數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)方案

1、數(shù)字時(shí)鐘方案設(shè)計(jì) 目錄摘要 .3一、設(shè)計(jì)目的 .3二、設(shè)計(jì)要求 .3三、選擇器件 .3四、器件介紹 .4五、設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn) .8六、實(shí)驗(yàn)仿真 .12七、心得體會(huì) .19八、參考文獻(xiàn) .20摘要 數(shù)字時(shí)鐘最主要的部件是計(jì)時(shí)，顯示具體的時(shí)間。數(shù)字時(shí)鐘主要是時(shí)、分、秒的顯示，眾所周知，一天有二十四小時(shí)，一小時(shí)有六十分鐘，一分鐘有六十秒，因此數(shù)字時(shí)鐘的核心部件就是計(jì)數(shù)器，主要的是二十四進(jìn)制和六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器有很多種類，74160是一種四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通過它可以設(shè)計(jì)出不同進(jìn)制的計(jì)時(shí)器，可以用來像數(shù)字時(shí)鐘一樣顯示時(shí)、分、秒。將74160計(jì)數(shù)器的輸出端經(jīng)過譯碼器接到七段數(shù)碼管上，就可以完成時(shí)，分，

2、秒的顯示。將74160計(jì)數(shù)器，譯碼器和七段數(shù)碼管封裝在一起，輸入1Hz的外輸入脈沖信號，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘的整體設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵字： 74160計(jì)數(shù)器 7448譯碼器 七段數(shù)碼管 數(shù)字時(shí)鐘 一、設(shè)計(jì)目的1、掌握不同進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)運(yùn)用集成芯片來達(dá)到不同進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)；2、掌握數(shù)碼管的使用方法以及如何通過譯碼器將計(jì)數(shù)器輸出的信號值正確地在數(shù)碼管上顯示出來。二、設(shè)計(jì)要求1、用74160設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字鐘電路，使之能夠從0時(shí)0分0秒到23時(shí)59分59秒循環(huán)計(jì)時(shí)；另外最好能夠通過數(shù)碼管將時(shí)分秒顯示出來。假定已有頻率為1Hz的外輸入脈沖。 2、提示：顯示部分可通過7448和7段數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)。3、利用QU

3、ARTUS等軟件進(jìn)行時(shí)鐘方案設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真。三、選擇器件1、74160計(jì)數(shù)器 6個(gè)2、7448譯碼器 6個(gè)3、7段數(shù)碼顯示管 6個(gè)4、與門 4個(gè)5、與非門 3個(gè)6、1Hz的外輸入脈沖信號 設(shè)計(jì)方案要求提供7、+5V直流穩(wěn)壓電源 1個(gè)8、導(dǎo)線若干四、器件介紹1、74160計(jì)數(shù)器74160計(jì)數(shù)器是一種十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器（異步清除）。查閱74160計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)手冊，則有：（1）管腳圖：引出端符號：TC 進(jìn)位輸出端CEP 計(jì)數(shù)控制端Q0Q3 輸出端CET 計(jì)數(shù)控制端 CP 時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）/MR 異步清除輸入端（低電平有效）/PE 同步并行置入控制端（低電平有效）說明：P0，P1，P2，P3是數(shù)

4、據(jù)輸入端; Q0，Q1，Q2，Q3是數(shù)據(jù)輸出端;PE是低電平有效，為同步并行置入控制端，在構(gòu)造不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器時(shí)，可以通過給PE 輸入低電平，讓其處于工作狀態(tài)來置入一個(gè)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)；MR也是低電平有效，為異步清除輸入端，可以通過給輸MR 輸入低電平，而使其處于工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的復(fù)位功能；TC為進(jìn)位輸出端，當(dāng)?shù)臀幌蚋呶挥羞M(jìn)位時(shí)， 會(huì)向下一個(gè)計(jì)數(shù)器輸入高電平；CP為時(shí)鐘信號輸入端；CET和CEP為高電平有效，給其輸入高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器才能正常計(jì)數(shù)，其中給CET輸入低電平時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)電路的暫停。（2）功能表：說明：H高電平L低電平 X任意（3）邏輯圖 2、7448譯碼器

5、數(shù)字鐘計(jì)時(shí)器輸出的信號為8421BCD代碼，需要經(jīng)譯碼變成七段字形代碼，用七段數(shù)碼管顯示出來。數(shù)字顯示譯碼器是驅(qū)動(dòng)顯示器的核心部件，它可以將輸入代碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字顯示代碼，并在數(shù)碼管上顯示出來。圖8-51所示為七段顯示譯碼器7448的引腳圖，輸入A3 、A2 、 A1和 A0接收四位二進(jìn)制碼，輸出ag為高電平有效，可直接驅(qū)動(dòng)共陰極顯示器，三個(gè)輔助控制端 、 ，以增強(qiáng)器件的功能，擴(kuò)大器件應(yīng)用。7448的真值表如下所示。 7448引腳圖7448的真值表如下所示。 7448真值表3、7段數(shù)碼管 七段數(shù)碼管引腳圖 7段數(shù)碼管內(nèi)部字段LED和引腳分布4、與門 邏輯函數(shù)式為：F=AB 真值表：F0000

