数字钟的设计与制作

1、实验25 计数译码器应用数字钟一、实验目的1了解数字钟的基本原理，自行设计数字钟电路。2学习调试较复杂数字电路的方法，验证所设计电路的功能。3掌握中规模集成电路74LS290（二五十进制计数器）、74LS247（七段译码驱动器）的逻辑功能及使用方法，了解七段数码管的使用。二、实验原理及设计要求1数字钟是目前最为普遍的一种计时器，它是数字电路中计数器的具体应用。本实验采用数码管、计数器、译码器等器件来模拟数字钟的原理，实现正常计时及手动校时的功能。其原理框图如图5.25.1所示，它由秒脉冲发生电路，秒、分、时计数显示电路，时间校准电路及定时报时电路组成。图5.25.1 数字钟原理框图由秒脉冲发生

2、器产生的秒脉冲信号送入秒计数器电路，秒计数器电路计满60后触发分计数器电路，分计数器电路计满60后触发时计数器电路，当计满24小时后又开始下一轮的循环计数。通过校时电路可以对分和时进行校时。2本实验要求学生利用中、小规模集成电路设计、接线和调试一台数字钟电路，其功能要求如下：（1）正常的时、分、秒计时显示。（2）手动校时。（3）定时报时。（本实验要求24点）3为了节省时间，本实验中的显示部分可由实验室提供一块制作好的六位数码显示板，同学们只需设计调试其它部分即可。三、实验仪器、设备和元器件直流稳压电源1台；数字万用表1只；74LS290 1只； 74LS247 1只；、74LS157 1只；C

3、D4017 1只；NE555 1只；74LS85 1只；CD4093 1只；晶体三极管9013 1只；蜂鸣器 1只；数字实验箱；电阻、电容若干。四、实验任务1自行设计秒、分和时三部分计时电路。2按设计好的电路在实验台上接线，建议按各部分分别接线调试，待各部分调试好后再将时、分、秒连在一起统调。3实验中的秒计时脉冲可利用实验室的函数发生器，频率调整为1Hz。（也可调到10Hz，以便较快地验证各部分功能）。4连接校时电路，利用实验台上的开关和发光二极管验证校时脉冲是否正确，若无错误，即可连接到校时接口上，验证其功能。5连接定点报时线路并与数字钟连接验证其功能。五、预习要求1了解集成电路74LS29

4、0、74LS247、74LS157、74LS85的逻辑功能和管脚分布情况；2复习由555集成定时器构成的多谐振荡器工作原理。 3根据实验任务要求画出所设计的数字钟各部分原理电路图，并在图上标出各引线管脚号，以便接线时方便。4根据实验任务，写出各部分电路的实验调试步骤。六、实验总结报告1画出经实验验证的数字钟电路图。2将实验中遇到的困难和问题作一总结并说明自己是怎样解决的，经过此次实验自己有何体会。附注：数字钟实验参考电路1秒脉冲发生器秒脉冲发生器参考电路如图5.25.2所示，图（a）为555集成定时器组成的多谐振荡器。改变电阻或电容可以调整振荡器输出信号的频率。图（b）是由CD4093“与非”

5、 门和CD4017计数器组成的1HZ秒信号发生器。CD4093是施密特触发的四2输入与非门，当输入信号增加和减少时，电路有不同的阈值电压，其传输特性如图5.25.3所示。由其构成的多谐振荡器产生10HZ方波经CD4017计数器十分频后得到1HZ的脉冲信号。接通电源瞬间，电容C1上的电压为0V，CD4093的输出为高电平。输出电压通过电位器RP和电阻R1对电容C1充电，当电容的电压达到UP时，4093翻转，输出为低电平，此后电容又开始放电，输入电压下降，当输入下降到UN时，电路又发生翻转，如此周而复始形成振荡，输出端可以得到连续的振荡波形。电容C1的充放电时间决定了振荡器的振荡频率。改变电位器R

6、P的值即可改变振荡频率。 图5.25.2 秒脉冲发生电路（a）555集成定时器组成的秒信号发生器 (b) 与非门和计数器组成的秒信号发生器2计时电路（1）六十进制计数器图5.25.4所示为74LS290构成的六十进制计数器，可以作为秒和分的计数单元。图中IC2的Q1、Q2与R0A、R0B相连，当输出为“6” （0110）时，则反馈信号使得IC2清“0”，以实现六十进制。 图5.25.3 CD4093传输特性 图5.25.4 六十进制计数器原理图 （2）二十四进制计数器图5.25.5所示为二十四进制计数器原理图，图中计数脉冲输入应与分计数电路的进位相连。当IC4为“2”（0010）和IC3为“4

7、”（0100）时，计数器同样是利用反馈清“0”法实现“24”时的清“0”。图5.25.5 二十四进制计数器原理图3校时电路校时电路可以采用数据选择器74LS157，该器件具有四个二选一数据选择通道，一个独立的选通输入，其功能如表5.25.1所示，从表中可见，当选择端S为低电平时，输出端与输入端A相同，当选择端为高电平时，输出端与输入端B相同。其输入端接脉冲输入和校时两个通道，即可用选择端的设置来确定校时还是计时。参考电路如图5.25.6所示。表5.25.1 74LS157功能表输 入输 出选通选择SA B1×× ×0000 ×0001 ×101

8、× 0001× 11 图5.25.6 校时电路4定时报时电路定时报时电路可采用74LS85四位数值比较器来完成，74LS85可以执行普通二进制码和普通BCD码的比较，能对两个四位数字（A，B）进行译码后做出三种判断，并将三种判断在三个输出端输出。参考电路如图5.25.7所示。电路中A0、A1和A=B 作为预置端，先置“1”，B1和B0与计数端相连，当24点时，时十位的Q1=1，个位的Q2=1，则A0B0 A1=B1 ，比较器的输出端为“1”，逻辑显示灯亮，实现定时报时。 图5.25.7 定时报时电路表5.25.2 74LS85 功能表输 入输 出Ai BiA >B A=B A<BFA >B FA=B FA<B1 00 10 01 1 × × × × × × 0