數(shù)字時(shí)鐘電路與EDA電路設(shè)計(jì)

1、數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常使用的物品，廣泛用于個(gè)人家庭 以及車站、碼頭、劇場(chǎng)、辦公室等公共場(chǎng)所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工 作、娛樂(lè)帶來(lái)極大的方便。本文主要是針對(duì)數(shù)字鐘基本功能進(jìn)行設(shè)計(jì)的。采用 EDA技術(shù)，將先 進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用與電子設(shè)計(jì)與仿真過(guò)程進(jìn)行了結(jié)合，改善了傳統(tǒng)的 電子電路設(shè)計(jì)方法，周期長(zhǎng)、耗時(shí)多、效率低的不足，能夠完成以下的幾項(xiàng)基本功能：用1Hz秒信號(hào)作為計(jì)時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)；計(jì)時(shí)采用24小時(shí) 制，用時(shí)、分、秒三位顯示時(shí)鐘；包含時(shí)、分的校正的開(kāi)關(guān)；具有 機(jī)械防抖考慮。本設(shè)計(jì)主要由電源電路，計(jì)數(shù)顯示電路，校時(shí)電路，秒信號(hào)發(fā)生電 路等電路組成。通過(guò)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器形成秒脈沖信號(hào),

2、 秒脈沖信號(hào)輸入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，并把累計(jì)結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒” 的數(shù)字顯示出來(lái)，當(dāng)電路計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，通過(guò)校時(shí)電路的校時(shí)開(kāi)關(guān)進(jìn) 行校正，在校正過(guò)程中，開(kāi)關(guān)可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象，通過(guò)防抖電路實(shí)現(xiàn) 防抖功能。通過(guò)Multisim 2010軟件的測(cè)試儀器對(duì)創(chuàng)建的電路進(jìn)行了分 析和仿真實(shí)驗(yàn)，并將理論和實(shí)踐相結(jié)合實(shí)現(xiàn)該電路的各個(gè)功能。關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘 校正計(jì)數(shù)數(shù)字鐘電路EDA輔助設(shè)計(jì)i=r隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子技術(shù)及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)手段也日新月異；作為計(jì)時(shí)工具，數(shù)字鐘被廣泛用于個(gè)人家庭、車站、 碼頭、辦公室等公共場(chǎng)所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匾锲?。由于?shù)字 集成電路的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使

3、得數(shù)字鐘的精度，運(yùn)用超過(guò)老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘 表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng) 控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開(kāi)關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至 各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因 此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。本文提出數(shù)字鐘電路是現(xiàn)在比較實(shí)用的一個(gè)設(shè)計(jì)電路，它的優(yōu)勢(shì)在 于，成本低，耗電量小，精度高，并且功能齊全。在各個(gè)領(lǐng)域都廣泛應(yīng) 用，且在Multisim 2010環(huán)境下可實(shí)現(xiàn)功能測(cè)試和仿真。本次設(shè)計(jì)課題主要結(jié)合了 EDA在電工技術(shù)與電子技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)與仿真，

4、本文設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字鐘電路。有四大部分組成，第一 部分是介紹設(shè)計(jì)任務(wù)分析和總體功能模塊設(shè)計(jì)，第二部分是主要的元器 件介紹，第三部分是子模塊電路的具體實(shí)現(xiàn)，第四部分是系統(tǒng)電路的仿 真測(cè)試及調(diào)試。161電路的設(shè)計(jì)方案1.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求本課題主要是設(shè)計(jì)一個(gè)具有校正功能且具有清晰顯示時(shí)間的數(shù)字鐘 電路，該電路的具體要求為:第一：采用1HZ秒信號(hào)作為計(jì)時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)。第二：計(jì)時(shí)采用 24小時(shí)制，用時(shí)、分、秒三位顯示時(shí)鐘，指示方式穩(wěn)定可識(shí)別。第三：設(shè)計(jì)包含時(shí)、分的校正的開(kāi)關(guān)，并具有防抖功能。第四：電路采用交流電供電，以穩(wěn)定直流電壓驅(qū)動(dòng)控制電路聲 光指示情況。1.2設(shè)計(jì)思路根據(jù)本課題的任務(wù)要求要采用 1H

