7.1.1多功能数字电子钟

电子电路课程设计数字电子钟课题：时间安排第1~2周（不含休假日）第一天上午：上课-课设安排、设计提示。第一天下午和第二天整天：查资料、设计草图（不用到实验室）。第三天~第七天：课设操作（全部在实验室完成）。第八天：课设结果验收。第九天：撰写课设报告。实验室考勤时间：上午：8：00~11：30，下午13：30~16：45评分标准

备注：前六项相加为100分，后两项在此基础上加减。新颖性加分不得超过10分。考勤扣分：旷课、迟到、早退酌情扣分。操作是学生动手能力的反映，由指导教师根据学生能力打分。总评的百分制成绩换算为优、良、中、及格、不及格五级形式上报教务处。合格者获学分2分。

预习装配操作基本指标附加指标报告新颖性考勤10分10分30分20分10分20分加分扣分设计提示P76基本指标动态显示小时（0～23和1～12可切换）、分钟（0～59）。可动手校正时﹑分。扩展指标整点报时:要求每个整点前鸣叫四次低音(500Hz),整点时鸣叫1次高音(1000Hz)。具有秒表功能。一、功能要求二、设计条件

电源条件：0~30V双路直流稳压电源。面包板，单股导线。可供选择的元器件范围见教材P77表6-2所示。根据设计需要可另加。电阻，电容等元件。三、电路系统框图报时检测报时驱动计分计秒计时校时时钟脉冲电路校分四位动态显示1～12秒表计10ms时钟、秒表显示切换秒表计秒12、24转换秒表控制电路扬声器时钟脉冲电路为计时电路提供1Hz的秒脉冲，亦为其它电路提供所需不同频率的各种时钟信号。可用以下几种方法实现：用集成定时器NE555加电阻、电容元件和适当的分频电路实现。（参见《数字电路与系统设计》（张顺兴主编，东南大学出版社）P190。或其它相关资料）用集成电路CD4060加晶体振荡器和电阻、电容元件实现。（参见教材P83）。用CD4060加电阻、电容元件实现。参见下图四、时钟脉冲设计时钟脉冲电路选择合适的R、C，使得

f=16384Hz则在Q13（3脚）获得

f=1Hz的秒信号。其余各输出脚的信号频率依次为2倍频。注：Q9是Q11的4倍频。五、计秒、计分电路计秒、计分电路均为BCD码输出、M=60（00～59）的计数器。可各由两片74LS160级连构成。检测个位计数器有进位输出且十位计数器计到5时十位计数器的置数端为低电平；下一时钟下十位计数器置零，个位计数器自动回零。一般采用同步计数的方法，即：各计数器采用同一时钟信号。低位计数器的进位输出（RCO）控制高位计数器的使能端（ENP或ENT）。六、计时电路计时电路是BCD码输出、M=12（01～12）的计数器。可各由两片74LS160级连构成。个位计数器的置数输入端预置00012十位计数器的置数输入端预置00002检测个位计数器输出2、十位计数器输出1时，个位、十位计数器的置数端均为低电平；下一时钟下置数。一般采用同步计数的方法。校时、校分电路分别用按键开关切换计时、计分电路的时钟信号（f=2～4Hz），加快其计数速度。视电路设计情况，可能需要同时切换计数器的使能控制端。七、校时、校分电路八、秒表计时电路秒表计时电路分为秒表计秒、秒表计10ms两部分，各由两片十进制计数器74LS160同步级联实现。计数时钟信号频率为100Hz（10ms），计数范围都是00～99。一般采用同步计数的方法。秒表计数时不影响时钟电路的计时，显示切换到秒表值。九、秒表控制电路秒表控制电路可由按键开关、二位二进制计数器、组合电路组成：按键开关为计数器提供时钟脉冲、计数器输出经组合电路译码后输出三路控制信号（显示切换、秒表电路的清零和使能）计数值显示切换秒表清零秒表使能00时钟值×不启用01秒表值清零启用10秒表值不清零计数11秒表值不清零保持4位动态显示用于显示小时、分钟的值。与“动态显示”实验相同点：使用4选1数据选择器（74153），二位二进制地址计数器（7474），2线～4线译码器（74139）。不同点如下：需使用数码管和BCD—七笔划译码器（74LS48或CD4511）并处理各管脚的连接，请注意器件功能和管脚资料的查询。在面包板上连接电路，全部管脚需逐一连接。十、4位动态显示十一、显示切换电路显示切换电路用于切换显示时钟、秒表的数字值。可由四片74LS157（4二选一数据选择器）组成。完成两组（每组16信号）的切换。秒表不工作时显示时钟值，切换控制信号由秒表控制电路提供。报时检测电路可由一个控制开关和组合电路组成。控制开关用于报时/不报时使能。组合电路用于检测并输出相应的控制信号：59分51秒控制低频（500Hz）发音；59分53秒控制低频（500Hz）发音；59分55秒控制低频（500Hz）发音；59分57秒控制低频（500Hz）发音；59分59秒控制高频（1000Hz）发音。十二、报时检测电路十三、报时驱动电路普通数字电路输出脚的输出电流不大于4mA，故不能直接驱动喇叭，需加驱动电路。简单的射极跟随器（电流放大）电路如下图：根据扬声器的阻抗值选择电阻R值，使得扬声器具有合适的音量。十四、12/24转换电路12/24转换电路用于切换时间显示的制式（1～12、0～