6、101001115、與非門 邏輯函數(shù)式為： 真值表：001011101110五、設(shè)計(jì)流程5.1系統(tǒng)概述要想構(gòu)成數(shù)字鐘，首先應(yīng)有一個(gè)能自動(dòng)產(chǎn)生穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖信號的信號源（本方案中外提供1Hz的脈沖信號）。1Hz的秒脈沖信號到計(jì)數(shù)器中進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于計(jì)時(shí)的規(guī)律是：60秒=1分，60分=1小時(shí)，24小時(shí)=1天，這就需要分別設(shè)計(jì)60進(jìn)制，24進(jìn)制。各計(jì)數(shù)器輸出的信號經(jīng)譯碼器/驅(qū)動(dòng)器送到數(shù)字顯示器對應(yīng)的筆劃段，使得 “時(shí)”、“分”、“秒”得以數(shù)字顯示。獲得標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號后，可根據(jù)60秒為一分，60分為一小時(shí)，24時(shí)為一個(gè)計(jì)數(shù)周期的計(jì)數(shù)規(guī)則，經(jīng)過6級計(jì)數(shù)器，分別得到秒、分、時(shí)的計(jì)時(shí)器。其中分和秒計(jì)數(shù)器都

7、是模數(shù)M=60的計(jì)數(shù)器，即顯示0059，分為十位計(jì)數(shù)器和個(gè)位計(jì)數(shù)器。由于秒和分的顯示都為60進(jìn)制，因此他們可由兩級十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成，其中秒和分的個(gè)位為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，十位為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可利用兩片74160集成電路來實(shí)現(xiàn)。時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)“24翻1”的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到23時(shí)59分59秒，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖時(shí)，數(shù)字鐘自動(dòng)顯示為00時(shí)00分00秒，從而實(shí)現(xiàn)日常生活中習(xí)慣的計(jì)時(shí)規(guī)律。時(shí)計(jì)數(shù)器為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示為0023，個(gè)位仍為十進(jìn)制，而十位為三進(jìn)制.即當(dāng)十進(jìn)位計(jì)到2，個(gè)位計(jì)到4時(shí)清零，就為二十四進(jìn)制了。數(shù)字鐘的組成框圖如下：【圖】 數(shù)字鐘的組成框圖5.2數(shù)字鐘的工作原理

8、5.2.1 利用兩片74160組成60進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器利用兩片74160組成的同步60進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器如圖示。其中個(gè)位計(jì)數(shù)器（C1）接成十進(jìn)制形式。十位計(jì)數(shù)器（C2）選擇QC與QB做反饋端，經(jīng)與非門輸出控制清零端（CLR），接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)形式。個(gè)位與十位計(jì)數(shù)器之間采用同步級連方式，將個(gè)位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出控制端（RCO）接至十位計(jì)數(shù)器容許端（ENT），完成個(gè)位對十位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位控制。當(dāng)計(jì)數(shù)器狀態(tài)為59時(shí)，CO端輸出高電平，在同步級聯(lián)方式下，容許高位計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。選擇信號源庫中的1HZ方波信號作為計(jì)數(shù)器的測試時(shí)鐘源。5.2.2利用兩片74160組成24進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器利用兩片74160組成24進(jìn)制的遞增計(jì)

9、數(shù)器。圖中個(gè)位與十位計(jì)數(shù)器均接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)形式，采用同步級連方式。選擇十位計(jì)數(shù)器的輸出端QB和個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出端QC通過與非門NAND2控制兩片計(jì)數(shù)器的清零端（CLR），利用狀態(tài)24反饋清零，可實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)。5.2.3時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器的連接分析時(shí)鐘時(shí)分秒之間的進(jìn)位特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)：1) 當(dāng)秒計(jì)數(shù)器顯示59秒時(shí)，下一刻產(chǎn)生進(jìn)位信號給分計(jì)數(shù)器；2) 當(dāng)秒計(jì)數(shù)器顯示59秒并且分計(jì)數(shù)器顯示59分時(shí)，下一刻產(chǎn)生進(jìn)位信號給時(shí)計(jì)數(shù)器；3) 當(dāng)秒計(jì)數(shù)器顯示59秒，分計(jì)數(shù)器顯示59分并且時(shí)計(jì)數(shù)器顯示23時(shí)時(shí)，下一刻產(chǎn)生清零信號，數(shù)字時(shí)鐘清零為初始狀態(tài)值；由上述原理可以進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：（圖見下頁）1) 秒計(jì)數(shù)器