5、z秒信號(hào)作為計(jì)時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)，因 此秒信號(hào)發(fā)生器是不可缺少的一部分。信號(hào)發(fā)生器可以由石英晶體 振蕩器或555振蕩器等電路構(gòu)成，不同的振蕩器有不同的特點(diǎn)。秒信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)1HZ標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)作為電路計(jì)時(shí)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參照。同時(shí)設(shè)計(jì)任務(wù)也要求采用24小時(shí)制，用時(shí)、分、秒三位顯示時(shí)鐘, 所以需要計(jì)數(shù)器，顯示器，組成計(jì)數(shù)顯示電路。因?yàn)橐笤O(shè)計(jì)包含 時(shí)、分的校正的開(kāi)關(guān)，所以需要一個(gè)校時(shí)電路對(duì)時(shí)和分計(jì)數(shù)譯碼顯 示電路進(jìn)行校正，從而改變時(shí)間，在按校時(shí)開(kāi)關(guān)進(jìn)行校時(shí)的時(shí)候,校時(shí)開(kāi)關(guān)有可能產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象，所以在校時(shí)電路中應(yīng)該加入一個(gè)防抖動(dòng)電路進(jìn)行防抖。因?yàn)殡娐沸枰粋€(gè)穩(wěn)定的5V電壓，所以需要考慮設(shè)計(jì)一個(gè)電源電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。1.

6、3工作原理及結(jié)構(gòu)框圖圖1.1是數(shù)字鐘電路的主要功能模塊框架圖主要有秒脈沖器，穩(wěn)壓電源校時(shí)電路和時(shí)、分、秒的計(jì)數(shù)器和顯示等電路組成。其工作原理是由秒脈沖器產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的1HZ秒信號(hào)，1HZ秒信號(hào)進(jìn)入秒計(jì)數(shù)器 的CP輸入端，使秒計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)開(kāi)始后進(jìn)行信號(hào)傳遞，使 電路工作，并在顯示器上顯示出來(lái)；當(dāng)數(shù)字鐘工作時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)， 這時(shí)需要一個(gè)電路來(lái)使數(shù)字鐘回到正確的時(shí)間上運(yùn)行，通過(guò)建立一 個(gè)校時(shí)電路來(lái)完成時(shí)間校正，校時(shí)電路通過(guò)開(kāi)關(guān)改變電平的高低, 使電路進(jìn)入校時(shí)，再通過(guò)分校時(shí)開(kāi)關(guān)和時(shí)校時(shí)開(kāi)關(guān)分別對(duì)分和時(shí)進(jìn) 行校正，由于考慮到建立的是機(jī)械校時(shí)開(kāi)關(guān)，所以在按校正開(kāi)關(guān)時(shí) 有可能產(chǎn)生開(kāi)關(guān)抖動(dòng)，因此要建立一

7、個(gè)防抖電路進(jìn)行防抖動(dòng)，從而 使電路正常校時(shí)，校時(shí)完畢后再把電平開(kāi)關(guān)復(fù)位，電路重新正常工 作；穩(wěn)壓電路對(duì)數(shù)字鐘進(jìn)行供穩(wěn)定的電壓。綜上要求，構(gòu)建了一個(gè)結(jié)構(gòu)框圖，如下圖1.1 :J I分顯示器I I時(shí)計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器時(shí)顯示器秒顯示器防f斗校時(shí)電路I秒脈沖器圖1.1數(shù)字鐘的結(jié)構(gòu)框圖2主要芯片兀器件介紹2.1 74LS00與非門74LS00管腳圖:FuncWon TableY=rABInputsOutputABYLL1LHHHLMHHI74LS00真值表沖S74LS00與非門是數(shù)字電路中應(yīng)用十分廣泛最基本的一種器件。2.2主從RS觸發(fā)器圖2.2 主從RS觸發(fā)電路主從RS觸發(fā)器電路如圖2.2，其中A B、C

8、、D門組成的同步 RS觸發(fā)器，稱為從觸發(fā)器；E、F、G H門組成另一個(gè)同步 RS觸發(fā)器,稱為主觸發(fā)器。時(shí)鐘脈沖 CP直接控制主觸發(fā)器，并通過(guò)I門倒相, 以 控制從觸發(fā)器。工作原理是：（1）當(dāng)CP=1即時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí),G、H門打開(kāi)，接收 R、S端的信號(hào)，使主觸發(fā)器發(fā)生動(dòng)作，由于=0,C、D門被封鎖，使從觸發(fā)器亦即整個(gè)觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。當(dāng)C吐0即時(shí)鐘脈沖回到低電平時(shí)， GH門被封鎖，主觸發(fā)器不動(dòng)作,2其狀態(tài)保持不變；由于=1, C、D門打開(kāi)，接收主觸發(fā)器原狀態(tài)信號(hào), 使從觸發(fā)器發(fā)生動(dòng)作，從而導(dǎo)致整個(gè)觸發(fā)器處于某一確定狀態(tài)表2.1 主從RS觸發(fā)器真值表CPRSQ.屮說(shuō)明0XXQn不變1100置0

