1、一、設(shè)計目的1.熟悉集成電路的引腳安排2.掌握各芯片的邏輯功能及使用方法3.了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法4.了解數(shù)字鐘的組成及工作原理5.熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計與制作二、設(shè)計要求1.有秒、分、小時顯示,各用兩位數(shù)碼管顯示2.有調(diào)表對時功能3.可以進行12/24格式轉(zhuǎn)換4.有整點報時功能5.走時誤差小于10秒/每天三、實驗器材四、實驗原理數(shù)字鐘是一個將“時”“分”“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時,顯示滿刻度為23時59分59秒,另外應(yīng)有校時功能和報時功能。因此,一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼器、“時”“分”“秒”計數(shù)器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時

2、基信號,它直接決定計時系統(tǒng)的精度,一般用振蕩器加分頻器來實現(xiàn)。將標準秒信號送入“秒計數(shù)器”,“秒計數(shù)器”采用60進制計數(shù)器,每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號,該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖。“分計數(shù)器”也采用60進制計數(shù)器,每累計60分鐘,發(fā)出一個“時脈沖”信號,該信號將被送到“時計數(shù)器”。“時計數(shù)器”采用24進制,可以實現(xiàn)對一天24小時的累計。譯碼顯示電路將“時”“分”“秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)在七段顯示譯碼器譯碼,通過六位LED 七段顯示器顯示出來。整點報時電路根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生脈沖信號,然后去觸發(fā)音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。校時電路用來對“時”“分”“秒”顯示進行校對調(diào)整的。五、設(shè)計過

3、程1、 數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖 2、設(shè)計原理1、振蕩器振蕩器的設(shè)計:集成電路定時器555與RC 組成的多諧振蕩器。 集成電路定時器555與RC 組成的多諧振蕩器。選擇合適的R,C 的大小,讓多諧振蕩器的頻率是1000Hz 。 2、分頻器分頻器電路將1000H z 的高頻方波信號經(jīng)1000次分頻后得到1Hz 的方波信號供秒計數(shù)器進行計數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。 我們選用3片中規(guī)模集成電路計數(shù)器74LS90可以完成上述功能,每片為1/10分頻,3片級聯(lián)則可獲得所需要的頻率信號。 即第1片的Q0端輸出頻率為100Hz ,第2片的Q3端輸出為10Hz ,第3片的Q3端輸出為1Hz 。10H z

4、3、計數(shù)器根據(jù)計數(shù)周期分別組成兩個60進制(秒分和一個24進制(時的計數(shù)器,把它們適當連接就可以構(gòu)成秒、分、時的計數(shù)器,實現(xiàn)計時功能。(1秒計時器秒信號發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心部分,它的精度和穩(wěn)定度決定了時信號發(fā)生器和分信號發(fā)生器的精度。秒計數(shù)器為60進制計數(shù)器。實現(xiàn)此模數(shù)的計數(shù)器是由兩片中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90構(gòu)成。首先將兩片74LS90設(shè)置成10進制加法計數(shù)器。將兩片74LS90的置數(shù)端s1和s0都接地,將“CP2”接到Qa端,以Qd為進位端,則構(gòu)成了10進制加法計數(shù)器。再將其中一片(以下都稱片174LS90計數(shù)器的進位輸出端Qd接到另一片(以下都稱2片 74LS90的進位輸入端CP1

5、,如此,兩片計數(shù)器最大的即可實現(xiàn)100進制的計數(shù)器。接下來,利用74LS90 的“反饋置零”的方法實現(xiàn)60進制。74LS90屬于異步置數(shù),所以計數(shù)器輸出“0110、0000”時,通過置數(shù)脈沖使計數(shù)器清零,也就是此時Qb、Qc發(fā)出置數(shù)脈沖使清零端R1、R2使計數(shù)器清零。 (2分計數(shù)器分計數(shù)器也是60進制計數(shù)器。同秒計數(shù)器一樣是由兩片中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90構(gòu)成。將兩片74LS90按同秒計時器的方法接成10進制加法計數(shù)器,再按同秒計數(shù)器的方法接成可實現(xiàn)100進制的計數(shù)器。再用同秒計數(shù)器的方法實現(xiàn)60進制。 (3時計數(shù)器時計數(shù)器是24進制計數(shù)器。實現(xiàn)此模數(shù)的計數(shù)器是由兩片中規(guī)模計數(shù)器集成計數(shù)器7

