74ls160數(shù)字鐘仿真電路（一）

數(shù)字鐘是計數(shù)電路的一種典型應用，其構成原理框圖如下圖所示。它主要由三部分組成：

（1）秒脈沖發(fā)生電路

它由32768Hz的石英晶體振蕩器和若干級分頻電路構成，振蕩器產(chǎn)生32768Hz的方波，由于使用了晶體，振蕩頻率準確且穩(wěn)定，經(jīng)過216=65536分頻后，再經(jīng)過2倍頻，得到秒脈沖信號，該秒脈沖信號經(jīng)過控制門進入秒計數(shù)器進行計數(shù)。

（2）時間校準電路

時間調(diào)整由3個開關AN1、AN2、AN3以及3個R-S觸發(fā)器構成。當3個開關都撥到右邊時，R-S觸發(fā)器的輸出Q1、Q2、Q3都為1，因此控制門的3個右邊門開啟，秒、分、時脈沖可以正常進入相應計數(shù)器進行計數(shù)。當某開關撥到左邊時，R-S觸發(fā)器翻轉，例如當“秒調(diào)整”開關撥到左邊，Q1-0、，控制門的右門關、左門開，秒脈沖不能通過，而0．5s的脈沖信號卻可以進入秒計數(shù)器實現(xiàn)“秒調(diào)整”。分、時的調(diào)校原理與此相同，使用R—S觸發(fā)器的目的是為了消除開關抖動產(chǎn)生的影響。

（3）時、分、秒計數(shù)電路

采用兩片74LS160按下圖所示連接，可以構成作60分頻計數(shù)，用于數(shù)字鐘中的秒計數(shù)器。

標準秒脈沖經(jīng)過控制門進入秒計數(shù)器，并顯示其計數(shù)值，當計數(shù)滿60時得到一個進位“分”脈沖，同時秒計數(shù)器自動清零?！胺帧泵}沖經(jīng)控制門送入“分計數(shù)器”又作60分頻計數(shù)，當計數(shù)滿后得到進位“時”脈沖?！皶r”脈沖再經(jīng)控制門送入“時計數(shù)器”計數(shù)。“分計數(shù)器”與“時計數(shù)器”的計數(shù)、復零和顯示原理與“秒計數(shù)器”相同，可以自行設計。

74ls160數(shù)字鐘仿真電路（二）

電子鐘計時分為小時、分鐘和秒，其中小時為二十四進制，分鐘和秒均為六十進制，輸出可以用數(shù)碼管顯示，所以要求二十四進制為00000000~00100100計數(shù)，六十進制為00000000~01100000計數(shù)，并且均為8421碼編碼形式。

（1）小時計數(shù)——二十四進制電路仿真

用兩片74LS160N（分A片、B片）設計一個一百進制的計數(shù)器，在24（00100100）處直接取出所有為1的端口，經(jīng)過輸入與非門74LS00D，再給兩個清零端CLR。使用74LS160N異步清零功能完成二十四進制循環(huán)，計數(shù)范圍為0~23。然后用七段顯示譯碼器74LS47D將A、B兩片74LS160N的輸出譯碼給LED數(shù)碼管。仿真電路如圖九所示。：

圖九24進制——時計數(shù)器仿真電路

（2）分鐘、秒計數(shù)——六十進制電路仿真

此電路類似于二十四進制計數(shù)器，采用74LS160N設計出一百進制的計數(shù)器，在60（01100000）處直接取出所有為1的端口，經(jīng)過輸入與非門74LS00D，再給兩個清零端CLR。使用74LS160N異步清零功能完成六十進制循環(huán)，計數(shù)范圍為0~59。然后用七段顯示譯碼器74LS47D將A、B兩片74LS160N的輸出譯碼給LED數(shù)碼管。仿真電路如圖所示：

圖十60進制——秒計數(shù)器仿真電路

圖十一60進制——分計數(shù)器仿真電路

（四）校時校分（秒）電路。

數(shù)字鐘應具有分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。這里利用兩個與非門加一個單刀雙擲開關來實現(xiàn)校時功能。第一個74LS00D與非門的輸入端一端接清零信號，另一端接第二個與非門的輸入端，第二個74LS00D的輸入端一端接計數(shù)脈沖，另一端接一個單刀雙擲開關。開關接通的一段接地，另一端接高電平。當開關打到另一端時，時或分的個位就單獨開始計數(shù)，這樣就能實現(xiàn)校時功能。其電路圖如圖所示：

