黃 文 鋒

(廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息技術(shù)系, 福建 廈門 361100)

基于74LS192的可倒計時數(shù)字鐘設(shè)計以Multisim10為例

黃 文 鋒

(廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息技術(shù)系, 福建 廈門 361100)

采用Multisim10軟件，以74LS192為基礎(chǔ)設(shè)計了23時59分59秒的可倒計時數(shù)字鐘，所設(shè)計的數(shù)字鐘具有計時和倒計時功能，同時具有清零、校時、報時等功能。設(shè)計過程中碰到了初始置數(shù)錯誤、提前清零、進(jìn)位錯誤等許多問題，通過不斷測試，找到了產(chǎn)生這些問題的原因并進(jìn)行了解決，同時給出了具體的實現(xiàn)電路。

74LS192; 倒計時; 數(shù)字鐘

常見的數(shù)字鐘都是以74LS160或74LS290作計數(shù)器，如果希望加入倒計時功能，就必須選擇可同時作加減計數(shù)的計數(shù)器，考慮到數(shù)字鐘還需要清零、校時、報時等諸多功能，因此，本設(shè)計選擇74LS192作為計數(shù)器。因為74LS192屬于加減計數(shù)器，同時具有置數(shù)和清零的功能，方便在同一電路中實現(xiàn)更多功能。

一、秒60進(jìn)制加減計數(shù)實現(xiàn)方式

數(shù)字鐘首先要實現(xiàn)的是6位計數(shù)，分別是秒個位、秒十位、分個位、分十位、時個位、時十位。以下以秒個位和秒十位為例進(jìn)行重點闡述[1]24-26。具體電路如圖1所示。

該電路重點在如何同時實現(xiàn)00-59的加計數(shù)和59-00的減計數(shù)，具體實現(xiàn)方式如下：

(1)秒個位實現(xiàn)十進(jìn)制計數(shù)功能，即從0計數(shù)到9或者從9計數(shù)到0。因為74LS192本身即是十進(jìn)制計數(shù)器，因此無需多加反饋電路，直接按照功能表的計數(shù)功能連接即可[2]111-113。

圖1 秒個位和十位60進(jìn)制加減計數(shù)實現(xiàn)電路

(2)秒十位實現(xiàn)六進(jìn)制計數(shù)功能，即從0計數(shù)到5或者從5計數(shù)到0。加計數(shù)是計數(shù)到5跳轉(zhuǎn)6時清零，需要通過反饋置數(shù)或者反饋清零的方法實現(xiàn)[3]43。本設(shè)計采用反饋清零法，即將秒十位的QC、QB通過與門接入CLR端，當(dāng)計數(shù)計到0110時，與門輸出1，CLR高電平有效，實現(xiàn)清零，如圖2(a)所示。在進(jìn)行減計數(shù)時，因為減計數(shù)的初始狀態(tài)為99，需要將初始狀態(tài)置為59，即秒十位的初始值應(yīng)該置為5。采用將QD、QA通過與非門接入LOAD端，當(dāng)開關(guān)打開時，初始狀態(tài)為9即1001，與非門輸出0，LOAD置數(shù)端有效，將置數(shù)端初始值設(shè)置為0101，則輸出為0101，即5[4]146，如圖2(b)所示。

(a)加計數(shù)秒十位清零電路 (b)減計數(shù)秒十位清零電路

圖2 加、減計數(shù)秒十位清零電路

(3)要實現(xiàn)秒倒計時功能，需要通過開關(guān)使74LS192在加計數(shù)和減計數(shù)之間進(jìn)行切換，即對UP/DOWN功能的切換。分別在秒個位和秒十位的UP和DOWN之間加兩個開關(guān)。

(4)要實現(xiàn)加計數(shù)從00開始，減計數(shù)從59開始，必須在進(jìn)行加減計數(shù)切換的時候同時切換秒十位的初始置數(shù)值，即加計數(shù)時秒十位初始置數(shù)值為0000即0，減計數(shù)時秒十位初始置數(shù)值為0101即5，同樣采用開關(guān)進(jìn)行切換。

為了實現(xiàn)加減計數(shù)的初始置數(shù)，在秒十位LOAD端接入一個觸發(fā)開關(guān)，在切換瞬間將LOAD接地，使其實現(xiàn)置數(shù)功能，從而設(shè)置加減計數(shù)的初始值。