9、1011置1100Qn不變111X不定主從RS觸發(fā)器狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)發(fā)生在 CP脈沖的下降沿，即CP由1RS觸發(fā)跳變到0的時(shí)刻。在CP=1期間觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。因此，來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，觸發(fā)器狀態(tài)至多改變一次，從而解決了同步器的空翻問(wèn)題3。2.3 555定時(shí)器555定時(shí)器又稱時(shí)基電路，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應(yīng)用十分廣泛。它是一種產(chǎn)生時(shí)間延遲和多種脈沖信號(hào)的電路，由于內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個(gè) 5K電阻，故取名555電路。555 定時(shí)器的工作原理555定時(shí)器的管腳和功能表分別如圖2.3和表2.2所示。間m m mTOC TRI THE COM)555GND DIE ourLU UJ LJ

10、 LJ圖2.3 555定時(shí)器的管腳表2.2 555定時(shí)器的功能UrstUthRUtriOUT放電端與地導(dǎo)通1、20與地導(dǎo)通 U dd U dd3312,保持原狀態(tài)不變保持原狀態(tài)不變V U DD U DD3312,1 ,1與地?cái)嚅_(kāi)V U DDV U DD說(shuō)明：X代表任意電平由555定時(shí)器的功能表可知:(1)只要外部復(fù)位端RST接低電平或者接地，即RST=0則不論高電平觸發(fā)端UTHR和低電平觸發(fā)端UTRI輸入何種電平，輸出端OUT均為低電 平，并且放電端DIS通過(guò)導(dǎo)通的三極管接地，所以定時(shí)器正常工作時(shí), 應(yīng)將外部復(fù)位端RST接高電平。(2)外部復(fù)位端RST接高電平，控制端CON懸空或者通過(guò)電容接地

11、21RS=01,Q=0,Q=1,使 OUT=0 放電端RS=11,Q和Q均保持不變，使 OUT和若 UthR U DD 且.UtrI U DD ,33DIS通過(guò)導(dǎo)通的三極管接地。21若 Uthr V U dd 且 Utri - U dd ,33放電端DIS保持原來(lái)的狀態(tài)不變。2 1若 Uthr V 3 U dd 且 Utri V 3 U dd ,DIS與地之間斷路。RS=10,Q=1,Q=0,使 OUT=1 放電端(3)外部復(fù)位端RST接高電平，控制端COr#接控制電壓Us時(shí)9:若 Uthr Us且 Utri s，Rig,使 OUT=P 放電端 DIS通過(guò)導(dǎo)通的三極管接地。若Uthr v Us

12、且Utri fUs，RS=11 Q 和 Q均保持不變，。詠放電端DIS保持原來(lái)的狀態(tài)不變。若 Uthr Us且 Utri 57J；kir7TR2Titrcor555 VIRTUAL -p I -r I F F p I F F：tOnF； C:WnFCf-Timer 圖2.4多諧振蕩器5552.4計(jì)數(shù)器 74LS160十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS160是由多個(gè)觸發(fā)器以及門電路構(gòu)成的由時(shí)鐘上升沿出發(fā)的同步十進(jìn)制加法器11:響74LS160DU2BA BCDEXP m圖 2.5 74LS160管腳圖表 2.3 74LS160功能表輸入輸出CLR LOAD ENP ENT CLK AD QA QB QC

13、QDLXXXXXXXXLLLLHLXXJD0D1D2D3D0D1D2D3HHHHJXXXX計(jì)數(shù)HHLXXXXXX保持HHXLXXXXX保持RCC進(jìn)位輸出端CLR異步清除輸入端（低電平有效）QA-QD輸出端LOAD同步并行置入控制端（低電平有效）A-D并行數(shù)據(jù)輸入端ENP計(jì)數(shù)控制端CLK時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）ENT計(jì)數(shù)控制端74LS160的清除是異步的。當(dāng)清除端CLR為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端H-咼電平L低電平J-低到咼電平跳變X-任意D0-D3穩(wěn)態(tài)輸入電平CLK狀態(tài)如何，即可完成清除功能12。74LS160的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制端LOAD為低電平時(shí)，在CP上升沿作用下，輸出端QA-QD與數(shù)據(jù)

