[资料分享] 74LS160数字电路数字电子钟电路设计

fish001 2020-2-19 21:17 楼主

数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时、日的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确，显示直观、无机械传动装置、具有更长的使用寿命等优点，因而得到了广泛的应用。数字电子钟由以下几部分组成：秒脉冲发生器、校时电路、六十进制秒、二十四进制计时计数器。由设计要求可知我们还需要一个七进制计时计数器。
数字电子钟要完成显示需要6个数码管，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。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1HZ。方案可以采用74LS160同步十进制加法计数器或采用74LS161十六进制计数器或74LS192十进制异步清零计数器，而小时的24进制也可以采用上述方案。由于我对74LS160的功能比较熟悉，故我分别用六块74LS160芯片来实现，两个60进制和一个24进制的秒、分、时计数。
方案一：石英晶体振荡器
工作原理：由晶体振荡器产生的脉冲经集成电路后变成1Hz脉冲，再经74LS160计数器分频得到了所需要的1Hz稳定脉冲。但晶体振荡器的电路图比较复杂，而且晶体振荡器的中阻值要求10MHz以上。
方案二：555定时器
工作原理：R1=1kΩ，R2=720kΩ，C=1uF，Cf=100nF，Ri=100Ω可以直接产生1Hz的时钟脉冲。因为通过555定时器改装过的多谐振荡器发出的脉冲频率具有一定的稳定性，而且电路比晶体振荡器简单所以在这里我采用的是555定时器。

（2）时间计数器电路：时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器为24进制计数器。电路图如图2所示。

图2. 60进制计数电路

（3）24小时计数器：由时个位和时十位计数器电路构成24进制计数器。电路图如图3所示。

图3. 24进制计数电路

（4）校时电路：由于数字钟的初始时间不一定是标准时间，而且在数字钟的运行过程中可能出现误差，所以需要校时电路来对“时、分”显示数字进行校对调整。我这里有自动校正和手动校正，在设计中发现手动校正的脉冲不稳定，会有延迟的情况；所以我加了一个由脉冲自动校正时间的电路，在调时间时只需要把自动校正的开关合上，当时间走到你想要的时间时再打开自动校时开关即可。电路图如图4所示。

图4.校时电路图

（5）整点报时电路：一般时钟都应具备整点报时电路功能,即在时间出现整点前数秒内,数字钟会自动报时。我这里采用的是蜂鸣器在整点前的十秒内，以响铃的方式提醒。电路图如图5所示。

图5.整点报时电路

（6）秒脉冲产生器：

由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。

理论计算：555定时器的脉冲时间是由于RC充放电确定的。

根据三要素公式

充电过程

充电时间

放电过程

放电时间

一个周期时间

频率

首先确定C1=1uF ，R2=720K?，需要输出频率f=1HZ，充放电时间算为1s ，可以确定 R1=1K?。555定时器电路如图6所示。

图6. 555定时器电路图

图10.仿真波形图

图11. 60进制仿真电路

图12. 24进制仿真电路

五、总结与体会

首先，在设计电路过程中，Multisim仿真软件软件给我们的设计提供了很大的便利，它提供大量的元器件库，提供修改电路设计的灵活性、提供实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，使设计时间大为缩短，设计过程更直观、方便。

其次，在设计刚开始时我选用的是74LS192芯片，电路连接完成后运作时，每个数码管的十位出现的是数字9而不是0，相当于它提前了一个脉冲；出现的问题主要是我们对同步置数、异步置零方面的知识没有理解透彻，还有就是在操作过程中我们发现在计数器的进位端出现不能进位的情况，解决这些问题花了我们将近两天的时间，最终我选择的是74LS160芯片才没出现以上情况，这主要还要怪我们没有认真学好知识。