74ls160數(shù)字鐘仿真電路（三）

振蕩器

本系統(tǒng)的振蕩器采用由555定時(shí)器與RC組成的多諧振蕩器來實(shí)現(xiàn)，如圖2所示即為產(chǎn)生1kHz時(shí)鐘信號的電路圖。此多諧振蕩器雖然產(chǎn)生的脈沖誤差較大，但設(shè)計(jì)方案快捷、易于實(shí)現(xiàn)、受電源電壓和溫度變化的影響很?。?］。

分頻器

由于振蕩器產(chǎn)生的頻率高，要得到標(biāo)準(zhǔn)的秒信號，就需要對所得到的信號進(jìn)行分頻。在此電路中，分頻器的功能主要有兩個(gè)：1）產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號；2）提供電路工作需要的信號，比如擴(kuò)展電路需要的信號。通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，選擇74LS160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器來完成上述功能［5］。如圖3所示，555定時(shí)器產(chǎn)生1kHz的信號，經(jīng)過3次1/10分頻后得到1Hz的脈沖信號，為秒個(gè)位提供標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號。

時(shí)間計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)器是一種計(jì)算輸入脈沖的時(shí)序邏輯網(wǎng)絡(luò)，被計(jì)數(shù)的輸入信號就是時(shí)序網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘脈沖，它不僅可以計(jì)數(shù)而且還可以用來完成其它特定的邏輯功能，如測量、定時(shí)控制、數(shù)字運(yùn)算等等。

本部分的設(shè)計(jì)仍采用74LS160作為時(shí)間計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。時(shí)間計(jì)數(shù)器由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器、時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器構(gòu)成。數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)可以用反饋清零法，當(dāng)計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)時(shí)反饋門不起作用，只有當(dāng)進(jìn)位脈沖到來時(shí)，反饋信號將計(jì)數(shù)電路清零，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模的循環(huán)計(jì)數(shù)。

分（秒）計(jì)數(shù)器

分（秒）計(jì)數(shù)器均為60進(jìn)制計(jì)數(shù)，如圖4所示。它們的個(gè)位用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160構(gòu)成，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，信號輸入端CLK與1Hz秒信號相連，進(jìn)位輸出作為十位的計(jì)數(shù)輸入信號。十位采用反饋清零法將十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160變成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，因?yàn)榍辶愣藶榈碗娖接行?、所以將QB、QC與非后連接到清零端，即計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)為“0110”時(shí)QB、QC輸出高電平與非后為低電平實(shí)現(xiàn)有效清零并對下一級進(jìn)位。兩級電路組成一位60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)規(guī)律為00→01→…→58→59→00.當(dāng)秒計(jì)數(shù)滿60后向分個(gè)位提供一個(gè)進(jìn)位信號，同理當(dāng)分計(jì)數(shù)滿60后向時(shí)個(gè)位提供一個(gè)進(jìn)位信號。

時(shí)計(jì)數(shù)器

時(shí)計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)規(guī)律是00→01→…→23→00，即當(dāng)數(shù)字運(yùn)行到23時(shí)59分59秒時(shí)，在下一個(gè)秒脈沖的作用下，數(shù)字鐘顯示00時(shí)00分00秒。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表1所示。

由表可知，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生兩次跳躍：一是計(jì)數(shù)到9，即個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為1001后，在下一計(jì)數(shù)脈沖的作用下向十位計(jì)數(shù)器進(jìn)位；二是計(jì)數(shù)到23后，在下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的作用下，整個(gè)計(jì)數(shù)器歸零。

用兩片74LS160可實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)，如圖5所示。把時(shí)個(gè)位的QC與時(shí)十位的QB與非后送入到時(shí)個(gè)位和時(shí)十位的計(jì)數(shù)清零端，當(dāng)時(shí)十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為“0010”時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)“0100”時(shí)，時(shí)個(gè)位的QC與時(shí)十位的QB輸出高電平，它們與非后為低電平分別對時(shí)個(gè)位和十位進(jìn)行清零。

校時(shí)電路

校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能，當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)都需要對時(shí)間進(jìn)行校正。一般數(shù)字鐘都具有時(shí)、分、秒等校正功能。為使電路簡單，這里只進(jìn)行分和時(shí)的校正。校正電路的要求在校正時(shí)位時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)，在校正分位時(shí)不影響秒和時(shí)的正常計(jì)數(shù)。校正電路的方式有快校正和慢校正兩種。由于快校正電路復(fù)雜，成本高，而慢校正更經(jīng)濟(jì)一些，所以設(shè)計(jì)采用慢校正對時(shí)鐘進(jìn)行校正，如圖6所示。慢校正是用手動產(chǎn)生單脈沖做校正脈沖。電路由74LS08及電阻、電容、開關(guān)等組成，其中J為校分開關(guān)，H為校時(shí)開關(guān)。

顯示部分

顯示部分采用74LS48來進(jìn)行譯碼，用于驅(qū)動LED-7段共陰極數(shù)碼管。由74LS48和LED-7段共陰極數(shù)碼管組成數(shù)碼顯示電路，如圖7所示。

譯碼驅(qū)動電路是將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼進(jìn)行編譯，轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，驅(qū)動LED-7段數(shù)碼管顯示，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。若將秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)器的每位輸出分別與相應(yīng)七段譯碼器的輸出端連接，在脈沖的作用下，便可進(jìn)行不同的數(shù)字顯示。由于使用的譯碼器74LS48輸出端高電平有效，所以選擇共陰極的數(shù)碼管來與之搭配。