數(shù)字鐘是用數(shù)字集成電路構(gòu)成，用數(shù)碼管顯示的一種現(xiàn)代化計(jì)數(shù)器。它一般由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、矯時(shí)電路等部分組成，這些都是數(shù)字電路中應(yīng)用最廣的基本電路。振蕩器和分頻器構(gòu)成組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)發(fā)生器，不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)，通過校時(shí)校時(shí)校分電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分的校準(zhǔn)。數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。

①可以顯示時(shí)、分、秒。

②具有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。

③計(jì)時(shí)過程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)。

④鬧鐘功能：可按設(shè)定的時(shí)間報(bào)時(shí)。

⑴信號(hào)發(fā)生器

由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率2Hz 的信號(hào)，再進(jìn)行分頻處理可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。

⑵時(shí)間計(jì)數(shù)器電路

時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成。其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

⑶譯碼驅(qū)動(dòng)電路

譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。

⑷數(shù)碼管

數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管。本設(shè)計(jì)提供的為L(zhǎng)ED數(shù)碼管。

⑴函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

產(chǎn)生矩形脈沖波作為時(shí)鐘信號(hào)，因?yàn)槭菙?shù)字鐘，所以應(yīng)選擇的頻率為1HZ,但為校時(shí)高赫茲信號(hào)，特改為2HZ。方便校時(shí)并使用分頻器進(jìn)行分頻修改部分電路實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)走時(shí)相同。

⑵時(shí)間計(jì)數(shù)單元

六片74LS390芯片構(gòu)成計(jì)數(shù)電路,按時(shí)間進(jìn)制從右到左構(gòu)成從低位向高位的進(jìn)位電路,并通過譯碼顯示。在六位LED 七段顯示上顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)值。

⑶校時(shí)電源電路

當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。通常,校正時(shí)間的方法是:首先截?cái)嗾�常的�?jì)數(shù)通路,然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端,校正好后,再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。

根據(jù)要求,數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能。因此,應(yīng)截?cái)喾謧�(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路,并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中。

圖2-1系統(tǒng)框圖

表3-1 電路配件

圖3-2整體電路圖

（1）74LS74

撥碼開關(guān)（也叫DIP開關(guān)，撥動(dòng)開關(guān)，超頻開關(guān)，地址開關(guān)，撥拉開關(guān)，數(shù)碼開關(guān)，指撥開關(guān)）是一款用來操作控制的地址開關(guān)，采用的是0/1的二進(jìn)制編碼原理。每一個(gè)鍵對(duì)應(yīng)的背面上下各有兩個(gè)引腳，撥至ON一側(cè)，這下面兩個(gè)引腳接通；反之則斷開。這四個(gè)鍵是獨(dú)立的，相互沒有關(guān)聯(lián)。此類元件多用于二進(jìn)制編碼。

（5）數(shù)碼管

數(shù)碼管，也稱作輝光管，是一種可以顯示數(shù)字和其他信息的電子設(shè)備。玻璃管中包括一個(gè)金屬絲網(wǎng)制成的陽極和多個(gè)陰極。大部分?jǐn)?shù)碼管陰極的形狀為數(shù)字。管中充以低壓氣體，通常大部分為氖加上一些汞和/或氬。給某一個(gè)陰極充電，數(shù)碼管就會(huì)發(fā)出顏色光，視乎管內(nèi)的氣體而定，一般都是橙色或綠色。led數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出2HZ信號(hào)經(jīng)過74LS74構(gòu)成的分頻器電路提供1HZ信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過門電路與74LS390構(gòu)成的計(jì)數(shù)器電路產(chǎn)生8421BCD碼再經(jīng)過譯碼器交由數(shù)碼管顯示。校時(shí)電路則采用2HZ信號(hào)通過74LS00與74LS51與非門將信號(hào)傳入74LS390控制端實(shí)現(xiàn)快速校時(shí)。鬧鐘電路則通過撥碼開關(guān)與門電路將定時(shí)時(shí)間傳入計(jì)數(shù)器中并通過產(chǎn)生一分鐘高電平驅(qū)動(dòng)二極管發(fā)光。將計(jì)數(shù)器產(chǎn)生5、9、5信號(hào)與門電路結(jié)合驅(qū)動(dòng)控制三極管開關(guān)從而實(shí)現(xiàn)蜂鳴器報(bào)時(shí)。

