，其中計(jì)時(shí)電路即為時(shí)間的計(jì)時(shí)，校時(shí)電

2、路主要是在時(shí)間不準(zhǔn)確時(shí)調(diào)節(jié)時(shí)間到準(zhǔn)確的時(shí)間點(diǎn)上。因此，可將電路系統(tǒng)分為以下的模塊（圖1）。顯示器顯示器顯示器譯碼驅(qū)動(dòng)譯碼驅(qū)動(dòng)譯碼驅(qū)動(dòng)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器60進(jìn)制計(jì)數(shù)器60進(jìn)制計(jì)數(shù)器校時(shí)電路校時(shí)電路振蕩器分頻器分頻器圖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(dòng)計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)。因?yàn)槊糠昼?0秒，每小時(shí)60分鐘，所以應(yīng)該有24進(jìn)制的“時(shí)計(jì)數(shù)器”、60進(jìn)制的“分計(jì)數(shù)器”、60進(jìn)制的“秒計(jì)數(shù)器”。當(dāng)“秒計(jì)數(shù)器”計(jì)數(shù)到59后，下一個(gè)脈沖一到“分計(jì)數(shù)器”就進(jìn)1，“分計(jì)數(shù)器”計(jì)數(shù)到59后，再來(lái)一個(gè)脈沖“時(shí)計(jì)數(shù)器”就進(jìn)1。秒計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼、顯示時(shí)鐘秒

3、。分計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼、顯示時(shí)鐘分。時(shí)計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼、顯示時(shí)鐘時(shí)。因每天有24小時(shí)，當(dāng)計(jì)數(shù)到23:59：59時(shí)，再來(lái)一個(gè)脈沖后，就顯示00:00:00。60進(jìn)制計(jì)數(shù)器其中，“秒”和“分”的計(jì)數(shù)器都是60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由一級(jí)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一級(jí)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)組成。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的復(fù)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)=0），6進(jìn)制計(jì)數(shù)器的復(fù)位方法是：當(dāng)CP輸入端輸入第六個(gè)脈沖時(shí)，它的四個(gè)觸發(fā)器輸出的狀態(tài)為“0110”，這時(shí)QbQc均為高電平“1”。將它們相“與”（用兩級(jí)“與非”門，保證復(fù)位信號(hào)為高電平）后，送到計(jì)數(shù)器的清除端Cr，使計(jì)

4、數(shù)器復(fù)“0”，從而實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制計(jì)數(shù)。原理圖見圖2。與非門反相器Q cpCrQc QbCr脈沖圖2 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器24進(jìn)制計(jì)數(shù)器24進(jìn)制計(jì)數(shù)器由兩級(jí)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)、“與非門”和“非門”共同組成。原理為：當(dāng)“時(shí)”計(jì)數(shù)器個(gè)位輸入端CP脈沖到來(lái)第十個(gè)觸發(fā)脈沖時(shí)，“時(shí)”的個(gè)位計(jì)數(shù)器復(fù)“0”，并向“時(shí)”的十位進(jìn)位，在第24個(gè)觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，“時(shí)”的個(gè)位計(jì)數(shù)器的四級(jí)觸發(fā)器狀態(tài)為“0100”，而“時(shí)”的十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為“0010”，這時(shí)“時(shí)”的個(gè)位計(jì)數(shù)器的Qc和“時(shí)”的十位計(jì)數(shù)器的Qb輸出為“1”，把它們相“與”經(jīng)兩級(jí)反相器反相后，送到“時(shí)”計(jì)數(shù)器的清除端Cr，使計(jì)數(shù)器復(fù)“0”。使計(jì)數(shù)器復(fù)“0”。從而實(shí)現(xiàn)

5、了24進(jìn)制計(jì)數(shù)。原理圖見圖3。Qc cpCr反相器與非門QbCr脈沖圖3 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器2、 設(shè)計(jì)數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的各個(gè)單元電路1) 振蕩器振蕩器是數(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(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，故本實(shí)驗(yàn)中選用石英晶體振蕩器來(lái)構(gòu)成振蕩器電路。一般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高，但耗電量增大。本振蕩器采用CD4060，CD4060內(nèi)部有一個(gè)振蕩器和的分頻器，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(hào)，再經(jīng)74LS74組成的2分頻器，輸出1HZ的時(shí)鐘秒脈沖。電路見圖4。圖4 振蕩器及分頻器2) 分頻器分頻器的功能：產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)。