14、輸入端A-D 一致。對(duì)于 74LS160,當(dāng)CP由低至高跳變或跳變前，如果計(jì)數(shù)控制端ENT,ENP為高電平，貝yLOAD應(yīng)避免由低到高的跳變13。74LS160的計(jì)數(shù)是同步的，靠CP同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。當(dāng)ENT和ENP均為高電平時(shí)，在CP上升沿作用下QA-QD同時(shí)變化，從而清除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。對(duì)于74LS160,只有當(dāng)CP為高 電平時(shí)ENT和ENP才允許由高至低電平的跳變1474LS90為中規(guī)模TTL集成計(jì)數(shù)器，可實(shí)現(xiàn)二分頻、五分頻和十分頻等功能，它由一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)五進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成15。鈕逼 12 I2 訃D C O U號(hào)RR RR 迄士 土74LS90D圖2.6

15、 74LS90管腳圖表2.4 74LS90功能表復(fù)位輸入輸出R1R2R91R92QDQCQBQAHHLXLLLLHHXLLLLLXXHHHLLHXLXL計(jì)數(shù)LXLX計(jì)數(shù)LXXL計(jì)數(shù)H-高電平L低電平X-任意3子模塊電路設(shè)計(jì)3.1電源電路設(shè)計(jì)用一個(gè)變壓器把220V的家用交流電壓變?yōu)?8V的小電壓。利用二極管單向?qū)ǖ脑?，用四個(gè)二極管構(gòu)成一個(gè)橋式整流電路，對(duì)交流電 進(jìn)行半波整形，再經(jīng)過(guò)一個(gè)電容對(duì)其整形，變成供這個(gè)近似直流的電壓, 但由于還有許多文波，再用一個(gè)穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管變成 5V的穩(wěn)定直流電 壓，供這個(gè)電路的使用。從圖上看,變壓器輸入端經(jīng)過(guò)一個(gè)保險(xiǎn)連接電源插頭，如果變壓器或 后面的電路發(fā)生短

16、路，保險(xiǎn)內(nèi)的金屬細(xì)絲就會(huì)因大電流引發(fā)的高溫溶化 后斷開(kāi)。變壓器后面由4個(gè)二極管組成一個(gè)橋式整流電路，整流后就得到一個(gè)電壓波動(dòng)很大的直流電源，所以在這里接一個(gè)3000的電阻限流。變壓器輸出端的18V電壓，因?yàn)檫@時(shí)候的輸出的電流不穩(wěn)定需要一 個(gè)用一個(gè)100UF的電容來(lái)濾波。最后要在電路中加一個(gè)穩(wěn)壓二極管進(jìn)行最后的穩(wěn)壓。之后會(huì)輸出穩(wěn)定的5V電壓，供電路使用。1 O-3 4 - T - I I ITr-H.G1圖3.1 電源電路3.2秒信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)555計(jì)時(shí)器是一種集成電路芯片，常被用于定時(shí)器、脈沖發(fā)生器和 振蕩電路。555可被作為電路中的延時(shí)器件、觸發(fā)器或起振元件。用多諧震蕩555產(chǎn)生一個(gè)100

17、0Hz的脈沖，再利用3個(gè)74LS90的十進(jìn)制功能組成一個(gè)分頻器。經(jīng)過(guò)3次分頻就會(huì)產(chǎn)生1Hz的秒脈沖信號(hào)選擇多諧震蕩器555,確定其電阻和電容值如下:理論計(jì)算：555定時(shí)器的脈沖時(shí)間是由于RC充放電確定的根據(jù)三要素公式：Vc1(t) = Vc1&) + Vc(0+) -Vc )etRC1(3.1)充電過(guò)程:21-Vcc =Vcc +(-Vcc -Vcc) 一爲(wèi)33e RC1(3.2)充電時(shí)間:t1 =(R1 +R2)C1In 2 =0.7(R1 + R2)C15 5 5 5 5 5(3.3)t2放電過(guò)程:12-Vcc = 0+(-Vcc-0)e RC133(3.4)放電時(shí)間:t2 =R2C1l

