《数字电子技术项目教程》（第4版）课件（共9单元）项目6 数字电子钟的设计与制作

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1、数字电子钟的设计与制作六目项目 录学习目标项目要求项目引导项目学习制作指导项目验收学习目标思政目标了解我国古代的计时方法，体会灿烂的中华优秀传统文化，增强民族自豪感，坚定文化自信。正确理解工匠精神的新时代内涵和意义，拥有不断创新、追求极致的工作态度，树立专注、精益求精、爱岗敬业的职业精神。学习目标知识目标 了解计数器的基本概念；掌握二进制计数器和十进制计数器常用集成产品的功能及其应用。掌握任意进制计数器的设计方法。掌握数字电子钟的电路组成与工作原理。返回 能借助资料读懂集成电路的型号，明确各引脚功能。 会识别并测试常用集成计数器。 能常用集成计数器产品设计任意进制计数器。 能完成数字电子钟的设

2、计、安装与调试。能力目标项目要求（1）计时功能。能够实现秒、分、时计数；（2）显示功能。用数码管显示计时情况；（3）校时功能。通过校时开关依次校准秒、分、时，使数字钟正常走时；（4）整点报时功能。在59分51秒、53秒、55秒、57秒时分别鸣叫四声低音，在59分59秒时鸣叫一声高音。返回设计并制作数字电子钟电路，要求如下：计时方法和计时器具是因生产生活的安排需要而创造的，我国计时方法和计时器具的发展历史非常悠久，是世界上最早懂得计时的国家，在西方机械钟表传入中国之前，我国古人就创造了各种计时方法和计时器具，有焚香、圭表、日晷、漏刻、沙漏、浑天仪、水运仪象台、大明灯漏等，其中水运仪象台是计时机械

3、史上一项重大创造。【思政元素映射】 扫一扫观看故宫男神王津40年修复300件古钟表视频今天在北京故宫珍藏着上千件各式古代中外的计时器具，既展示着我国悠久的计时发展文化，又展示着人类计时方法的发展成果。同学们了解我国古代的计时方法，要体会中华民族灿烂的优秀传统文化，增强民族自豪感，坚定文化自信。学习故宫男神王津，择一事“钟”一生，40年修复300件古钟表，追求极致的工作态度，树立专注、精益求精、爱岗敬业的职业精神。【思政元素映射】项目引导返回（1）小组制订工作计划。（2）完成数字电子钟的逻辑电路设计。（3）画出布线图。（4）完成数字电子钟电路所需元器件的购买与检测。（5）根据布线图制作数字电子钟

4、电路。（6）完成数字电子钟电路功能检测和故障排除。（7）通过小组讨论完成电路的详细分析及编写项目实训报告。返回数字电子钟电路图虚拟工作室项目学习知识链接1 计数器及应用知识链接2 数字电子钟的电路组成与工作原理返回技能训练 计数、译码和显示电路综合应用知识拓展 常用计数器的功能及使用返回知识链接1 计数器及应用一、二进制计数器1工作原理按二进制计数进位规律进行计数的计数器计数器按步长分，有二进制、十进制和N进制计数器；按计数增减趋势分，有加计数、减计数和的可逆计数器按计数器中各触发器的翻转是否同步，有同步计数器和异步计数器；能实现计数功能的电路称为计数器。Q0Q1Q2计 数 器 状 态计数顺序

5、000811170116101500141103010210010000二进制加法计数器计数规律举例二进制减法计数器计数规律举例Q0Q1Q2计 数 状 态计数顺序000810070106110500141013011211110000“000 1”不够减，需向相邻高位借“1”，借“1”后作运算“1000 1 = 111”。返回 二进制加法计数器波形图 二进制加法计数器状态转换图2集成二进制计数器芯片介绍CT74LS161和CT74LS163CT74LS161CPQ0Q1Q2Q3COD0CT74LS161 和 CT74LS163 逻辑功能示意图CT74LS163CTTCTPCR LDD1D2D3