10、對分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號：將個(gè)位計(jì)數(shù)器的RCO端和十位計(jì)數(shù)器的QC、QA端經(jīng)與門由CO端輸出，作進(jìn)位輸出控制，輸入分計(jì)數(shù)器的個(gè)位計(jì)數(shù)器的ENT端。2) 分計(jì)數(shù)器對時(shí)計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號：將秒計(jì)數(shù)器對分計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的進(jìn)位信號和分計(jì)數(shù)器的QA、QC通過與門由CO端輸出，作為進(jìn)位輸出控制，輸入時(shí)計(jì)數(shù)器的個(gè)位的ENT端。3) 時(shí)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的清零信號：利用反饋清零法，選擇十位計(jì)數(shù)器的輸出端QB和個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出端QC通過與非門NAND2控制兩片計(jì)數(shù)器的清零端（CLR），利用狀態(tài)24反饋清零。由于清零前一刻為23時(shí)59分59秒，故清零后數(shù)字時(shí)鐘就恢復(fù)至初始狀態(tài)：00時(shí)00分00秒。5.3 其他幾點(diǎn)說明5.3.1對7

11、448譯碼器和七段數(shù)碼管的使用 如圖所示，將，三個(gè)輸入端均接高電平；輸入端的A，B，C，D分別對應(yīng)的4位NBCD碼的四位（由低位到高位）；輸出端的OA,OB,OC,OD,OE,OF,OG分別接到七段數(shù)碼管的七個(gè)輸入端，便實(shí)現(xiàn)了數(shù)字的顯示，顯示數(shù)字從0到9。另一方面，也可以直接使用四段數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)該功能：即四段數(shù)碼管可以看做將7448譯碼器和七段數(shù)碼管封裝在一起的顯示單元。六、實(shí)驗(yàn)仿真 下面利用quartus 軟件進(jìn)行波形仿真6.1 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器仿真1）電路圖連接（project中的.bdf文件）2）生成的.vwf文件3）仿真波形i.點(diǎn)擊Start按鈕，當(dāng)狀態(tài)顯示條為100%時(shí)再點(diǎn)擊Repor

12、t按鈕生成仿真波形圖ii. 仿真波形圖 6.2 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器仿真1） 電路圖連接（project中的.bdf文件）2） 生成的.vwf文件3） 仿真波形6.3 數(shù)字時(shí)鐘波形仿真1） 電路圖連接（project中的.bdf文件）2） 生成的.vwf文件3） 仿真波形七、心得體會(huì)通過對數(shù)字時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)和仿真，我覺得自己真的學(xué)到了很多。首先，我對數(shù)字時(shí)鐘的結(jié)構(gòu)及原理與了很好的了解，對時(shí)、分、秒的設(shè)計(jì)以及校時(shí)有了一定的了解；其次，我了解了不少器件功能的應(yīng)用，能夠較合理的選用集成電路器件，加深了對數(shù)字電路的認(rèn)識(shí)和理解，將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際運(yùn)用結(jié)合起來；再次，我學(xué)會(huì)了操作和使用仿真軟件quart

13、us和EWB以及其他版本的仿真軟件，如Protel和Multisim等，能夠較好地利用這些軟件進(jìn)行電路的仿真和調(diào)試；更重要的是，這次課程設(shè)計(jì)的制作過程中，我們小組互相配合又明確分工，在不斷地發(fā)現(xiàn)問題和調(diào)試并解決問題的過程中，我學(xué)會(huì)了在設(shè)計(jì)中獨(dú)立地解決問題，也包括怎樣去查找問題，同時(shí)我發(fā)現(xiàn)，只有不斷的嘗試，親手去操作，我們才能真正發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的樂趣，得到我們想要的結(jié)果。在整個(gè)設(shè)計(jì)階段，調(diào)試過程我花的時(shí)間比較多，其間更換了不少器件。因?yàn)楫?dāng)我們利用quartus等軟件對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真時(shí)，軟件有時(shí)會(huì)出問題，在理論上可行的電路在調(diào)試中未必能顯示出來，所以我只能通過查閱相關(guān)資料，不斷地嘗試，更換器件

14、，耐心、仔細(xì)地分析問題，直到得到最后正確的結(jié)果。 通過對本次課程設(shè)計(jì)的研究，將“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”、電子線路課程設(shè)計(jì)等課程的理論與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合起來。我不僅更進(jìn)一步的鞏固了以往所學(xué)的知識(shí)，而且很好的了解和掌握了原來不知道或掌握不好的知識(shí)結(jié)構(gòu)，特別是了解和掌握了很多時(shí)鐘專用芯片的功能以及用法，這些芯片的功能和用法都是和人們的實(shí)際生產(chǎn)生活緊密相關(guān)的，在實(shí)際的研發(fā)過程中都具有很強(qiáng)的代表性。在此次的設(shè)計(jì)中，通過對電路性能指標(biāo)的測試與調(diào)試，加強(qiáng)了我在分析和解決設(shè)計(jì)故障方面的能力,為以后做設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。我還懂得理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有書上的理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，在實(shí)際操作中驗(yàn)證理論的正確性，加強(qiáng)自己對知識(shí)