18、n2 = 0.7R2C15 5 5 5 5 5(3.5)一個(gè)周期的時(shí)間:t =t1 +t2 =丄f(3.6)1.43頻率：f+0.7(R1+2R2)C1(R1+2R2)C1(3.7)首先確定C1=0.1uf, R2=5K，需要輸出頻率f=1KHz,充放電時(shí)間為1ms, 可以確定R1=4.65e.震蕩電路圖如下:UCC315kL -lJZR2T?QL13LI33zpiOOnF ZIIOnFC555_VIRTUALTimerCf圖3.2555震蕩電路74LS90做十進(jìn)制分頻，就是把它連接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)，輸出QA與輸入INB相接，構(gòu)成8421BCD碼計(jì)數(shù)器，QC輸出，構(gòu)成QDQCQB也就是1001（即

19、 9）,在一個(gè)周期的80%寸間信號(hào)都是不變的，等到20%寸間時(shí)，QD會(huì)有個(gè) 脈沖產(chǎn)生加上QA的反饋，也就是1001時(shí)，這樣74LS90就變成了十進(jìn)制分 頻器。R01和R90接地是為了十進(jìn)制分頻，QD是十進(jìn)制輸出端。然后把3 個(gè)74LS9（連接在一起就組成了 3次分頻。Mt ROJ 74LS90&圖3.3 74LS90十進(jìn)制分頻電路是利用74LS90的十進(jìn)制功能串聯(lián)在一起進(jìn)行三次分頻， 使1000Hz的信號(hào)變成我們需要的1Hz信號(hào)；振蕩器555產(chǎn)生一個(gè)1000Hz 的脈沖信號(hào)，信號(hào)進(jìn)入第一個(gè) 74LS90的INA （CP輸入端）分頻開(kāi)始, 再由QD把分頻好的信號(hào)傳遞到下個(gè)74LS90,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)

20、十進(jìn)制分頻。電路圖如下:IR1103BtnOTT7RHruirarIfUBAPI99魁血 If 1 益器10Am107105lOOnF zlOnF C I CfGm74LSMD 匕斗 rtkB 且SpL* 世 ftlftL = Zirner74LS90D74LS90D圖3.4秒信號(hào)發(fā)生電路60進(jìn)制3.3計(jì)數(shù)顯示電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)要求一個(gè)包含時(shí)分秒的數(shù)字鐘，其中分和秒是需要 計(jì)數(shù)，時(shí)需要24進(jìn)制計(jì)數(shù)，所以需要一個(gè)24進(jìn)制電路，和兩個(gè)60進(jìn)制 電路。1）為用74LS160實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制計(jì)數(shù)，就是當(dāng)計(jì)數(shù)到了 24時(shí)就會(huì)復(fù)位 到零重新計(jì)數(shù)，74LS160是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其中一個(gè)做個(gè)位你個(gè)做十位從 而組成一

21、個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，信號(hào)從個(gè)位計(jì)數(shù)端 CLK（CP輸入端）進(jìn)入后, 個(gè)位74LS160計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，等到計(jì)數(shù)到“ 10”時(shí)就會(huì)有一個(gè)信號(hào)從RCC端（進(jìn)位輸出端）發(fā)送到十位74LS160計(jì)數(shù)器中，十位計(jì)數(shù)器就會(huì)顯 示“ 1” ,等到計(jì)數(shù)到“24”時(shí)，十位74LS160計(jì)數(shù)器的QB和個(gè)位74LS160 計(jì)數(shù)器的QC會(huì)同時(shí)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)“ 1”，與非門74LS00導(dǎo)通信號(hào)發(fā)送到兩個(gè)計(jì)數(shù)器的CLR青零端，兩個(gè)計(jì)數(shù)器就會(huì)同時(shí)復(fù)位重新計(jì)數(shù)。島2EMusOCD KX6THF a * _Y alfTf29IHz 5V眛中圖3.524進(jìn)制電路電路中的 ENT ENP在計(jì)數(shù)時(shí)需要保持在咼電平 丄OAD A B、

22、C D 不做使用，LOAD咼電平有效，A B、C D低電平有效接地。60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的BCD輸出端接顯示的輸入端，然后由顯示器顯示出 來(lái)。60進(jìn)制電路圖如上圖3.5：2）為用74LS160實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制計(jì)數(shù)，就是當(dāng)計(jì)數(shù)到了 60時(shí)就會(huì)復(fù)位 到零重新計(jì)數(shù)，信號(hào)從個(gè)位計(jì)數(shù)端CLK（CP輸入端）進(jìn)入后，個(gè)位74LS160 計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，等到計(jì)數(shù)到“ 10”時(shí)就會(huì)有一個(gè)信號(hào)從 RCO端 （進(jìn)位 輸出端）發(fā)送到十位 74LS160計(jì)數(shù)器中，十位計(jì)數(shù)器就會(huì)顯示“ T ,等 到計(jì)數(shù)到“ 60”時(shí)，十位74LS160計(jì)數(shù)器的QB和 QC會(huì)同時(shí)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)“ 1”，與非門74LS00導(dǎo)通信號(hào)發(fā)送到兩個(gè)計(jì)數(shù)器的

