基于Proteus的數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

雷佳鑫 李娜

摘 要：本系統(tǒng)采用小規(guī)模集成電路構(gòu)成數(shù)字鐘的硬件電路。利用多諧振蕩器產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，三個(gè)計(jì)數(shù)器（分別為60進(jìn)制，60進(jìn)制，24進(jìn)制）用來(lái)設(shè)定“時(shí)”、“分”、“秒”信號(hào)，并輸出分，小時(shí)，天的進(jìn)位信號(hào)。譯碼顯示電路則用來(lái)將“時(shí)”“分”“秒”顯示出來(lái)。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致，故需要在電路上加個(gè)校時(shí)電路可以對(duì)分和時(shí)進(jìn)行校時(shí)。另外，計(jì)時(shí)過(guò)程要具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒開(kāi)始，蜂鳴器有間隔地地響5秒鐘。

關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘;振蕩;計(jì)數(shù);校正;報(bào)時(shí)

0 引言

數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字電子鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。

1.硬件電路設(shè)計(jì)

數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)框圖與原理如圖1所示。首先，用555多諧振蕩器產(chǎn)生的方波脈沖信號(hào)，再用計(jì)數(shù)器分頻得到1HZ的方波脈沖信號(hào)，作為時(shí)鐘脈沖信號(hào)CP。其次，設(shè)計(jì)出1個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器和2個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器分別連接7段數(shù)碼管，用來(lái)顯示時(shí)、分、秒。接著，用2個(gè)數(shù)據(jù)選擇器控制小時(shí)計(jì)數(shù)器和分鐘計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖頻率，完成快速校時(shí)校分的功能。最后，用數(shù)據(jù)選擇器選擇整點(diǎn)報(bào)時(shí)和鬧鐘時(shí)間，控制揚(yáng)聲器振動(dòng)發(fā)聲。

1KHZ信號(hào)可通過(guò)555定時(shí)器的多諧振蕩器來(lái)產(chǎn)生。依據(jù)，取，可得。取，取滑動(dòng)變阻器。有關(guān)分頻，我選取3個(gè)異步清零同步置數(shù)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls160來(lái)完成分頻功能。

時(shí)分秒數(shù)字顯示電路需用兩片74ls160組成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，采取異步清零方式，則60作為清零狀態(tài)。即權(quán)重為40、20的通過(guò)與非門(mén)接清零端，即Q6和Q5通過(guò)與非門(mén)接清零端。同理可得，24可作為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器的清零狀態(tài)，即將輸出端的Q5和Q2通過(guò)與非門(mén)接清零端。

校時(shí)校分電路即用數(shù)據(jù)選擇器來(lái)選擇計(jì)數(shù)器的低位片頻率。數(shù)據(jù)選擇器的使能端由手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)則數(shù)字鐘正常運(yùn)行，閉合則用來(lái)校時(shí)校分。即開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)閉合可以控制0、1信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路即分計(jì)數(shù)電路計(jì)至59分，時(shí)計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)51、53、55、57、59時(shí)揚(yáng)聲器電路通。由下圖的真值表，當(dāng)揚(yáng)聲器發(fā)聲時(shí)，，。而若，必定為0，因此不必考慮的值。

鬧鐘電路即在時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)至8，分計(jì)數(shù)器計(jì)0，秒計(jì)數(shù)器計(jì)0-9揚(yáng)聲器振動(dòng)發(fā)聲。時(shí)計(jì)數(shù)器的接或非門(mén)得。由于低位片為8時(shí)，和必為0。有關(guān)分計(jì)數(shù)器，低位片和高位片的四個(gè)輸出端均接或非門(mén)，得和。秒計(jì)數(shù)器則使高位片輸出端接或非門(mén)即可。

2 軟件仿真結(jié)果

經(jīng)過(guò)proteus仿真軟件和實(shí)際實(shí)驗(yàn)室接線驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)能滿足以下功能：用數(shù)字顯示時(shí)、分、秒（23h59m59s）;具有快速校時(shí)、校分的功能;具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能（從59分51秒開(kāi)始鳴叫5響，四低一高）;具有鬧鐘功能（每天六點(diǎn)起床鬧鈴一分鐘）。

3 結(jié)論

設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘電路能夠滿足市場(chǎng)上所用數(shù)字鐘的所有要求，例如快速校時(shí)校分，整點(diǎn)報(bào)時(shí)以及鬧鐘功能等。本次設(shè)計(jì)僅利用了數(shù)電的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用，原理簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用廣泛。

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作者簡(jiǎn)介：

第一作者：雷佳鑫，1999.06，女，蒙古族，江蘇金湖，南京師范大學(xué)本科在讀，

通訊作者：李娜，南京師范大學(xué)，副教授，研究方向：微滴噴射、導(dǎo)電 材料打印成型、三維打印