6、CRLD计数状态输出端,从高位到低位依次为 Q3、Q2、Q1、Q0进位输出端置数数据输入端，为并行数据输入。计数脉冲输入端，上升沿触发计数控制端，高电平有效。CR 为置 0 控制端，低电平有效。LD 为同步置数控制端，低电平有效。 集成同步二进制计数器 CT74LS161和CT74LS163返回CT74LS161的功能表 CO = CTTQ3Q2Q1Q0 CO = Q3 Q2 Q1 Q0 CO = CTTQ3Q2Q1Q0 异步置 00保 持011保 持011计 数1111d0d1d2d3d0d1d2d301000000COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR 说 明 输 出

7、输 入d0d1d2d3d0d1d2d301 当 CR = 1、LD = 0 ，在 CP 上升沿到来时，并行输入的数据 d3 d0 被置入计数器。00 当 CR = LD = 1，且 CTT 和CTP 中有 0 时，状态保持不变。00000 CR = 0 时，不论有无CP 和其他信号输入，计数器被置 0。 当 CR = LD = CTT = CTP = 1 时，在计数脉冲的上升沿进行 4 位二进制加法计数。CO 在计数至“1111”时出高电平，在产生进位时输出下降沿。CT74LS161 的主要功能： (1)异步置 0 功能(CR 低电平有效) (2)同步置数功能(LD 低电平有效) (3)计数功

8、能(LR = LD = CTT = CTP = 1) (4)保持功能(LR = LD = 1 ，CTT 和 CTP 中有 0)CT74LS161 的功能表 CO = CTTQ3Q2Q1Q0 CO = Q3 Q2 Q1 Q0 CO = CTTQ3Q2Q1Q0 异步置 00保 持011保 持011计 数1111d0d1d2d3d0d1d2d301000000COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR 说 明 输 出输 入返回1、实现异步置零的接法2、输出端输出预置数0111的接法3、正常计数的接法4、实现保持功能的接法74LS161 逻辑功能示意图CP74LS161Q0Q1Q2Q

9、3COD0ETEPCR LDD1D2D3CR LD74LS161 芯片引脚图CT74LS161 与 CT74LS163 的功能比较 CO = CTTQ3Q2Q1Q0 CO = Q3 Q2 Q1 Q0 CO = CTTQ3Q2Q1Q0 同步置 00保 持011保 持011计 数1111d0d1d2d3d0d1d2d301000000COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR 说 明 输 出输 入CT74LS163 CO = CTTQ3Q2Q1Q0 CO = Q3 Q2 Q1 Q0 CO = CTTQ3Q2Q1Q0 异步置 00保 持011保 持011计 数1111d0d1d2d

10、3d0d1d2d301000000COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR 说 明 输 出输 入CT74LS161CT74LS161 与 CT74LS163 的差别是：“161”为异步置 0，“163”为同步置 0 。其他功能及管脚完全相同。返回三、实现N进制计数器的方法例1用74LS161构成六进制计数器。 根据 S6 和 CR 的有效电平写出 画连线图 写出 S6 的二进制代码S6 = 0110 写出反馈置 0 函数CT74LS161Q0Q1Q2Q3COD0ETEPCR LDD1D2D3CP返回CT74LS161Q0Q1Q2Q3COD0ETEPCR LDD1D2D3CP

11、计数输入输出端11& S6 = 0110返回“161”是同步置数，应应根据 SN-1 求置数信号。(2)写出 SN-1 的二进进制代码码 选择计选择计 数状态为态为 0000 0101，因此取置数输输入信号为为 D3D2D1D0 = 0000。(3)写出反馈馈置数函数 (4)画连线图连线图 SN-1 = S6-1 = S5 = 0101LD = Q2 Q0 CT74LS161Q0Q1Q2Q3COD0ETEPCRLDD1D2D3CP输输出1&1例 试试利用 CT74LS161 的同步置数功能构成六进进制计计数器。(1)确定该该十进进制计计数器所用的计计数状态态，并确定预预置数。解：返回练习：用7

