计数、译码、显示与简易数字钟插板

1、1一、实验目的一、实验目的二、实验任务二、实验任务三、数字钟的组成框图三、数字钟的组成框图五、实验报告要求五、实验报告要求四、实验原理四、实验原理2 掌握中规模集成计数器掌握中规模集成计数器CC40161CC40161的逻辑功能。的逻辑功能。 掌握计数、译码、显示电路的实现与调试掌握计数、译码、显示电路的实现与调试方法。方法。 掌握小规模数字系统装调方法。掌握小规模数字系统装调方法。3l 采用采用中规模集成电路设计中规模集成电路设计完成数字钟基本功完成数字钟基本功能及扩展功能。能及扩展功能。l 基本功能基本功能1. 1. 具有具有“秒秒”、“分分”、“时时”计时的功能，计时的功能，小时按计数器

2、按小时按计数器按2424小时制；小时制；2. 2. 具有校时功能，能对具有校时功能，能对“分分”和和“时时”进行调进行调整；整；3. 3. 具有手动输入设置定时闹钟的功能。具有手动输入设置定时闹钟的功能。4l 扩展功能（扩展功能（选做选做3 3分分）1. 1. 仿广播电台整点报时：仿广播电台整点报时： 在在5959分分(51(51、5353、5555、57)57)秒发出低音秒发出低音500Hz500Hz信号，在信号，在5959分分5959秒时秒时发出一次高音发出一次高音1kHz1kHz信号，音响持续信号，音响持续1 1秒钟，在秒钟，在1kHz1kHz音响结束时刻为整点。音响结束时刻为整点。2.

3、 2. 报整点：几点敲几下。报整点：几点敲几下。l 其他功能其他功能：如显示日期等（可加分）：如显示日期等（可加分）5数字钟电路系统由数字钟电路系统由主体电路主体电路和和扩展电路扩展电路两大部分所组成两大部分所组成 秒计数器计满秒计数器计满6060后向后向分计数器进位分计数器进位 分计数器计满分计数器计满6060后向小后向小时计数器进位时计数器进位 小时计数器按照小时计数器按照“2424进进制制”规律计数规律计数 计数器的输出经译码器送显示器 计时出现误差时可以用校时电计时出现误差时可以用校时电路进行校时、校分、校秒路进行校时、校分、校秒 扩展电路必须在主体电路正常运行的扩展电路必须在主体电路

4、正常运行的情况下才能实现功能扩展情况下才能实现功能扩展 6时、分、秒计数器时、分、秒计数器l分和秒分和秒计数器都是模计数器都是模M M=60=60的计数器的计数器 其计数规律为其计数规律为0001585900 0001585900 l时时计数器是一个计数器是一个2424进制计数器进制计数器 其计数规律为其计数规律为00012223000001222300即当数字钟运行到即当数字钟运行到2323时时5959分分5959秒时，秒的个秒时，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为自动显示为0000时时0000分分0000秒。秒。74 4位二进制同步加计

5、数器位二进制同步加计数器 14 13 12 11 1 2 3 4 10 9 16 5 6 7 15 8 VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CR CP D0 D1 D2 D3 CTP GND 表表5.21.4 74LS161功能表功能表 异步异步清零清零使能：使能：保持保持/计数计数数据输入数据输入置数置数进位进位同步置数同步置数ET=CTT&CTPCO=Q3&Q2&Q1&Q0CRETLDCP操作状态操作状态 0 x x x 清除清除 1 0 x 预置预置 1 1 0 保持保持 1 1 1 计数计数(p161)8 CR LD D0 D1 D2 D

6、3 CP CTP CTT Q0 Q1 Q2 Q3 CO 1 2 3 8 9 12 13 14 15 0 1 2 异步异步 清零清零 同步同步 清零清零 同步同步预置预置 计数计数 保持保持 输出 数据输入 9 & 11 12 13 14 2 6 5 4 3 CP 7 10 9 1 CTP CTT LD CR Q3 Q2 Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 74LS161 VCC 1 0 1 0 & 11 12 13 14 2 6 5 4 3 CP 7 10 1 9 CTP CTT CR LD Q3 Q2 Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 74LS161 VCC 1 0 0 1

