用555和74160計數(shù)器設計一個數(shù)字電子鐘計時系統(tǒng)

數(shù)字鐘電路是一個典型的數(shù)字電路系統(tǒng)，其由時，分，秒計數(shù)器以及校時和顯示電路組成.下面介紹利用集成十進制遞增計數(shù)器74160和帶譯碼器的七段顯示數(shù)碼管組成的數(shù)字鐘電路.計數(shù)器74160和七段顯示數(shù)碼管的功能及使用方法在8.4節(jié)已有敘述.1. 利用兩片74160組成60進制遞增計數(shù)器利用兩片74160組成的同步60進制遞增計數(shù)器如圖9.4-1所示，其中個位計數(shù)器C1接成十進制形式。十位計數(shù)器C2選擇QC與QB做反饋端，經與非門輸出控制清零端CLR’，接成六進制計數(shù)形式。個位與十位計數(shù)器之間采用同步級連方式，將個位計數(shù)器的進位輸出控制端RCO接至十位計數(shù)器容許端ENT，完成個位對十位計數(shù)器的進位控制。將個位計數(shù)器的RCO端和十位計數(shù)器的QC、QA端經與們由CO端輸出，作進位輸出控制信號。當計數(shù)器狀態(tài)為59時，CO端輸出高電平，在同步級聯(lián)方式下，容許高位計數(shù)器計數(shù)。選擇信號源庫中的1HZ方波信號作為計數(shù)器的測試時鐘源。因為秒與分計數(shù)均由60進制遞增計數(shù)器來完成，為在構成數(shù)字鐘系統(tǒng)時使電路得到簡化，我們將圖9.4-1虛線框內建立部分用子電路表示。具體操作過程如下:在EWB主界面內建立圖9.4-1所示60進制計數(shù)器，閉合仿真電源，經過功能測試，確保計數(shù)器工作正常。選中虛線框內所示部分電路Circuit菜單中的創(chuàng)建子電路Creat Subcircuit……項，主界面內出現(xiàn)子電路設置對話框，在對話框內添入電路名稱60C后，選擇在電路中置換Replace in Circuit項，得用子電路表示的60進制遞增計數(shù)器如圖9.4-3所示。2、用兩片74160組成24/12進制遞增計數(shù)器圖9.4-4所示電路是由兩片74160組成的能實現(xiàn)12和24進制轉換的同步遞增計數(shù)器。圖中個位與十位計數(shù)器均接成十進制計數(shù)形式，采用同步級連方式。選擇十位計數(shù)器的輸出端QB和個位計數(shù)器的輸出端QC通過與非門NAND2控制兩片計數(shù)器的清零端CLR’，利用狀態(tài)24反饋清零，可實現(xiàn)24進制遞增計數(shù)。若選擇十位計數(shù)器的輸出端QA與個位計數(shù)器的輸出端QB經過與非門NAND1輸出，控制兩片計數(shù)器的清零端CLR’，利用狀態(tài)12反饋清零，可實現(xiàn)12進制遞增計數(shù)。敲擊Q鍵，使開關K選擇與非門NAND2輸出或NAND1輸出可實現(xiàn)24和12進制遞增計數(shù)器的轉換。該計數(shù)器可利用作數(shù)字鐘的時計數(shù)器。為簡化數(shù)字鐘電路，我們將圖9.4-4所示的24/12進制計數(shù)器虛線框內電路轉換為子電路，轉換方法與上述60進制計數(shù)器相同。用子電路表的24/12進制同步計數(shù)器如圖9.4-5所示。3. 數(shù)字鐘系統(tǒng)的組成利用60進制和24/12進制遞增計數(shù)器子電路構成的數(shù)字鐘系統(tǒng)如圖9.4-6所示。在數(shù)字鐘電路中，由兩個60進制同步遞增計數(shù)器完成秒、分計數(shù)，由24/12進制同步遞增計數(shù)器實現(xiàn)小時計數(shù)。秒、分、時計數(shù)器之間采用同步級連方式。開關K控制小時的24進制和12進制計數(shù)方式選擇。為簡化電路，直接選用信號源庫中的方波秒脈沖作數(shù)字鐘的秒脈沖信號，讀者可自行設計獨立的秒脈沖源，例如；可利用555多諧振蕩器產生的秒脈沖，或者采用石英晶體振蕩器經分頻器產生秒脈沖。還可以在小時顯示的基礎上，增加上、下午或日期顯示以及整點報時等，這里不再贅述。敲擊S和F鍵，可控制開關S和F 將秒脈沖直接引入時、分計數(shù)器，實現(xiàn)校時。對于圖9.4-6所示數(shù)字鐘電路，若要進一步 簡化電路還可以利用子電路嵌套功能將虛線框內電路轉換為更高一級的子電路，我們將子電路命名為CLOCK，用高一級子電路表示的數(shù)字鐘電路如圖9.4-7所示。今后在設計用到數(shù)字鐘作單元電路的系統(tǒng)時可直接引用該電路，使系統(tǒng)得到簡化。圖1、數(shù)字電子鐘結構圖2、秒鐘、分鐘計時電路的設計利用集成十進制遞增計數(shù)器74160和帶主譯碼器的七段顯示數(shù)碼管組成的數(shù)字鐘電路。計數(shù)器74160的功能真值表如圖2所示。