12、4LS161构成十进制计数器1、异步置零法2、同步置数法CT74LS161Q0Q1Q2Q3COD0ETEPCR LDD1D2D3CP 画连线图 写出 S10 的二进制代码S10 = 1010 写出反馈置 0 函数1 & 1 画连线图 写出 S9 的二进制代码S9 = 1001 写出反馈置 0 函数2、同步置数法CT74LS161Q0Q1Q2Q3COD0ETEPCRLDD1D2D3CP输输出1&1CT74LS161Q0Q1Q2Q3COD0ETEPCR LDD1D2D3CP1 & 1CT74LS161Q0Q1Q2Q3COD0ETEPCRLDD1D2D3CP1&1对比 例2 用两片CT74LS161

13、 构成8位二进制(256 进制)同步计数器。当计至“15”时，CO低 = 1，允许高位片计数，这样，第 16 个脉冲来时，低位片返回 “0”，而高位片计数一次。在低位片计至 “15” 之前，CO低 = 0，禁止高位片计数；每逢 16 的整数倍个脉冲来时，低位片均返回“0”，而高位片计数一次。因此，实现了 8 位二进制加法计数。 28 = 256CPCOD0ETEPCR LDD1D2D3Q0低Q1低Q2低Q3低11CT74LS161(低位)1COD0ETEPCR LDD1D2D3Q0高Q1高Q2高Q3高1CT74LS161(高位)1计数输入返回1工作原理二、十进制计数器按十进制计数进位规律进行计

14、数的计数器用二进制数码表示十进制数的方法，称为二-十进制编码，简称BCD码。8421 码十进制加法计数器计数规律Q0Q1Q2Q3计 数 器 状 态计数顺序10019000181110701106101050010411003010021000100001000000返回2集成十进制计数器芯片介绍CD4518内含两个功能完全相同的十进制计数器。每一计数器，均有两时钟输入端CP和EN。时钟上升沿触发，CP输入，EN置高电平；时钟下降沿触发，EN输入，CP置低电平。CR清零端，高电平有效特点：时钟触发可用上升沿，也可用下降沿（1）同步十进制加法计数器CD4518返回输 入输 出CR CP EN1 全

15、部为00 1加计数0 0 加计数0 保持0 0 00 1 CD4518集成块功能表返回CD4518控制功能：CD4518有两个时钟输入端CP和EN,若用时钟上升沿触发,信号由CP输入,此时EN端为高电平（1）,若用时钟下降沿触发,信号由EN输入,此时CP端为低电平（0）,同时复位端Cr也保持低电平（0）,只有满足了这些条件时,电路才会处于计数状态.否则没办法工作。将数片CD4518串行级联时，尽管每片CD4518属并行计数，但就整体而言已变成串行计数了。需要指出，CD4518未设置进位端，但可利用Q3做输出端。有人误将第一级的Q3端接到第二级的CP端，结果发现计数变成“逢八进一”了。原因在于Q

16、3是在CP8作用下产生正跳变的，其上升沿不能作进位脉冲，只有其下降沿才是“逢十进一”的进位信号。正确接法应是将低位的Q3端接高位的EN端，高、低位计数器的CP端接GND。练一练练一练试用一片双BCD同步十进制加法计数器CD4518构成六十进制计数器，返回练习用一片双BCD同步十进制加法计数器CD4518构成六十进制计数器。 要求：画出接线图例3用一片双BCD同步十进制加法计数器CD4518构成二十四进制计数器。个位计数器计数到9（1001），下个脉冲信号到达时，十位计数器计入1。当十位计数器计数到2（0010），个位计数器计数到4（0100）时，通过与门控制使十位计数器和个位计数器同时清零，从而实现二十四进制计数。返回练习用一片双BCD同步十进制加法计数器CD4518构成二十四进制计数器。 要求：画出接线图（2）双十进制计数器74LS39074LS390具有下降沿触发、异步清零、二进制、五进制、十进制计数等功能 74LS390是双十进制计数器，管脚排列如图所示，内部的每一个十进制计数器的结构由一个二进制计数器和一个五进制计数器构成。返回Q0Q1Q2Q3CT74LS290M = 5CP0