7、 利用同步预置利用同步预置清零清零利用异步清零利用异步清零优点：优点：清零可靠清零可靠输出没有毛刺输出没有毛刺缺点：缺点：1010会出现几百会出现几百纳秒，引起误动作，纳秒，引起误动作，输出有毛刺输出有毛刺10 & 11 12 13 14 6 5 4 3 2 CP 7 10 9 CTP CTT Q3 Q2 Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 74LS161 1 0 0 1 CR 1 LD VCC & 11 12 13 14 6 5 4 3 2 CP 7 10 9 CTP CTT Q3 Q2 Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 74LS161 0 1 0 1 CR 1 LD VC

8、C 进进位位信信号号 CP 优点：优点：简单；简单；缺点：缺点：速度较慢速度较慢六十进制计数器六十进制计数器-串行进位（异步）串行进位（异步）六进制计数器六进制计数器十进制计数器十进制计数器11 & 11 12 13 14 6 5 4 3 2 CP 7 10 9 CTP CTT Q3 Q2 Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 74LS161(1) 1 0 0 1 CR 1 LD VCC & 11 12 13 14 6 5 4 3 2 CP 7 10 9 CTP CTT Q3 Q2 Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 74LS161(2) 0 1 0 1 CR 1 LD VCC

9、进进位位信信号号 & CP VCC & 特点：特点：低位计数器的进位信号控制高位计数低位计数器的进位信号控制高位计数器的使能端器的使能端-超前进位超前进位优点：优点：速度较快；速度较快；缺点：缺点：较复杂较复杂六十进制计数器六十进制计数器-并行进位（同步）并行进位（同步）12Top ViewDisplay灯测试灯测试灭灯灭灯锁存锁存与与74LS48管脚基本兼容管脚基本兼容A3 A0 A1 A2 13灯测试灯测试灭灯灭灯译码译码输出输出保持保持锁存锁存14 a b e d c g p f p c b e f a g d a b c d e f g p 15 4511 3 5 A3

10、 A2 A1 A0 6 2 1 7 4 +5V 13 12 11 10 9 15 14 a b c d e f g a b c d e f g 510 p 公共公共限流限流电阻电阻161 1振荡器的设计：振荡器为数字钟提供时钟源。振荡器的设计：振荡器为数字钟提供时钟源。可选用可选用NE555NE555构成多谐构成多谐振荡器，使振荡频振荡器，使振荡频率率f=1Hzf=1Hz，电路参数，电路参数如图所示。输出端如图所示。输出端正好可得到正好可得到1Hz1Hz的标的标准脉冲。准脉冲。f=1.43/(RP+R1+R2)C1 f=1.43/(RP+R1+R2)C1 172 2、秒、分计数器的设计、秒、分

11、计数器的设计 分计数器是模为分计数器是模为6060的计数器，其计数规律为的计数器，其计数规律为00-00-01-58-59-0001-58-59-00，选，选CD40161CD40161作六、十进制计数器，再作六、十进制计数器，再将它们级联组成模数为将它们级联组成模数为6060的计数器。的计数器。 & 11 12 13 14 6 5 4 3 2 CP 7 10 9 CTP CTT Q3 Q2 Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 CC40161(1) 1 0 0 1 CR 1 LD VDD & 11 12 13 14 6 5 4 3 2 CP 7 10 9 CTP CTT Q3

12、Q2 Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 CC40161(2) 0 1 0 1 CR 1 LD VDD 进进位位信信号号 & CP VDD & 并行进位（同步）并行进位（同步）18 时计数器有时计数器有1212和和2424进制两种方式，可任选一个。进制两种方式，可任选一个。A A、当数字钟运行到、当数字钟运行到1212时时5959分分5959秒时，分的个位计数秒时，分的个位计数器再输入一个时钟脉冲时，数字钟应自动显示为器再输入一个时钟脉冲时，数字钟应自动显示为0101时时0000分分0000秒。秒。B B、当数字钟运行到、当数字钟运行到2323时时5959分分5959秒时，分的

13、个位计数秒时，分的个位计数器再输入一个时钟脉冲时，数字钟应自动显示为器再输入一个时钟脉冲时，数字钟应自动显示为0000时时0000分分0000秒。秒。 可选两片可选两片CD40161CD40161级联组成级联组成1212或模或模2424的计数器构的计数器构成时计数器。成时计数器。3 3、时计数器、时计数器19当数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正当数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间（或称校时）时间（或称校时）校时是数字钟应具备的基本功能。一般电子手表都校时是数字钟应具备的基本功能。一般电子手表都具有时、分、秒等校时功能具有时、分、秒等校时功能 为使电路简单，这里只进行分和小时