6、4LS90構(gòu)成。同分、秒計數(shù)器一樣,先將兩片計數(shù)器74LS90連接成10進制的加法計數(shù)器,再把兩片計數(shù)器74LS90用秒計數(shù)器的方法接成可實現(xiàn)100進制的計數(shù)器,當計數(shù)器狀態(tài)為“0010、0100”時,要求計數(shù)器歸零,通過送出的脈沖使兩片計數(shù)器74LS90同時歸零,這樣就構(gòu)成了24進制計數(shù)器。4、實現(xiàn)進位將秒計數(shù)器的第14個管腳與分顯示器個位上的C相連接,將分計數(shù)器的第14個管腳與時顯示器個位上的C相連,即可實現(xiàn)秒計數(shù)器的脈沖送入分顯示器,分計數(shù)器的脈沖送入時顯示器,可達到進位的目的。5、譯碼顯示電路譯碼電路的功能是將“秒”“分”“時”計數(shù)器的輸出代碼進行編譯,變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動LED七

7、段譯碼器常用的有74LS47。74LS47是8421BCD譯碼器,其輸出是OC門輸出低電平有效,專用于驅(qū)動LED七段共陽極顯示數(shù)碼管。由74LS47和LED七段共陽極數(shù)碼管組成的一位數(shù)碼顯示電路。若將“秒”“分”“時”計數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端,便可進行不同數(shù)字顯示。在譯碼器輸出與數(shù)碼管之間串聯(lián)的R為限流電阻。當數(shù)字鐘的計數(shù)器在CP脈沖的作用下,按60秒為一分,60分為一小時,24小時為一天的計數(shù)規(guī)律計數(shù)是,就應(yīng)將其狀態(tài)顯示成清晰的數(shù)字符號,需要將計數(shù)器的狀態(tài)進行譯碼并將其顯示出來。6、校時電路當時鐘指示不準或停擺時,就需要校準時間。校準的方法有很多,常用的有“快速校時法”

8、。分計時器的校時:與非門1、2構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,可以將1Hz 的“秒”信號和“秒計數(shù)器的進位信號”送至“分計數(shù)器的CP端”。兩個信號的送入由開關(guān)K控制,其過程如下:當開關(guān)K置“B”端時,與非門1輸出低電平,與非門2輸出高電平。“秒計數(shù)器進位信號”通過門4和門5送至“分計數(shù)器的CP端”,使“分計數(shù)器”正常工作;需要校正“分計數(shù)器”時,將開關(guān)K置“A”端,與非門1輸出高電平,與非門2輸出低電平,門4封鎖“秒計數(shù)器進位信號”,門3將1Hz的CP信號通過門3和門5送至“分計時器”的CP控制端,使“分計時器”在“秒”信號的控制下“快速”計數(shù),直至正確的時間,再將開關(guān)置于“B”端,達到校準時間的目的。時

9、計時器的校時同分計時器的校時 7、報時電路每當數(shù)字鐘計時快要到整點時發(fā)出聲響;通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響;以最后一聲高音結(jié)束的時刻為正點時刻。設(shè)4聲低音(約500Hz分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒,最后一聲高音(約1kHz發(fā)生在59分59秒,它們的持續(xù)時間均為1秒。CP(秒 Q3S1Q2S1Q1S1Q0S1功能50 0 0 0 051 0 0 0 1 鳴低音52 0 0 1 0 停53 0 0 1 1 鳴低音 由表知:六、實驗電路分十位分個位秒個位 Q 七、實驗過程中遇到的問題及解決方法面包板測試測試面包板各觸點是否接通。七段顯示器與七段譯碼器的測量把顯示器與74L

10、S47相連,第一次接時,數(shù)碼管完全沒有顯示數(shù)字,檢查后發(fā)現(xiàn)是數(shù)碼管未接地而造成的,接地后發(fā)現(xiàn)還是無法正確顯示數(shù)字,用萬用表檢測后,發(fā)現(xiàn)是因芯片引腳有些接觸不良而造成的,所以確認芯片是否接觸良好是非常重要的一件事。時間計數(shù)電路的連接與測試六進制、十進制都沒有什么大的問題,只是芯片引腳的老問題,只要重新插過芯片就可以解決了。但在六十進制時,按圖接線后發(fā)現(xiàn),顯示器上的數(shù)字總是100進制的,而不是六十進制,檢測后發(fā)現(xiàn)無論是線路的連通還是芯片的接觸都沒有問題。最后,在重新對連線時發(fā)現(xiàn)是線路接錯引腳造成的,改過之后,顯示就正常了。校正電路因上面過程因引腳接錯而造成錯誤,所以校正電路是完全按照仿真圖所連的,在測試時,開始進行