74LS161電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)摘要此次電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，是以同步加法計(jì)數(shù)器 74LS161 為基礎(chǔ)的時(shí)序邏輯 電路設(shè)計(jì)， 其有較強(qiáng)的實(shí)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(jì)，實(shí)現(xiàn)各種功能。在本設(shè)計(jì)中，我使用 74LS161 的各種級聯(lián)方式實(shí)現(xiàn) 了多級多進(jìn)制的計(jì)數(shù)并分級連接數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)了電子時(shí)鐘的功能。關(guān)鍵詞：數(shù)字時(shí)鐘；計(jì)數(shù)器；級聯(lián)； 74LS161 。文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)目錄第 1 章 設(shè)計(jì)任務(wù) 21.1 內(nèi)容及要求 21.2 用途 2第 2 章 設(shè)計(jì)方案 22.1 設(shè)計(jì)思路 22.2 設(shè)計(jì)方案及其論證 32.3 元器件的選擇 4第 3 章 電路設(shè)計(jì) 73.1 輸入 73.2 計(jì)數(shù)器 73.3 顯示

2、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(xiàn)15文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)第 1 章 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 內(nèi)容及要求電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)一個(gè)具有時(shí)、分、秒的十進(jìn)制數(shù)字顯示的計(jì)數(shù)器。用MULTISIM 軟件實(shí)現(xiàn)，并用 proteus 畫出 PCB 板。1.2 用途：此設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于各種計(jì)時(shí)器，通過調(diào)節(jié)脈沖，可以構(gòu)成秒表，電子時(shí)鐘以及各種顯示方案的計(jì)時(shí) / 計(jì)數(shù)設(shè)備。第 2 章 設(shè)計(jì)方案整體思路：本題目的要求是做一個(gè)能顯示時(shí)、 分、秒的計(jì)數(shù)器， 那么這個(gè)電路就用該包含 3 部分:第一部分提供周期的

3、脈沖信號；第二部分是以第一部分為輸入源的組文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)合計(jì)數(shù)器；第三部分是顯示部分，把第二部分計(jì)數(shù)的結(jié)果按照一定的方式顯示。2.1 設(shè)計(jì)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(jìn)行計(jì)數(shù)， 應(yīng)選擇方波輸入的脈沖信 號。2.1.2. 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器應(yīng)該分為 3 部分，分別記錄時(shí)、分、秒。2.1.3 計(jì)秒位一分鐘有 60 秒，故秒位應(yīng)該用 60 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。記秒位要顯示 2 位數(shù)， 并且沒有集成的 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器， 所以級聯(lián)的計(jì)數(shù)器應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)兩位輸出。 每 計(jì) 60 秒秒位將會向分位進(jìn)一并且本位清零。2.1.4 計(jì)分位一小時(shí)有 60 分鐘，故分位也應(yīng)該用 60 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。和記

4、秒位一樣，記 分位同樣要顯示 2 位數(shù)，且沒有集成 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，所以級聯(lián)的計(jì)數(shù)器應(yīng)該 可以實(shí)現(xiàn)兩位輸出。每計(jì) 60 分分位將會向小時(shí)位進(jìn)一并且本位清零。2.1.5 計(jì)小時(shí)位一天有 24 小時(shí)（這里設(shè)計(jì)的是 24 小時(shí)制計(jì)數(shù)器），故秒位應(yīng)該用 24 進(jìn) 制的計(jì)數(shù)器。記小時(shí)位要顯示 2 位數(shù)，并且沒有集成的 24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，所以 級聯(lián)的計(jì)數(shù)器應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)兩位輸出。每計(jì)滿 24 小時(shí)本位將會進(jìn)行一次清零。2.1.6 顯示輸出小時(shí)、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(gè)計(jì)數(shù)器的輸出端。2.1.7 進(jìn)位和清零進(jìn)位和清

5、零應(yīng)該是同步的， 即當(dāng)秒位計(jì)滿 60 秒的瞬間， 應(yīng)該同時(shí)發(fā)出一個(gè) 進(jìn)位脈沖給下一級計(jì)數(shù)器和一個(gè)本位的清零脈沖進(jìn)行清零。 故可以用邏輯門在兩 級計(jì)數(shù)器之間進(jìn)行連接以實(shí)現(xiàn)功能。文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)2.2 設(shè)計(jì)方案及其論證按照整體思路，設(shè)計(jì)方案如下：使用同步加法計(jì)數(shù)器 74LS161 構(gòu)成 60 進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器作為第一級（秒） 計(jì)數(shù)器。在秒的個(gè)位計(jì)數(shù)到 10 的瞬間，向本位發(fā)送一個(gè)清零信號，并同時(shí)向十 位發(fā)送一個(gè)進(jìn)位脈沖。秒的十位加法計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)到 6 的瞬間，向本位發(fā)送一 個(gè)清零信號， 并同時(shí)向分位的個(gè)位發(fā)送一個(gè)進(jìn)位脈沖。 這樣就構(gòu)成了一個(gè)級聯(lián)而 形成的 60 進(jìn)制帶進(jìn)位與清零的加法計(jì)數(shù)器。按照同樣的方

6、法，可以構(gòu)成分位的計(jì)數(shù)器。小時(shí)位和分位、秒位不同，它是以 10 進(jìn)制來顯示 24 進(jìn)制數(shù)，所以清零與 計(jì)數(shù)的方式要有所改變。小時(shí)位有兩個(gè)清零信號：在小時(shí)的個(gè)位計(jì)數(shù)到 10 的瞬間，向本位發(fā)送一個(gè)清零信號， 并同時(shí)向十 位發(fā)送一個(gè)進(jìn)位脈沖。在小時(shí)的十位計(jì)數(shù)到 2 并且個(gè)位計(jì)數(shù)到 4 的瞬間，向個(gè)位和十位同時(shí)發(fā) 送一個(gè)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2.3.3. 計(jì)數(shù)器文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)本次設(shè)計(jì)采用同步加法計(jì)數(shù)器 74LS161 。74LS161 為可預(yù)置的 4 位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器 ,它可以靈