14、的校时为使电路简单，这里只进行分和小时的校时 z对校时电路的要求是 y在小时校正时不影响分和秒的正常计数y在分校正时不影响秒和小时的正常计数 z校时方式有“快校时”和“慢校时”两种 y “快校时”是，通过开关控制，使计数器对1Hz的校时脉冲计数 y“慢校时”是用手动产生单脉冲作校时脉冲 3.3k&至时个位计数器&至分个位计数器&11分十位进位脉冲秒十位进位脉冲3.3kC20.01FC10.01FS2S1校时脉冲5VS S1 1为校为校“分分”用的控用的控制开关制开关 S S2 2为校为校“时时”用的控用的控制开关制开关 校时脉冲校时脉冲采用分频采用分频器输出的器输出的1

15、Hz1Hz脉冲脉冲 当当S S1 1或或S S2 2分别分别为为“0”0”时可时可进行进行“快校快校时时” ” 如果校时脉冲由单次脉冲产生器提供，则可以进行“慢校时” 需要注意的是，校时电路是由与非门构成需要注意的是，校时电路是由与非门构成的组合逻辑电路，开关的组合逻辑电路，开关S S1 1或或S S2 2为为“0”0”或或“1”1”时，可能会产生抖动，接电容时，可能会产生抖动，接电容C C1 1、C C2 2可以缓解抖动。必要时还应将其改为去抖可以缓解抖动。必要时还应将其改为去抖动开关电路动开关电路4 4、校时电路的设计、校时电路的设计205. 5. 仿广播电台正点报时电路的设计仿广播电台正

16、点报时电路的设计 仿广播电台正点报时电路的功能要求是：仿广播电台正点报时电路的功能要求是：每当数字钟计时快要到正点时发出声响每当数字钟计时快要到正点时发出声响; ;通常按照通常按照4 4低音低音1 1高音的顺序发出间断声响高音的顺序发出间断声响; ;以最后一声高音结束的时刻为正点时刻。以最后一声高音结束的时刻为正点时刻。表表7.4.2 秒个位计数器的状态秒个位计数器的状态CP(秒秒)Q3S1Q2S1Q1S1Q0S1功功 能能500000 510001鸣低音鸣低音520010停停530011鸣低音鸣低音540100停停550101鸣低音鸣低音560110停停570111鸣低音鸣低音581000停

17、停591001鸣高音鸣高音000000停停 设设4 4声低音（约声低音（约500Hz500Hz）分别发生在）分别发生在5959分分5151秒、秒、5353秒、秒、5555秒及秒及5757秒，最后秒，最后一声高音（约一声高音（约1kHz1kHz）发生）发生在在5959分分5959秒，它们的持续秒，它们的持续时间均为时间均为1 1秒。由表可得秒。由表可得 “0”时，500Hz 输入音响“1”时，1kHz 输入音响Q3S1=59分（分十位分（分十位0101，分个位，分个位1001）51秒、秒、53秒、秒、55秒、秒、57秒、秒、59秒（秒十秒（秒十位位0101，秒个位，秒个位xxx1）211&

18、;Q0Q2分十位Q0Q3分个位11kHz11音响电路Q0Q2秒十位秒个位Q0&秒个位 Q3500Hz只有当只有当 分十位的分十位的Q Q2M22M2Q Q0M20M2=11=11 分个位的分个位的Q Q3M13M1Q Q0M10M1=11=11 秒十位的秒十位的Q Q2S22S2Q Q0S20S2=11=11秒个位的秒个位的Q Q0S10S1=1=1时时 音响电路才能工作音响电路才能工作 这里采用的都是这里采用的都是TTLTTL与非门，如果用其它器与非门，如果用其它器件，则报时电路还会简单一些。件，则报时电路还会简单一些。 5. 5. 仿广播电台正点报时电路的设计仿广播电台正点报时电路的设计 59分（分十位分（分十位0101，分个位，分个位1001）51秒、秒、53秒、秒、55秒、秒、57秒、秒、59秒（秒十秒（秒十位位0101，秒个位，秒个位xxx1）2