圖十二校分仿真電路

數(shù)字時鐘仿真電路圖如下圖所示，在Multisim11.0中進行仿真，可以實現(xiàn)數(shù)字時鐘的顯示功能、校時功能。顯示功能中，小時實現(xiàn)的是24進制，分和秒實現(xiàn)的是60進制，通過校時電路能夠分別校對時和分。

圖十三數(shù)字時鐘仿真電路

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定時器與RC組成的多諧振蕩器來實現(xiàn)，如圖2所示即為產(chǎn)生1kHz時鐘信號的電路圖。此多諧振蕩器雖然產(chǎn)生的脈沖誤差較大，但設計方案快捷、易于實現(xiàn)、受電源電壓和溫度變化的影響很小［4］。

分頻器

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

時間計數(shù)器

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

本部分的設計仍采用74LS160作為時間計數(shù)器來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。時間計數(shù)器由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器、時個位和時十位計數(shù)器構成。數(shù)字鐘的計數(shù)電路的設計可以用反饋清零法，當計數(shù)器正常計數(shù)時反饋門不起作用，只有當進位脈沖到來時，反饋信號將計數(shù)電路清零，實現(xiàn)相應模的循環(huán)計數(shù)。

分（秒）計數(shù)器

分（秒）計數(shù)器均為60進制計數(shù)，如圖4所示。它們的個位用十進制計數(shù)器74LS160構成，無需進制轉換，信號輸入端CLK與1Hz秒信號相連，進位輸出作為十位的計數(shù)輸入信號。十位采用反饋清零法將十進制計數(shù)器74LS160變成六進制計數(shù)器，因為清零端為低電平有效、所以將QB、QC與非后連接到清零端，即計數(shù)器的輸出狀態(tài)為“0110”時QB、QC輸出高電平與非后為低電平實現(xiàn)有效清零并對下一級進位。兩級電路組成一位60進制計數(shù)器，其計數(shù)規(guī)律為00→01→…→58→59→00.當秒計數(shù)滿60后向分個位提供一個進位信號，同理當分計數(shù)滿60后向時個位提供一個進位信號。

時計數(shù)器

時計數(shù)器為24進制計數(shù)，其計數(shù)規(guī)律是00→01→…→23→00，即當數(shù)字運行到23時59分59秒時，在下一個秒脈沖的作用下，數(shù)字鐘顯示00時00分00秒。計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)轉換表如表1所示。

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

用兩片74LS160可實現(xiàn)24進制計數(shù)器的設計，如圖5所示。把時個位的QC與時十位的QB與非后送入到時個位和時十位的計數(shù)清零端，當時十位計數(shù)器的狀態(tài)為“0010”時個位計數(shù)器的狀態(tài)“0100”時，時個位的QC與時十位的QB輸出高電平，它們與非后為低電平分別對時個位和十位進行清零。

校時電路

校時是數(shù)字鐘應具備的基本功能，當數(shù)字鐘接通電源或者計時出現(xiàn)錯誤時都需要對時間進行校正。一般數(shù)字鐘都具有時、分、秒等校正功能。為使電路簡單，這里只進行分和時的校正。校正電路的要求在校正時位時不影響分和秒的正常計數(shù)，在校正分位時不影響秒和時的正常計數(shù)。校正電路的方式有快校正和慢校正兩種。由于快校正電路復雜，成本高，而慢校正更經(jīng)濟一些，所以設計采用慢校正對時鐘進行校正，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、開關等組成，其中J為校分開關，H為校時開關。

顯示部分

顯示部分采用74LS48來進行譯碼，用于驅動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。

譯碼驅動電路是將“秒”、“分”、“時”計數(shù)器輸出的8421BCD碼進行編譯，轉換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，驅動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、時計數(shù)器的每位輸出分別與相應七段譯碼器的輸出端連接，在脈沖的作用下，便可進行不同的數(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。