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1、数字钟课程设计预习报告 一、 实验目的：设计一个数字钟，可以完成00:00:00到23:59:59的计时功能，并在控制电路的作用下具有保持、清零、快速校时、快速校分、整点报时、星期显示调节等功能。二、 方案论证： 如图为实验功能方框图： 数字计时器基本功能是计时，因此首先需要获得具有精确振荡时间的脉振信号，以此作为计时电路的时序基础，实验中可以使用的振荡频率源为48MHZ，通过分频获得所需脉冲频率（1Hz,1KHz,2KHz）。为产生秒位，设计一个模60计数器，对1HZ的脉冲进行秒计数，产生秒位；为产生分位，通过秒位的进位产生分计数脉冲，分位也由模60计数器构成；为产生时位，用一个模24计数器
2、对分位的进位脉冲进行计数。整个数字计时器的计数部分共包括六位：时十位、时个位、分十位、分个位、秒十位和秒个位。显示功能是通过数选器、译码器、码转换器和7段显示管实现的。因为实验中只用一个译码显示单元，7个7段码（6个用于显示时分秒，一个显示星期），所以通过4个7选一MUX和一个3-8译码器配合，根据计数器的信号进行数码管的动态显示。清零功能是通过控制计数器清零端的电平高低来实现的。只需使清零开关按下时各计数器的清零端均可靠接入有效电平（本实验中是低电平），而清零开关断开时各清零端均接入无效电平即可。校分校时功能由防抖动开关、逻辑门电路实现。其基本原理是通过逻辑门电路控制分计数器的计数脉冲，当校
3、分校时开关断开时，计数脉冲由低位计数器提供；当按下校分校时开通时，既可以手动触发出发式开关给进位脉冲，也可以有恒定的1Hz脉冲提供恒定的进位信号，计数器在此脉冲驱动下可快速计数。为实现可靠调时，采用防抖动开关（由D触发器实现）克服开关接通或断开过程中产生的一串脉冲式振动。保持功能是通过逻辑门控制秒计数器输入端的1Hz脉冲实现的。正常情况下，开关不影响脉冲输入即秒正常计数，当按下开关后，使脉冲无法进入计数端，从而实现计时保持功能。整点报时功能可以通过组合逻辑电路实现。当计数器的各位呈现特定的电平时，可以选通特定的与门和或门，将指定的频率信号送入蜂鸣器中，实现在规定的时刻以指定频率发音报时。星期设
4、定电路功能。星期显示功能由模7计数器构成，16时为顺序计数，星期日显示为8，即从6跳过7直接进入8，然后再由8进入1。由此可见，需要设定这样一个计数器：在一次循环计数过程中，要有两次置位，且两次所置数有所不同。三、 子模块设计原理脉冲电路原理： 实验板上振荡源为48MHz，为获得秒脉冲信号和报时电路中需要的音频，需要对该振荡源进行分频处理。处理的过程示意如下：48MHz3分频8分频1000分频2分频2KHz1KHz1000分频2分频1Hz下面单独介绍每个模块的结构：1.二分频电路2.三分频电路3分频电路是通过74160用置数法实现。其输出端按照如下方式循环计数时就可以对其输入的脉冲进行3分频，
5、输出信号由直接引出。00000001001074160置数端为低电平有效，所以将作为置数信号的输入。3分频电路图如下：3.8分频电路8分频电路通过将3个2分频串联实现。4.1000分频电路 将3个10分频进行串联即可获得1000分频的分频器计时电路：时钟能够产生时间前进是对秒脉冲计数产生形成的，为了形成时分秒，需要对秒进位信号进行计数从而产生分，对分进位信号进行计数产生时信号。秒和分均为60进制，时为24进制，所以需要有模60和模24计数器。计时电路示意如下：1Hz秒个位秒十位分个位分十位时个位时十位模60计数器由两个74160构成，考虑用74160而不用74161的原因是74160为8421
6、BCD方式计数，将计数信号送进7447后可以直接驱动数码管显示，而不像74161还要经过码转换处理。另外，因为显示秒和分时都要显示十位和个位，所以两个计数器构成模60的时候要考虑到分别显示的问题，即让一个用于作为十位，一个作为个位。电路图如下：模24计数器原理同模60，个位为3，十位为2时置位为0，即将个位的，和十位的经与非门接入。电路图如下： 显示电路：因为实验要求只用一个显示译码器7447，所以考虑用动态扫描显示法进行数据显示，即每次只显示一位，按照一定的显示时间间隔轮流显示。每个显示位均为四位二进制数，所以需要4片数选器，要显示的位有时分秒6位（HH,HL,MH,ML,SH,SL），加上
7、星期显示1位(we)，最高空位为0，所以共8位。数选器的选择信号有三位，所以要用一个模8循环计数器作为数选器的地址选择端，供轮流选择带显示的数据，此外，还要用一个3-8译码器来选择数码管(DIG位)来显示对应的数据。 保持电路原理保持电路的功能是通过按键K1操作，用与门和非门实现。将保持开关的状态信号经消颤开关后作非门处理和秒计数位的输入脉冲相与，结果送入秒位输入端口。=0时，=1,电路正常计时；=1时，=0时，电路保持为当前时间。电路如下：清零电路原理清零电路是把时间归零，且无论什么时候操作，电路都将归零，此电路通过对清零开关K2操作实现。把清零开关的状态信号消颤之后经非门后送入时分秒计数器
8、的的清零端(低电平有效)。=0,=1,电路正常工作；=1,=0，各计数器被清零。电路图如下： 校分电路原理校分电路用开关操作实现的。=0，正常工作；=1时，电路由1Hz脉冲信号校分。的状态经消颤开关接入三入与门，为闹钟使能信号，在正常计数未进入闹铃设定状态时=1。秒进位信号在进位（59秒）时为0，其余都为1.1代表1Hz脉冲信号。 校时电路原理校时电路用开关操作实现的。=0，正常工作；=1时，电路由1Hz脉冲信号校分。的状态经消颤开关接入三入与门，为闹钟使能信号，在正常计数未进入闹铃设定状态时=1，校分校时期间，的动作对闹钟没有影响；=0时为进入闹钟设定状态，校时校分开关用于闹钟时间设定，对正
9、常计时不会有影响。分进位信号在进位（59分）时为0，其余都为1.1代表1Hz脉冲信号。整点报时电路原理在5953”时开始报时，在5953”, 5955”,5957” 时报时频率为512Hz,5959”时报时频率为1KHz。5950”为整点报时的共有部分，用6入与门实现。当报时时间到时，将逻辑结果与相应频率的脉冲信号相与后送入蜂鸣器。整点报时电路如下：星期调整电路原理星期显示从16，8，用8来表示日。所以用一个模7循环计数器，利用状态置位法置位，因为在0110和1000时置位值不同。该循环计数器工作值应该是：0001001000110100010101101000置位置位图42 星期状态图为简化控制方法，画出卡诺图。Q2Q1Q2Q4Q30001111000x1110111x011xxxx100xxx表6 星期显示卡诺图在计数输出端为0110和1000时置数分别置位。0110时置数1000，1000时置数0001.从表中可以化简出置数位B,C恒为0，D=,C=.LDN=.这样就能够实现星期计数显示了。电路图如下：