23、 CLR清零端,兩個(gè)計(jì)數(shù)器就會(huì)同時(shí)復(fù)位重新計(jì)數(shù)。其他管腳和24進(jìn)制一樣。60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的BCD輸出端接顯示的輸入端，然后由顯示器顯示出VCCueDC0來(lái)。60進(jìn)制電路圖如下:泗-EK1I jCT 5V35U6A Il74LSlWJi,30IHz 5v-:1脈;中圖3.6 60進(jìn)制電路圖3.4防抖動(dòng)校正電路設(shè)計(jì)時(shí)間校正子系統(tǒng)是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。時(shí)鐘出現(xiàn)誤差時(shí)，需校準(zhǔn)。校對(duì)時(shí)間總是在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間到來(lái)之前進(jìn)行，一般分以下幾個(gè)步驟：首先把 小時(shí)計(jì)數(shù)器置到所需的數(shù)字；然后再將分計(jì)數(shù)器置到所需數(shù)字；在此同 時(shí)或之后，應(yīng)將秒計(jì)數(shù)器清零，時(shí)鐘暫停計(jì)數(shù)，處于等待啟動(dòng)；當(dāng)選定 的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻到達(dá)的瞬間，按起動(dòng)按鈕，電路則

24、從所預(yù)置時(shí)間開(kāi)始計(jì)數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)小時(shí)校正和分校正，本設(shè)計(jì)采用主從RS觸發(fā)器、9個(gè)與非門、3個(gè)開(kāi)關(guān)和若干電阻組成的時(shí)間校正電路。 如圖3.8所示。（1）當(dāng)J2打開(kāi)時(shí),CP=1即時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)，G H門打開(kāi)，接收R、S端的信號(hào)，使主觸發(fā)器發(fā)生動(dòng)作，由于=0, C、D門被封鎖，使從觸發(fā)器亦即整個(gè)觸發(fā) 器保持原狀態(tài)不變。（2）當(dāng)J2閉合時(shí)，CP= 0即時(shí)鐘脈沖回到低電平時(shí)，G H門被封鎖，主觸發(fā)器不動(dòng)作，其狀態(tài)保持不變；由于=1, CD門打開(kāi)，接收主觸發(fā)器原狀態(tài)信號(hào)，使從觸發(fā)器發(fā)生動(dòng)作，從而導(dǎo)致整個(gè)觸發(fā)器處于某一確定狀態(tài)。J2控制CP永沖的輸入，右邊通過(guò)兩 個(gè)開(kāi)關(guān)J5、J6對(duì)“時(shí)”、“分”計(jì)數(shù)器進(jìn)行校正

25、。在不進(jìn)行校正時(shí)，開(kāi)關(guān)閉 合，輸出均為高電平，當(dāng)需要校正“時(shí)”計(jì)數(shù)器時(shí)，把開(kāi)關(guān) J2來(lái)回?fù)軇?dòng), 得到兩路輸出信號(hào)，該圖中得到的脈沖信號(hào)為時(shí)校正脈沖信號(hào)，因?yàn)殚_(kāi) 關(guān)J6沒(méi)有打開(kāi)，因此分校正沒(méi)有輸出脈沖，為咼電平。主從RS觸發(fā)器具有鎖定功能，也就是它與機(jī)械開(kāi)關(guān)構(gòu)成的電路可以 放抖動(dòng)（詳細(xì)介紹見(jiàn)2.2節(jié)）。如圖:3.5電路總圖設(shè)計(jì)把以上電源電路，秒信號(hào)發(fā)生電路，計(jì)數(shù)顯示電路，防抖校時(shí)校時(shí) 電路組合到一起，就組成了，數(shù)字鐘電路的總圖。其中電源電路為電路 供電，秒信號(hào)發(fā)生電路為電路提供一個(gè)穩(wěn)定的信號(hào)，校正電路的兩個(gè)校時(shí)端分別和計(jì)數(shù)顯示電路的進(jìn)位信號(hào)連接（即Q傣口Q（到CLK）（秒到分, 分到時(shí)）建立與非