數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。利用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生2Hz的時(shí)鐘信號(hào)，再利用74LS47構(gòu)成分頻電路分頻，產(chǎn)生1Hz的時(shí)鐘信號(hào)供給系統(tǒng)使用，如圖4-1。

報(bào)時(shí)電路設(shè)計(jì)如圖4-2，原理說明：利用蜂鳴器、與非門及開關(guān)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)“分”計(jì)數(shù)電路為59時(shí)，四與門會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高平進(jìn)位信號(hào)，當(dāng)秒計(jì)數(shù)電路十位為5時(shí)經(jīng)過二與門輸出高電平，兩路信號(hào)再經(jīng)過與門為高電平，再經(jīng)過非門變?yōu)楦唠娖�，秒個(gè)位輸出為0到9時(shí)信號(hào)上路高電平經(jīng)過三與門成為高電平，從而使蜂鳴器發(fā)出響聲。

圖4-2報(bào)時(shí)電路

時(shí)間計(jì)數(shù)電路由六個(gè)計(jì)數(shù)器組成，他們分別是：“秒”個(gè)位、“秒”十位計(jì)數(shù)器、“分”個(gè)位、“分”十位計(jì)數(shù)器及“時(shí)”個(gè)位、“時(shí)”十位計(jì)數(shù)器電路。其中 “秒”個(gè)位、“分”個(gè)位和“時(shí)”個(gè)位計(jì)數(shù)器采用的是10進(jìn)制計(jì)數(shù)器、“秒”十位和“分”十位計(jì)數(shù)器為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器，“時(shí)”十位計(jì)數(shù)器可以采用3進(jìn)制計(jì)數(shù)器。這樣六個(gè)計(jì)數(shù)器就安排好了。在時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)，當(dāng)時(shí)十位計(jì)數(shù)器為2時(shí)，個(gè)位計(jì)數(shù)器為4進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（即時(shí)鐘為23后，下一個(gè)狀態(tài)為00）“秒”計(jì)數(shù)電路和“分”計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)見下圖，原理說明：
利用74LS390和與非門分別構(gòu)成0-5循環(huán)計(jì)數(shù)器和0-9循環(huán)計(jì)數(shù)器，如圖4-3-1。

鬧鐘的實(shí)現(xiàn)由4位撥碼開關(guān)采用8421BCD碼確定定時(shí)時(shí)間，四個(gè)撥碼開關(guān)分別對(duì)應(yīng)時(shí)鐘小時(shí)的十位、個(gè)位，分鐘的十位、個(gè)位。撥碼開關(guān)與門電路結(jié)合在定時(shí)點(diǎn)提供一分鐘的高電平提示定時(shí)，如圖4-3-2。

電路下方的點(diǎn)動(dòng)開關(guān)為校時(shí)按鍵“時(shí)”、“分”校時(shí)按鍵為加計(jì)數(shù)，按下按鍵不動(dòng)，會(huì)有2HZ時(shí)鐘脈沖經(jīng)過74LS51到達(dá)74LS390的時(shí)鐘計(jì)數(shù)端，數(shù)碼管顯示數(shù)值增加，起到校時(shí)功能如圖4-4。

圖4-4校時(shí)電路

校時(shí)電路能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)校正，分頻電路能夠?qū)崿F(xiàn)，計(jì)數(shù)電路能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，鬧鐘功能能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確報(bào)時(shí)，各項(xiàng)功能均能實(shí)現(xiàn)。

在本設(shè)計(jì)中，為了設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行，在焊接的時(shí)候進(jìn)行了部分調(diào)試，由于電路過于復(fù)雜，我們根據(jù)電路的工作原理進(jìn)行分步調(diào)試，保證電路各項(xiàng)功能順利實(shí)現(xiàn)。電路調(diào)試總圖如圖6-1,。

圖6-1 調(diào)試電路總圖

通過這次數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，不僅加深了我對(duì)這i ]課的了解，同時(shí)也深知模電與數(shù)電的重要性，而且讓我對(duì)Multisim仿真軟件有了初步的了解和認(rèn)識(shí)。使用Multisim仿真軟件，可以讓我們?cè)谔摂M的環(huán)境中實(shí)行實(shí)驗(yàn),不需要真實(shí)電路環(huán)境的介入，不必顧及儀器設(shè)備的短缺與時(shí)間環(huán)境的限制，能夠極大提高實(shí)驗(yàn)效率。

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2020-5-7 17:33 上傳

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