《数字电子技术项目教程》项目6 数字钟的设计与制作

项目6数字钟的设计与制作

6.1项目描述本项目制作的数字钟是由计数器、分频器、译码显示器等组成，项目相关知识点主要有时序逻辑电路、计数器、寄存器等。项目要求项目制作的数字钟要求信号发生电路产生稳定的秒脉冲信号，作为数字钟的计时基准；具有“时、分、秒”的十进制数字显示；小时计时以一昼夜为一个周期(即24进制)，分和秒计时为60进制；具有校时功能，可在任何时候将其调至标准时间或者指定时间。6.2项目资讯

6.2.1时序逻辑电路的分析1．概述1）时序逻辑电路的特点时序逻辑电路由存储电路和组合电路两部分组成，而在时序逻辑电路中，任何时刻的输出信号不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的工作状态，即与以前的输入信号也有关系。时序逻辑电路功能的描述方法（1）逻辑表达式（2）状态转换表。（3）状态转换图。（4）时序波形图。

上述4种描述方法从不同侧面突出了时序逻辑电路逻辑功能的特点，它们本质上是相通的，可以转换。在实际分析、设计中，可以根据具体情况选用。2.时序逻辑电路的分析

分析时序逻辑电路一般按以下步骤进行1）写出电路的方程组(1)时钟方程。(2)驱动力程。（3）状态方程。2）列出状态表3）画状态转换图和时序波形图4）说明电路的逻辑功能一般情况下，根据时序逻辑电路的状态表或状态图就可以反映出电路的功能。但在实际应用中，若各个输入、输出信号有明确的物理含义时，常需要结合这些信号的物理含义，进一步说明电路的具体功能。6.2.2计数器

计数器种类按照触发器是否同时翻转分为同步计数器和异步计数器；按照计数顺序的增、减，分为加计数器、减计数器，计数顺序可增、可减称为可逆计数器；按计数进制分为二进制计数器、十进制计数器、任意进制计数器。二进制计数器：按二进制运算规律进行计数的电路称作二进制计数器。十进制计数器：按十进制运算规律进行计数的电路称作十进制计数器。任意进制计数器：二进制计数器和十进制计数器之外的其他进制计数器统称为任意进制1．二进制计数器

1）异步二进制计数器异步计数器各触发器的状态转换与时钟脉冲是异步工作的。异步计数器又称串行进位计数器。（1）异步二进制加法计数器4位二进制加法计数器的工作波形D触发器构成的上升沿触发的4位异步二进制加法计数器（2）异步二进制减法计数器

由JK触发器组成的4位二进制减法计数器的逻辑图4位二进制减法计数器工作波形图2）同步二进制计数器

（1）同步二进制加法计数器(2）同步二进制减法计数器2．十进制计数器

1）异步十进制加法计数器

十进制加法计数器时序图

2）同步十进制加法计数器由JK触发器组成的8421BCD码同步十进制加法计数器的逻辑图,用下降沿触发。

3．集成计数器

1）集成同步二进制计数器74LS161和74LS1632）集成同步十进制计数器74LS160和74LS1626.2.3N进制计数器

反馈清零法

计数过程中，将某个中间状态反馈到清零端，强行使计数器返回到0，再重新开始计数，可构成比原集成计数器模小的任意进制计数器。反馈清零法适用于有清零输入的集成计数器，分为异步清零和同步清零两种方法。(1)异步清零法在异步清零端有效时，不受时钟脉冲及任何信号影响，直接使计数器清零，因而可采用瞬时过渡状态作为清零信号。（2）同步清零法同步清零法必须在清零信号有效时，再来一个CP时钟脉冲触发沿，才能使触发器清零。2反馈置数法

反馈置数法适用于具有预置数功能的集成计数器，对于具有同步置数功能的计数器，则与同步清零类似，即同步置数输入端获得置数有效信号后，计数器不能立刻置数，而是在下一个CP脉冲作用后，计数器才会被置数。对于具有异步置数功能的计数器，只要置数信号满足(不需要脉冲CP作用)，就可立即置数，因此异步反馈置数法仍需瞬时过渡状态作为置数信号。3）级联法

级联就是把两个以上的集成计数器连接起来，从而获得任意进制计数器。例如，可把一个N1进制计数器和一个N2进制计数器串联起来构成N＝N1N2进制计数器。图所示为由两片74LS160级联成100进制同步加法计数器。6.2.4寄存器

1．数码寄存器数码寄存器只供暂时存放数码，可以根据需要将存放的数码随时取出参加运算或者进行数据处理。寄存器是由触发器构成的，对于触发器的选择只要求它们具有置1、置0的功能即可。无论是用同步结构的RS触发器、主从结构的触发器，还是边沿触发结构的触发器，都可以组成寄存器。D触发器组成的4位集成数码寄存器74LSl75的逻辑电路图2．移位寄存器

单向移位寄存器双向移位寄存器

6.3技能训练集成计数器功能及应用测试

1）集成芯片74LS161功能测试（1）按测试电路图6-32接好电路；（2）检查电路接线无误后，接通电源；（3）异步清零测试。将置低电平，即=0，改变、CTP、CTT、和CP的状态，观察Q3~Q0端LED发光情况的变化，LED灯亮为1。2）74LS161构成12进制计数器（1）按图6-33连接电路；（2）检查电路接线无误后，接通电源；（3）依次从CP端输入触发脉冲（上升沿，0→1），观察随着CP端脉冲的变化，输出端Q3~Q0的LED灯的变化。6.4项目实施

6.4.1项目分析1.电路组成小时十位显示小时个位显示分钟十位显示分钟个位显示秒十位显示秒个位显示二十四进制计数器六十进制计数器六十进制计数器秒信号发生电路小时校时分钟校时秒校时2.电路原理1）秒信号发生电路秒信号发生电路产生1Hz的时间基准信号，数字钟大多采用32768（215）Hz石英晶体振荡器，经过15级二分频，获得1Hz的秒脉冲，秒脉冲发生器电路如图所示。2）计数器电路秒、分六十进制计数器秒、分计数器完全相同，将一片74LS160设计成十进制加法计数器，另一片设计成六进制加法计数器，当计数到59时，再来一个脉冲变成00，然后再重新开始计数。如图所示。时进制数为二十四进制计数器3）译码、显示电路4）校正电路（1）秒校正电路（2）分校正电路（3）时校正电路6.4.2项目制作

1）元器件的检测（1）电阻、电容的检测。使用万用表欧姆档根据测量阻值的方法判断其好坏。（2）数字集成电路的检测。安装之前，先用万用表非在路检测，（3）晶振和分频电路检测。用示波器测量晶振的输出信号波形和频率是否正常2）连接电路（1）连接秒信号发生电路。（2）连接分、秒显示电路。（3）连接时显示电路。（4）连接秒、分、时校正电路。（5）将秒信号发生器，分、秒、时计数显示电路，及秒、分、时校正电路连接起来，构成数字钟电路。连接时，集成电路芯片插装要认清方向，找准第一脚，所有IC的插入方向应保持一致。元件的连接应去除元件引脚氧化层。为检查电路的方便，导线选用不同的颜色，一般习惯是正电源用红线，负电源用蓝线，地线用黑线，信号线用其它颜色的线。电路要布局合理，整齐美观，便于调试和检测故障。3）电路调试（1）秒信号发生电路的调试。测量晶体振荡器的输出频率，调节微调电容C2，使振荡器频率为32768Hz，再测CD4060的Q4、Q5和Q6等脚的输出频率，检查CD4060