26、關(guān)系，通過(guò)與非門實(shí)現(xiàn)，從而可用校正開(kāi)關(guān)進(jìn)行校時(shí)。HFn1 rt du 1 呂 Stag s 青手5s竺iF育=iLiZffld； u Cje SE. aDIIU i-p 3 I fi WKW4 Lb n 1 JI 人宀 - g詳隹意i33 5 -tPH-wvnm- 0gS匸A訐匸p ril- =IIS能S3aTtBJE8Key 二廚=i臣管ss5io上r Wkg tig8H wKuGrTf笞C拿_ 省S!K0 hp目 s廿昌 H許J-s11- =fiH戰(zhàn)l_p * -n MMww 2只！*Ip?= r-s HH常p誓i3H H=rrp oW圖3.8電路總圖BA1 k=g日蝕也 sn 3 twA

27、i 上f =牡審Si：4利用Multisim2010軟件進(jìn)行電路仿真測(cè)試4.1 Multisim2010 軟件介紹Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以 Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電 路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分 析能力。1）示波器的介紹示波器是用來(lái)觀察信號(hào)波形，并可測(cè)量信號(hào)幅度、頻率、周期等參數(shù)的儀器。它與實(shí)際示波器一樣，可以雙蹤輸入，同時(shí)觀測(cè)兩路信號(hào)的 波形。示波器的圖標(biāo)如圖:XSC1圖4.7 示波器1示波器的面板按鈕雙擊示波器的圖標(biāo)，窗口出現(xiàn)如圖所示面板。示波器的面板有兩部分組成，左側(cè)

28、是示波器的觀察窗口，右側(cè)是示波器的控制面板?？刂泼?板又分為4部分：時(shí)間基準(zhǔn)部分、觸發(fā)部分、通道 A部分和通道B部分。 2 I暫示液器圖4.8示波器的面板4.2電源電路調(diào)試仿真用一個(gè)萬(wàn)用表接在電路的輸出端，開(kāi)啟仿真，電路開(kāi)始仿真，仿真的預(yù)期的結(jié)果是得到5V的直流電，仿真結(jié)果和預(yù)期結(jié)果一樣，說(shuō)明電路 可用。仿真圖如下:3a4u丨I-1點(diǎn)匚h, J J - J&萬(wàn)用表:;R13 ；=：3ODL：:ci:JDZ :55 V： : noOuFDJV112.2r：22pvr(ns j/SOH 工 吁/g芻:圖4.9電源電路仿真4.3秒信號(hào)發(fā)生器的仿真用一個(gè)邏輯分析儀接在秒信號(hào)發(fā)生器的輸出端，開(kāi)啟仿真，電

29、路開(kāi)始運(yùn)行，電路需要產(chǎn)生一個(gè)1HZ的秒脈沖信號(hào),電路仿真結(jié)果如圖，符合電路要求，說(shuō)明電路可用。仿真圖如下:12V Vs :- J出： 5 -用n rkKn If - 用垃5 R? - -VW磴遡MT -OUTEI3KB -CO THV SkrWR . Qfr:.弟 Bfll SD R0期li271 .科魁.ir 卻1 74LS&0O74LS90O WDoFIBhF：:eTp - 住HDt - ioKDi -A511 -KPf -士m - 利T -百& Fp-2li.29!HKr74LS90D74LS9(HMLS9M xsci lOOhF . *10肝一:c:：555_VIRTUAL Aner

30、cr:35：圖4.12秒信號(hào)發(fā)生器的仿真電路圖庚可 I4戛李 I 3. Tf計(jì)T1T2T；-T1 X IT-E * A2 e It 55.6iiV臨o.awiv1.036 i比MM V555-XSCl連主B _粒亙-:5 |5 g* iW k電I蘆B I申胡 YzX O毛零 fo戶W 疋芫I丐念I(lǐng)直電h |卄 唾主50D mijDivti 戦 |5OD miDiv仝* |5 VjDiw X 二1 OY岡T tzsj ea| AB| AC I 0 fee花 AC I 0 反 -| C1 = 1 .圖4.13 秒信號(hào)發(fā)生器輸出波形4.3計(jì)數(shù)顯示電路仿真用信號(hào)發(fā)生器做信號(hào)源，進(jìn)行仿真，仿真要求電路進(jìn)