7、活的運(yùn)用在各種 數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)種實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能其管腳圖如下：圖 2.2 74LS16174LS161 的清除端是異步的。當(dāng)清除端 CLEAR 為低電平時(shí)，不管時(shí)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(shí)，在 CLOCK 上升沿作用下，輸出端 QA QD 與數(shù)據(jù)輸入端 AD 相一致。74LS161 的計(jì)數(shù)是同步的，靠 CLOCK 同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng)ENP、ENT 均為高電平時(shí)，在CLOCK 上升沿作用下 QAQD 同時(shí)變化， 從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。在 CLOCK 出現(xiàn)前，

8、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(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（ RCO）輸出一 個(gè)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(jì)數(shù)器。文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)圖 2.3 74LS161 功能表2.3.4. 譯碼器顯示計(jì)數(shù)結(jié)果需要用到顯示譯碼器 DCD _HEX圖 2.4 兩個(gè)正在工作的顯示譯碼器 DCD_HEX2.3.5 邏輯門本設(shè)計(jì)需要用到非門（ 7405N ）和與非門（ 7400N ）圖 2.5 非門（ 7405N ）和與非門（ 7400N ）文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)第 3 部分 電路設(shè)計(jì)3

9、.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(shí)鐘輸入的負(fù)極（因?yàn)槭堑碗娖接行В┌凑請D示方法接線圖 3.1 輸入端的連接3.2 計(jì)數(shù)器初始方案：本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì) 60 和 24 進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，其大于一個(gè) 74LS161 的 計(jì)數(shù)范圍需要進(jìn)行級聯(lián)。借助 Cr 對計(jì)數(shù)器清零，可以實(shí)現(xiàn) 60 進(jìn)制的計(jì)數(shù)。當(dāng) 且僅當(dāng)秒的個(gè)位計(jì)數(shù)到 10 的瞬間，即輸出為 1010 時(shí)，向本位發(fā)送一個(gè)清零 信號，并同時(shí)向十位發(fā)送一個(gè)進(jìn)位脈沖。改進(jìn)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(shí)候， 必須要把脈沖調(diào)整到

10、一個(gè)較低的周期， 才會產(chǎn)生 有效地清零和進(jìn)位信號。 故需要對清零進(jìn)行一定的改進(jìn)， 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(gè)端口來實(shí) 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(shí)，在 CLOCK 上升沿作用下，輸出端 QAQD 會與數(shù)據(jù)輸入端 AD 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(jìn)：文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)在改進(jìn)之后， 仍存在一些問題。 為了使清零和進(jìn)位同步進(jìn)行， 我把清零的輸 出端引出一根線，加上非門引入下一級計(jì)數(shù)器的輸入端（因?yàn)?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

11、種方法，可以實(shí)現(xiàn)多重清零方 式，從而可以實(shí)現(xiàn) 24 進(jìn)制用 10 進(jìn)制顯示的計(jì)數(shù)方式，并且清零和進(jìn)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(jì)數(shù)器輸出為 10（1010B ）時(shí)會通過與非圖 3.2 單級計(jì)數(shù)器按照每位的進(jìn)位 / 清零要求，把留個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行級聯(lián)：圖 3.3 計(jì)數(shù)器的級聯(lián)3.3 顯示輸出結(jié)果文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)每一級計(jì)數(shù)器的 QAQD 為計(jì)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(jì)數(shù)狀態(tài)。 使 QAQD 分別連接 D0-D3 即可顯示。圖 3.4 譯碼

12、器連接3.4 整體電路文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)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(jì)數(shù)測量圖 4.1 9 秒狀態(tài)圖 4.2 10 秒的狀態(tài)文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)4.2.2 秒位向分位進(jìn)位和清零圖 4.3 59 秒狀態(tài)圖 4.4 1 分鐘（ 60 秒）狀態(tài)4.2.3 分位的計(jì)數(shù)測量文檔圖 4.5 9 分狀態(tài)實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)圖 4.6 10 分狀態(tài)4.2.4 分位向小時(shí)位進(jìn)位和清零圖 4.7 59 分鐘狀態(tài)圖 4.8 60 分鐘（一小時(shí)）狀態(tài)4.2.5 小時(shí)位的計(jì)數(shù)文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)

13、圖 4.9 9 小時(shí)狀態(tài)4.2.6 小時(shí)位的清零圖 4.11 23 小時(shí) 59 分 59 秒狀態(tài)圖 4.12 24 小時(shí)整（ 0 時(shí)）狀態(tài)文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)此次為期將近二周的課程設(shè)計(jì)到此告一段落， 在此次課程設(shè)計(jì)中， 我有很多 感觸。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課知識綜合運(yùn)用的實(shí)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(gè)不可或缺的過程。剛拿到設(shè)計(jì)題目時(shí)， 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(shí)間去分析題目， 設(shè)計(jì)出其大致運(yùn)行原理， 并進(jìn)行一定的 論證和改進(jìn)。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(jìn)設(shè)計(jì)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(gè)小時(shí)就完成并進(jìn)一步改進(jìn)了我的設(shè)計(jì)，并且完成了驗(yàn)證。在本次課程設(shè)計(jì)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(jì)， 但是這次設(shè)計(jì)讓我有了很大的長進(jìn)。 通過這次設(shè)計(jì)， 我把理論和實(shí)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。總的來說，此次課程設(shè)計(jì)雖有挫折，但還是