根據(jù)計數(shù)器74160的功能表真值表，利用兩片74160組成的同步六十進制遞增計數(shù)器如圖3示，其中個位計數(shù)器CL接成十進制形式。十位計數(shù)器C2選擇QC與QB做反饋端，經與非門NEND輸出控制清零端CLR，接成六進制計數(shù)形式。個位與十位計數(shù)器之間采用同步級連復位方式，將個位計數(shù)器的進位輸出控制端RCO接至十位計數(shù)器的計數(shù)計數(shù)器的計數(shù)容許端ENT，完成個位對十位計數(shù)器的進位控制QC，QA端經過與門AND1和AND2由CO端輸出，作為六十進制的進位輸出脈沖信號，圖二、同步十進制計數(shù)器74160真值表當計數(shù)器計數(shù)狀態(tài)為59時，CO端輸出高電平，在同步級聯(lián)方式下，容許高位計數(shù)器計數(shù)。電路創(chuàng)建完成后，進行仿真實驗時，利用信號源庫中的1HZ方波信號作為計數(shù)器的時鐘脈沖源。圖3、秒鐘/分鐘計時電路因為秒鐘與分鐘技術均由六十進制遞增計數(shù)器來完成，為在構成數(shù)字鐘系統(tǒng)時使電路得到簡化，圖虛線框內的電路創(chuàng)建為子電路表示。具體操作過程如下:在EWB主界面內建立如示的六十進制計數(shù)器，閉合仿真電源開關，經過計數(shù)器功能測試，確定計數(shù)器工作正常，選中虛線框內所示部分電路后，再選擇電路菜單中創(chuàng)建子電路框內添入子電路名稱分計時后，選擇在電路中置換選項，得到用子電路表示的六十進制遞增計數(shù)器，即秒鐘/分鐘計時子電路，如圖4 圖4、分鐘計時子電路對話框圖5、分鐘計時電路四、24/12進制的能實現(xiàn)遞增計數(shù)器24/12進制的能實現(xiàn)十二四進制的同步遞增計數(shù)器。如圖四。所示。圖中個位與十位計數(shù)器均接成十進制計數(shù)形式，采用同步級聯(lián)復位方試。 選擇十位計數(shù)器的輸出端Qb和個位計數(shù)器 輸出端Qc通過與非門NAND2的控制兩片計數(shù)器的清零端CLR，當計數(shù)器的輸出狀態(tài)為00100100時，立即譯碼清零，實現(xiàn)二進制纟遞增計數(shù)器:若選擇十位二進制的輸出端Q a與個位計數(shù)器的輸出端Qb經與非門NAD1控制兩片計數(shù)器的清零端CLR，當計數(shù)器的輸出狀態(tài)為00100100時，立即譯碼反饋為零，實現(xiàn)二十進制遞增計數(shù)器，若選擇十位計數(shù)器的輸出端Qb經與門NAND1控制兩片計數(shù)器的清零端CLR。當計數(shù)器的輸出端狀態(tài)為00010010時，立即譯碼反饋為零，實現(xiàn)十二進制遞增計數(shù)，敲Q，開關Q 選擇與非門NAND2輸出和NA民NAND1輸出實現(xiàn)二十四進制遞增計數(shù)器的轉換。計數(shù)器用作數(shù)子鐘的計數(shù)器。圖6、24/12二進制計時電路為了簡化數(shù)子電子鐘的電路，需要將圖765的24/12二進制計數(shù)器的線框內電路轉換為子電路，方法與上面六二進制的分計數(shù)器一樣，用子電路表示24/12進同步計數(shù)器如圖7。圖7、24/12計時電路五、數(shù)字電子鐘系統(tǒng)的組成利用六十進制和24/12進制遞增計數(shù)器子電路構成的數(shù)字電子鐘系統(tǒng)如圖8所示，在數(shù)字電子鐘電路中，由兩個六十進制同步遞增計數(shù)器分別構成秒鐘計時器和分計時器，級連夠完成秒 ，分計時、由24/12進制同步遞增計實現(xiàn)小時計數(shù)。秒、分、時計數(shù)器之間采用同步級連方式，開關Q控制小時的二十四進制和十二進制計數(shù)方式選擇，敲擊S和F鍵，可控制開關S和F將秒脈沖直接引入時，分計數(shù)器，實現(xiàn)時計數(shù)器和分計數(shù)器的校時。對于圖所示數(shù)字電子鐘電路，為了進一步簡化電路，還可以利用子電路嵌套功能，將虛線框內電路轉換為更高一級的子電路，成為子電路數(shù)字電子鐘，用嵌套子電路表示的數(shù)字電子鐘電路如圖8所示圖8、24/12進制計數(shù)電路以上創(chuàng)建的各種子電路都已經存入自定義元器件庫中，在其他電子系統(tǒng)設計中需要時，可以直接調用這些子電路，使系統(tǒng)的設計更方便，更快捷。訪真實驗時，可直接選用信號源庫中的方波秒脈沖作數(shù)字鐘的秒脈沖信號，作為一個設計內容，讀者可自行設計獨立的秒脈沖信號源，可利用555定時器組成多諧震蕩器產生秒鐘脈沖信號，或者采用石英晶體震蕩器經分頻器產生秒脈沖，脈沖頻率更穩(wěn)定，計時誤差會更小，還可以在小時顯示的基礎上，增加上下午或日期顯示，整點報時電路以及作息時間提示電路等。