31、行24進(jìn)制和60 進(jìn)制計(jì)數(shù)，看電路是否具有計(jì)數(shù)到指定值后，復(fù)位從零開(kāi)始重新計(jì)數(shù)功 能。以及秒向分進(jìn)位和分向時(shí)進(jìn)位，看電路是否能夠按要求進(jìn)位。創(chuàng)建如圖4.14 24進(jìn)制仿真電路開(kāi)啟仿真后電路開(kāi)始運(yùn)行，顯示器上開(kāi)始顯示時(shí)間，當(dāng)時(shí)間到了24時(shí)，下一時(shí)刻顯示器顯示為 0,以此循 環(huán)，60進(jìn)制計(jì)數(shù)和24進(jìn)制計(jì)數(shù)相同。秒向分進(jìn)位，分向時(shí)進(jìn)位也就是“60” 向“ 60”，“ 60”向“ 24”，在此測(cè)試仿真“ 60”向“ 24”，60進(jìn)制計(jì)數(shù)也 就是“ 0110”，即QB和QC為“1”時(shí)進(jìn)位，把QB和QC通過(guò)一個(gè)與非門連向24進(jìn)制計(jì)數(shù)的輸入CLK,從而測(cè)試仿真。VCG 廿5 5VU3i軸5 E .昶B QD

32、- - -HCQ on dcdAeDCDHEXAS.弋 J74LS0P La J I I IKFGi孑斗LSqEDD?直U2A Ofc B C go qOSKP - - ECO 詭-LflM - CLBL-Mr -1 I p一 c-flVGG 5V亍4L串G&D進(jìn)制計(jì)數(shù)仿真圖vee5VU4U5；DCD HEX-CEB- 74LS160D -VGG5V3U1A 74LS1)1)- 如 - QC- 5DXFGl” m - tioo EJfTliuLDAD jCUL-CLi(L5q(WD圖4.15 60進(jìn)制計(jì)數(shù)仿真圖130仿真測(cè)試24進(jìn)制計(jì)數(shù)和60進(jìn)制計(jì)數(shù)和預(yù)期結(jié)果相同，電路可用。巴:匚 -5V L

33、UEFT WOOW- h 口 HP 9r -LUD11 -WEE - w -7a SIMP-戸21me-CO HEXt & -m ITT CHD*mJ nOr-程日1蜒KIIA.Key .=. A . . Key = BKey.=. C . a:or ：or ：圖4.17時(shí)校正電路輸出才示破器-xglYII a II 720 000 ml迂蘭_ASWOV-壬芒BOOWV壬叵 II Ext. Trisaerr北誼占“ |6 V/DivY 10-r弄準(zhǔn)B5 |6 V?DivY*1o-三 110 mEjDivK|0ITT ：c IT I &a|ab| ac| a 匡 P ac| o 叵-J 柑 炭

34、a 正毎 | 芒帝| e 命 ir圖4.18時(shí)校正電路輸出波形分校時(shí)電路和時(shí)校時(shí)電路測(cè)試和結(jié)果一樣，可看時(shí)校時(shí)的測(cè)試結(jié)果, 在此不做介紹。5總結(jié)如圖3.8數(shù)字鐘電路總圖，是由計(jì)數(shù)器 74LS160和74LS90多諧振 蕩器555、LED顯示器、74LS00與非門、主從RS觸發(fā)器等組成，該電路 主要應(yīng)用與計(jì)時(shí)中。電路一般時(shí)候都會(huì)正常運(yùn)行，顯示器上顯示我們需要的時(shí)間，當(dāng)出 現(xiàn)一些故障是，電路的時(shí)間可能會(huì)產(chǎn)生一些誤差，這時(shí)候需要對(duì)其進(jìn)行 校時(shí)，開(kāi)關(guān)J2按下就會(huì)進(jìn)入校時(shí)中，開(kāi)關(guān)J5是控制時(shí)校時(shí)的，開(kāi)關(guān)J5 是控制分校時(shí)的，電路是通過(guò)產(chǎn)生低電平來(lái)校時(shí)，當(dāng)校時(shí)完畢后再按下J2電路會(huì)按正確的時(shí)間重新計(jì)時(shí)。經(jīng)測(cè)試電路符合設(shè)計(jì)要求。并且考慮到現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際情況，另外多設(shè)計(jì)了一個(gè)電源轉(zhuǎn)化電路，對(duì)計(jì)數(shù)譯