多功能数字钟数字逻辑系统设计

题目：多功能数字钟

院校：华侨大学厦门工学院

专业：09级电气工程及自动化5班

学生姓名：黄宇鸿

学号：0902105013

指导老师：解源老师

课题时间：2011/5/14~2011/6/3

2011年5月31日

设计任务书

设计目的：

使我们在学习完《电子技术基础》上，更加牢固深化和巩固数字逻辑电路的基本概念；系统地掌握逻辑电路的分析和设计方法；熟悉一些典型的、有代表性的线路及其应用特性；通过此次亲自动手设计课程实验，培养设计与调试数字电路的能力。为学好后续课作好准备。

设计内容：

1、设计具有“分”、“时”十进制数字显示的电子钟。

2、小时的计时为24进制，分（秒）的计时为60进制。

3、具有时间校对功能，分别对“分”、“时”进行校对。

4、采用74系列中小规模集成器件。

所需器件：（个人用）

1、集成芯片：74LS48（4片）、74LS160（4片）、74LS00（2片）、74LS04（1片）、NE555（1片）、共阴七段数码管（4个）。

2、元器件：电容：电解电容（10μF 1个）、瓷片电容（10nF 3个）。

3、电阻：3.3kΩ（2个）、15kΩ（1个）、68kΩ（1个）。

4、其他器件：面包板（4块）、导线（红、白线若干）、LED红色发光二极管（1个）。

5、制作工具：镊子，钳子，万用表，试验用可调直流电源。

设计正文

一、系统概述：

1.1设计背景与意义：

随着人类的进步科学技术的发展，时间观也越来越被人们重视，而能够准确的知道时间能够提高人们的工作效率，能更好的在规定的时间内完成所规定的工作。因此能有随时随地的知道当前时间是非常重要的。随着科学技术的发展，单片机技术的不断完善，使得数字钟得设计变得更加灵便、更加简单、功能更加完善、计时更加准确。

1.2总体方案设计：

根据系统设计的要求和设计思路，确定该系统的设计结构。如下图。硬件电路主要由74系列集成块、集成定时器NE555、共阴七段数码管显示、LED二

极管构成。如下附图。

1.3相关方案的比较说明：

方案一：采用6个阴七段数码显示器，应用器件于接线较多，较为繁琐，但计时相对准确，符合课程设计要求。如下附图：

方案二：采用4个阴七段数码显示器，应用器件较少，接线较为简单，具有体积小，集成度高，可靠性能好，易于扩展等优点，又符合课程设计要求。如下附图：

综上所示，在这个设计中，考虑到同学们对于各个元器件的应用熟练度，以及购买器件总价等因素，班级统一决定选择以方案二为模板进行课程设计。

二、单元电路设计与分析：

2.1 时钟脉冲电路—NE555单元电路：如下附图

工作原理：5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。

当VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。

当VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。

当VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。

当VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。

2.2计数器单元电路—74LS160：

74LS160功能表如下图：

74LS160构成秒的六十进制计数器：

数字钟的“秒”、“分”信号产生电路都是由六十进制计数器构成，“时”信号产生电路为二十四进制计数器。它们都可以用两个“可予制四位二进制异步清除”计数器来实现。利用74LS160芯片的预置数功能，也可以构成不同进制的计数器。因为一片74LS160内含有一个四位二进制异步清除计数器，因此需用两片74LS160就可以构成六十进制计数器了。集成电路74LS160芯片的电路其中（如图3）CP为时钟脉冲输入端，D0、D1、D2、D3为预置数输入端，为置数控制端，为异步复位端，二者均为低电平有效；Q0、Q1、Q2、Q3为计数器的输出端。

74LS160管脚排列图（如右图）

a：计数功能：

当 = =CTP=CTT=1，CP=CP↑时，实现计数功能。b：同步并行置数功能：

当 =1时，预置控制端 =0，并且CP=CP↑时，

Q3Q2Q1Q0= D3D2D1D0，实现同步预置数功能。c：保持功能：

当 = =1且CTP•CTT=0时，输出Q3Q2Q1Q0

保持不变。

d：异步清零功能：

秒个位计数器

47LS160被接成十进制计数器，其置数输入端A、B、C、D（3脚4脚5脚6脚）接低电平，LD、ENT、ENP（9脚10脚7脚）接高电平，秒脉冲由CP （2脚）端输入。计数器的输出端QA、QB、QC、QD（14脚13脚12脚11脚）接译码电路74LS48的输入端A、B、C、D。当秒脉冲输入时，电路状态按二进制自然序列依次递增1，QA、QB、QC、QD输出为0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001，当输出为1010也就是10时，QA、QC 输出都为1，经过一个与非门后一路经反相后送入或非门的一个输入端，输出送往计数器的清零端RD使秒计数器清零，另一路经反相后作为进位脉冲送入秒十位计数器的脉冲输入端。

秒十位计数器