6、利用74LS74能再次進(jìn)行二分頻，將2HZ分為1HZ，送進(jìn)電子鐘電路。如圖4所見。3) 時(shí)分秒計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器采用74LS90（如圖5）來(lái)組成，根據(jù)前面所述的60進(jìn)制、24進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)造原理，可以構(gòu)成時(shí)分秒計(jì)數(shù)器。74LS90：R01和R02是清零端，當(dāng)R01=R02=1時(shí)，計(jì)數(shù)器清零；R91和R92是置9端，當(dāng)R91=R92=1時(shí)，計(jì)數(shù)器置9.圖5 74LS904) 譯碼顯示電路采用74LS47驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示管進(jìn)行當(dāng)前時(shí)間的顯示。5) 校時(shí)電路當(dāng)數(shù)字電子鐘接通電源或者計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，均需要校正時(shí)間，校時(shí)電路是數(shù)字鐘的基本功能。對(duì)校時(shí)電路的基本要求：在進(jìn)行小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)，同理，在

7、進(jìn)行分校時(shí)時(shí)不影響秒的正常計(jì)數(shù)。校正時(shí)間的方式有“快校時(shí)”和“慢校時(shí)”兩種，其中“快校時(shí)”是通過(guò)校時(shí)開關(guān)的控制，使校時(shí)脈沖進(jìn)入校時(shí)電路，則計(jì)數(shù)器對(duì)校時(shí)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到需要校正的時(shí)間時(shí)，再使計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)入正常計(jì)數(shù)。“慢校時(shí)”是用單脈沖發(fā)生器的輸出作校時(shí)脈沖，通過(guò)校時(shí)開關(guān)的控制，每觸發(fā)一次輸出一個(gè)單脈沖，則計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)計(jì)到需要校正的時(shí)間時(shí)，再使計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)入正常計(jì)數(shù)。由此可見，兩種校時(shí)方式的電路基本相同，不同的是校時(shí)脈沖的產(chǎn)生與控制方式有所區(qū)別。校時(shí)電路如圖6所示。圖6 校時(shí)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(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，必要時(shí)還應(yīng)將其改為抖動(dòng)開關(guān)電路。校時(shí)

8、開關(guān)的功能表（見表1）至?xí)r個(gè) 至分個(gè)位計(jì)數(shù)器 位計(jì)數(shù)器表1 校時(shí)開關(guān)功能表3、 連接整個(gè)系統(tǒng)并上機(jī)仿真 在MULTISIM軟件上，將整個(gè)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(jìn)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(shí)只是搭建了時(shí)與分的部分；另外，因?yàn)橐环昼?0秒，速度很慢，不易于觀察。故將分看成秒，時(shí)看成分。所以，在搭建過(guò)程中涉及到24進(jìn)制和60進(jìn)制。五、 搭建電路所需的器材統(tǒng)計(jì)七段顯示管4個(gè)，驅(qū)動(dòng)管74LS47四個(gè)，74LS90四個(gè)，74LS08（與門）一個(gè)，74LS00（與非門）2個(gè)，CD4060一個(gè)，74LS74（二分頻）一個(gè)，100歐電

9、阻四個(gè)，1兆電阻1個(gè)，1K電阻一個(gè)，3.3K電阻2個(gè)，LED燈一支，56PF電容兩個(gè)，32768HZ晶體振蕩器一個(gè)。六、 實(shí)物搭建顯示結(jié)果上圖為時(shí)鐘的每個(gè)時(shí)刻（12：57）本電路還可以實(shí)現(xiàn)校時(shí)，即按動(dòng)校時(shí)開關(guān)來(lái)進(jìn)行校時(shí)，如：校時(shí)到12：七、 調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題查找及更正本次電路搭建過(guò)程中，并不是像想象中那么一帆風(fēng)順。在電路搭建完成通電檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)問(wèn)題：1、 時(shí)計(jì)數(shù)器能夠計(jì)數(shù)到三十幾，這顯然與設(shè)計(jì)不符。這說(shuō)明當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到 23時(shí)，只要脈沖再來(lái)，該計(jì)數(shù)器并不清零，即計(jì)數(shù)器沒有達(dá)到24進(jìn)制的要求。把焦點(diǎn)集中在時(shí)計(jì)數(shù)器的連接上，發(fā)現(xiàn)電路搭建時(shí)有一條線錯(cuò)了，重新改接后，再通電發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)解決。2、 分計(jì)數(shù)器不能進(jìn)位：于是就重點(diǎn)檢查分計(jì)數(shù)器，第一次并沒有發(fā)現(xiàn)任何錯(cuò)誤。所以，我再次分析電路原理，還是沒有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。到這個(gè)時(shí)候，我已經(jīng)是筋疲力盡了，也沒有辦法再排錯(cuò)了。所以，我選擇休息一會(huì)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(wèn)題。因?yàn)椋敬螌?shí)驗(yàn)中用到了一片74LS08，它是四個(gè)與門組成的一個(gè)芯片。在搭建電路的過(guò)程中我只用第三四個(gè)與門，并沒有用到其余兩個(gè)與門，但是我在連接校時(shí)電路的分進(jìn)位脈沖時(shí)，卻用第一二個(gè)與門。故分計(jì)數(shù)器不能照常進(jìn)位。八、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、 在搭建電路中一定要細(xì)心，切不可心急