数字逻辑课程设计
自从它被发明的那天起,就成为人们生活中必不可少的一种工具,尤其是在现在这个讲
究效率的年代,时钟更是在人类生产、生活、学习等多个领域得到广泛的应用。然而随着时
间的推移,人们不仅对于时钟精度的要求越来越高,而且对于时钟功能的要求也越来越多,时钟已不仅仅是一种用来显示时间的工具,在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的
功能。诸如闹钟功能、日历显示功能、温度测量功能、湿度测量功能、电压测量功能、频率测量功能、过欠压报警功能等。钟表的数字化给人们的生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等,所有这些,都是以钟表数字化为基础的。可以说,设计多功能数字时钟的意义已不只在于数字时钟本身,更大的意义在于多功能数字时钟在许多实时控制系统中的应用。在很多实际应
用中,只要对数字时钟的程序和硬件电路加以一定的修改,便可以得到实时控制的实用系统,
从而应用到实际工作与生产中去。因此,研究数字时钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。
数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路?目前,数字钟的功能越来越强,并且有多种专门的大规模集成电路可供选择?
前言 (2)
目录 (2)
题目 (2)
摘要 (2)
关键字 (3)
设计要求 (3)
正文 (3)
1电路结构与原理图 (3)
2数码显示器 (3)
60进制计数和24进制计数 (4)
校时 (7)
振荡器 (8)
3.计算、仿真的过程和结果 (9)
鸣谢 (11)
元器件清单 (11)
参考文献 (11)
总结与体会 (11)
教师评语 (12)
数字时钟的课程设计
摘要:
数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高
的准确性和直观性,且无机械装置,具有更更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。
数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。目前, 数字钟的功能越来越强,并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。本设计采用74LS290. 74LS47.BCD七段数码管和适当的门电路构成,可实现对时、分、秒等时间信息的采集和较时
功能地实现?
关键字:60进制.24进制?时分秒的控制,较时? 设计要求:1.时间以24小时为一个周期
2.显示时,分,秒;
3.具有校时功能,可以分别对时及分进行单独校时,使其校正到标准时间
正文:
.总体方案:
数字钟主要分为数码显示器、60进制和24进制计数器、频率振荡器和校时这几个部分。
数字钟要完成显示需要6个数码管,八段的数码管需要译码器械才能显示,然后要实现时、分、秒的计时需要60进制计数器和24进制计数器,在在仿真软件中发生信号可以用函数发生器仿真,频率可以随意调整。60进制可能由10进制和6进制的计数器串联而成,而小时
的24进制可以采用74LS191的十进制计数器和D触发器来产生计数和进位。频率振荡器可以由晶体振荡器分频来提供,也可以由555定时来产生脉冲并分频为1H乙主体思路如下图
所示:
具体操作中,计时电路可采用74LS161.74LS290.74LS90等器件分别构成60和24
进制的计数器而完成,显示部分可采用数码管直接实现,振荡分频部分由于有函数发生器可
直接采用。较时功能是设计的难点,我们设计了两种方案,一种是需要较时时通过将161 的置数端打到0,在161的输入端接编码器,需将时钟较时为多少就在编码器的输入端将对
应的I 置为0?但在实际操作时极为繁琐,故不采用。另一方案是:当需要较时时,将分或 时直接将clock 接函数发生器(将函数发生器的频率定在
150HZ 左右),通过函数发生器直 接驱动要较时的部分一步步变到准确值。
此方案简洁易懂且操作方便,因此实验中采用此方
案。 1.电路结构与原理图
(1)数码显示器
在MultisimlO.O 仿真器件中,数码管分为需要译码器显示的和无需译码直接显示的 两种,需要译码器的数码管有共阳极和共阴极之分, 此电路采用的是不需译码直接显示的数 码管(如图1所示),这样就简化了电路,增加了调试的正确性。如图 2所示的数码管需要 译码器才能显示,74LS47是驱动共阳极数码管的器件,74LS48是驱动共阴极数码管的器件 。
U20
4. 3- R. 1-
74LS48的A , B, C , D 端输入二进制数便可完成显示功能,而图 1的数码
管直接输入二进制数便可显示。
(2)60进制计数和24进制计数
方案一:基于74LS161的计数设计
在设计数字钟电路中,进制是最主要的一部分,它关系着显示的正确与否。关键在于 了解