23）。包含按键开关、码值转换和上/下午识别电路。使用一片可编程逻辑器件GAL16V8编程实现。列出输入、输出码值的真值表。由真值表写出逻辑表达式，转换成CUPL语言格式。12小时制输入BCD码24小时制输出BCD码显示上/下午十位个位十位个位显示QQh4h3h2h1h0Z5Z4Z3Z2Z1Z0120100100000000001000001000001010200001000001002

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::::::::::::09001001001001091001000001000010110100010100011112110010010010120110000101001113::::::::::::::0810100010000020091010011000012110110000100010221111000110001123/**LogicEquations**/QQ.D=!QQ;D触发器，上午QQ=0，下午QQ=1CP1=h4&h1;D触发器的CP（计数到12时高电平）Z5=ZH&(QQ&!h4&h3&!h2&!h1#QQ&h4&!h3&!h2&!h1);Z4=ZH&(!QQ&h4&!h3&!h2&!h1#QQ&!h4&!h3&h2#QQ&!h4&!h3&h0#QQ&!h3&!h2&h1&!h0)#!ZH&h4;Z3=ZH&(!QQ&!h4&h3&!h2&!h1#QQ&!h4&!h3&h2&h1)#!ZH&h3;ZH:转换开关,ZH=0：12转1，ZH=1:23转0Z2=ZH&(!QQ&!h4&!h3&h2#QQ&!h4&!h3&!h2&h1#!h4&!h3&h2&!h1)#!ZH&h2;Z1=ZH&(!QQ&!h4&!h3&h1#QQ&!h4&!h3&h2&!h1#QQ&!h3&!h2&!h1&h0#QQ&h4&!h3&!h2&!h0)#!ZH&h1;Z0=ZH&(!h4&!h3&h0#!h4&!h2&!h1&h0#!h3&!h2&!h1&h0)#!ZH&h0;/**end**/CUPL语言描述码值转换逻辑表达式十五、可编程逻辑器件GAL16V8管脚功能：1脚：时钟信号输入。2～9脚：逻辑信号输入。10脚：电源地。11脚：输出使能控制。12～19脚：可编程（输入，组合电路输出，D触发器输出）。20脚：工作电压（DC5V)将逻辑方程转成CUPL语言格式的程序，并定义GAL器件的输入、输出管脚。在PROTEL99软件的PLD文本编辑器下输入CUPL语言格式的的程序。检查，确认输入格式和字符无误，保存文件（*.pld格式）。在主菜单“PLD”中选用“Compile”命令，自动编译*.pld格式文件为*.jed格式文件。编译过程中若出现错误提示，需修改*.pld文件后再次使用“Compile”命令，直至无误。退出PROTEL99软件，复制*.jed文件。GAL16V8逻辑器件编程操作过程在电脑上连接芯片烧写器，插入GAL16V8芯片。启动SUPERPROUSBseries软件。选择器件类型，生产厂家，器件型号。装入*.jed文件。使用“Erase”（擦除）命令，OK后；使用“Program”（编程）命令，OK后；使用“Verify”（校验）命令，OK后；取下GAL16V8芯片，按照已定义的管脚接入电