各种器件的作用及功能,而且在调试的过程中容不容易出问题,电路会不会变得复杂
,
图1不需译码管的数码管
如图3所示电路,从
器件的选择最好要统一,以便调试成功。
①分和秒的六十进制:
从常理可知,数字钟需要六十进制和十二进制计数器,而六十进制可通过十进制和六
进制串联而成,从而完成数码显示。因为同步加法计数器
74LS161可构成16进制以下的计 数器,所以此电路中分和秒的计时都采用
74LS161来进行设计。而小时是 24进制计数,依
然用74LS161,但电路作了改进。
在数字钟的控制电路中,分和秒的控制都是一样的,都是由一个十进制计数器和一个 六进制计数器串联而成的,在电路的设计中我采用的是统一的器件
74LS161N 的反馈置数法 来实现十进制功能和六进制功能,十进制的同步加法计数器有
74160和74192,而没有现成 的六进制同步加法计数器。图 4是用74LS161构成六进制计数器的结构图,根据
74LS161 的结构把输出端的 0101 (十进制为5)用一个与非门74LS00引到Load 端便可置0,这样就 实现了六进制计数。图5是用74LS161构成十进制计数器的结构图,
同样,在输出端的1001 (十进制为9)用一个与非门74LS00引到Load 端便可置0,这样就实现了十进制计数。在 分和秒的进位时,用秒计数器的
Load 端接分计数器的 CLK 控制时钟脉冲,脉冲在上升沿来
时计数器开始计数。 ②小时的二十四进制:
数字钟的小时要用到十二进制,要用到十进制,并且在计数到
12时要清零,所以不能 用单纯的十进制计数器,考虑到在 12时要清零,还是要用两个
74LS161来实现。具体的电 U8
74S03D 4
5
0 6 ■
r i i VCC
U3 74LS161D
4 5 6 0
U9 DCD HEX U1A
5I
VCC 10 U5
74LS161D 5V U4A
74S08N DCD HEX
U7A
74S03D 5V XFG2
CC 12
3
路图如图6。个位采用十进制,而且当同时满足十位为1,各位为2时,两个计数器同时清
零,这自然就要想到用与非门和非门反馈接到清零或置数端来实现,电路也是用反馈置的方法。其他原理与①相同,不再细讲。。
方案二:基于74LS290的计数器
在课本中还学习了74LS290,此计数器也有计数的功能,因此也可进行设计?以下两图为60进制分秒的设计,以及24进制时的设计.
10
13
74IS290 的60进制
14处为分的进位
方案比较:在设计中如果没有较时电路,那么用290或161基本上是一样的,只是连接方式不同而已?但加入较时电路后,就会出现两种方案:一种是在161下的ABCD端口接上编码器,并且在其Ld 端设置开关,计数时接高电平,当需进行较时时,接低电平?此时将编码器的I0 到I9中的某一端口接高电平,这样就会在161的ABCD端口有置数信号,从而实现置数.
但在290中,没有置任意数功能,只能制一和制九,因此远远不能完成电路需要较时的功
能?因此我们放弃了用 290进行设计的方案?选择了用161进行设计.
(3)校时
由于Multisim 可以仿真,并有函数发生器,最简单的校时方法就是通过开关用函数发 生器对CLK 端输入脉冲以改变显示的数值。此电路的设计就是采用这种方法校时的,
虽可以 只用一个函数发生器来实现同步, 但调试时结果不能体现出来,所以用另外的函数发生器来
实现校时。 校时的具体设计方法是:用一个单刀双掷开关切换计数功能与校时功能,另一端接计 数器的脉冲输入端,开关置于函数发生器这一端便可以校时,
置于计数器的进位端便是计时。 不校正时间时开关都应打在与非门的那一端,校时时才用键盘操作改变开关的状态。
图6 控制小时显示的进位电路图
(4)振荡器
振荡器可由晶振组成,也可以由
555定时器组成。图7是由555定时器构成的1KHZ 的自激振荡器,其原理是 0.7(2R 3+R+F 5)C 4=1ms f=1/t=1KHZ 。计时是1HZ 的脉冲才是1S 计 一次数,所以需要分频才能得到 1HZ 的脉冲,如图8所示电路,是三个用十进制计数器 74LS90
串联而成的分频器,分频原理是在74LS90的输出端子中,从低位输入10个脉冲才从高位输 出1个脉冲,这样一片74LS90就可以起十分频的作用,
三个74LS90串联就构成了千分频的 电路,输出的便是1HZ 的信号,从而达到目的。
在仿真时,1HZ 的频率太慢了,在实际中得到的时间不是 1S 计数一次,所以仿真都是
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J.12 .. 74LS161
用函数发生器代替,所以在数字钟总电路图中没有振荡器。
图7 555定时器产生频率为 1KHZ 信号的电路
图8把1KHZ 的信号分频为1HZ 信号的电路
2.计算、仿真的过程和结果
在74LS161的调试中发现没有到 16而进位在进位时会多出一个消隐状态, 为了消除
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