二、秒60進(jìn)制加減計數(shù)實現(xiàn)問題

在該電路的實現(xiàn)過程中，遇到了許多問題，具體問題、原因及解決辦法如下：

(1)問題：通過個位CO反饋給十位UP時，在開關(guān)打開瞬間十位初始狀態(tài)變成1而不是0，產(chǎn)生錯誤。

原因：進(jìn)位信號CO和BO在正常狀態(tài)下是高電平1，因此開關(guān)打開瞬間CO和BO會產(chǎn)生一個0到1的跳變，這個跳變剛好滿足秒十位的UP上升沿要求，使十位加1，初始狀態(tài)變成1。

解決辦法：在CO和UP中間加一個非門74LS04，可以使上升沿延后一位，使問題得到解決。

(2)問題：在加計數(shù)時，秒十位由0-5計數(shù)，在計數(shù)到6的時候需要反饋清零，常見做法是將秒十位的QC、QB通過與門反饋給十位CLR進(jìn)行反饋清零。但按此接法，當(dāng)計數(shù)到4時秒十位即清零，產(chǎn)生錯誤。

原因：經(jīng)測試，74LS192的QB和QC信號不同步，當(dāng)輸出QD.QC.QB.QA由0011變成0100時，QC已經(jīng)由0變1，而QB還停留在1，導(dǎo)致變換瞬間QC.QB為11，通過與門后輸出高電平反饋給CLR清零。

(3)問題：在秒個位計數(shù)到9和0之間時，秒十位會先跳1，稍微提前。

原因：CO進(jìn)位信號是低電平有效，使輸出提前了一位。

解決辦法：可以在秒個位的CO和秒十位的UP之間接一個脈沖延遲電路，如圖3所示：

注意：延遲時間必須與脈沖時間配合，太快或者太慢都會出錯。本電路對應(yīng)的時鐘脈沖為100 Hz，如果調(diào)整時鐘脈沖，則延時電路要同步調(diào)整。另外，延時脈沖設(shè)置不當(dāng)可能會使秒十位提前加一，本電路為了方便調(diào)試時隨時改變時鐘脈沖，暫時沒有加入該脈沖延遲電路，但已進(jìn)行過測試，該方法可行。

三、23時59分59秒計數(shù)器實現(xiàn)方式

(一)59分59秒加減計數(shù)實現(xiàn)方式及問題

分和秒兩位計數(shù)的方式相同，只需復(fù)制秒的連接方式即可。要進(jìn)行分和秒的級聯(lián)，只需將秒十位的加法計6反饋信號接到分個位的UP輸入端，將秒十位的減法計9反饋信號接到分個位的DOWN輸入端，即可實現(xiàn)加計數(shù)秒計到59秒后分個位加一，減計數(shù)秒計到00后分個位減一[5]67-69。

按照以上方式連接好電路，仍然出現(xiàn)了一些問題。問題：減計數(shù)時分的初始值是50而不是59。原因：74LS192在進(jìn)行減計數(shù)時要使初始值變成9，需要在DOWN有下降沿脈沖輸入。但是分個位需要在秒減一個周期，即由59秒減至00秒再減至59秒時才能輸出脈沖使分個位置9，因此分個位的初始狀態(tài)無法置成9。解決辦法：在分個位的輸入端加一個觸發(fā)開關(guān)，在由加計數(shù)切換到減計數(shù)的時候立刻給DOWN輸入一個脈沖，將分個位初始狀態(tài)置為9，問題解決。

另外，常用的倒計時基本是在60秒內(nèi)，而且分切換倒計時后再切換回正計時需要重新校分，因此分的倒計時可以作為備用功能，需要時再啟用。不用時只需將分的8個開關(guān)設(shè)置成與秒的8個開關(guān)不同的按鍵即可，需要用時將分的8個開關(guān)設(shè)置成與秒的8個開關(guān)相同的按鍵。

(二)23時59分59秒計數(shù)器實現(xiàn)方式

考慮59分59秒的減計數(shù)已經(jīng)能滿足大多數(shù)需求，無需在時上再實現(xiàn)減計數(shù)。因此在時的計數(shù)方式上選擇較穩(wěn)定的十進(jìn)制加法計數(shù)器74LS160。時采用24進(jìn)制計數(shù)設(shè)置，通過一個與非門反饋到CLR端，實現(xiàn)0至23計數(shù)。

四、清零、校時與報時功能

該電路還包含了三個功能：(1)任何時刻的清零功能；(2)可以手動調(diào)整分個位、分十位、時個位、時十位的校時功能；(3)59分53秒、55秒、57秒低音報時，59分59秒高音報時的報時功能[6]115-117。電路分別如下，具體原理在此不在贅述。

圖4 任意時候清零功能電路

圖5 任意時刻校時校分功能電路

圖6 整點報時功能電路

五、結(jié) 語

本文基于74LS192實現(xiàn)可倒計時數(shù)字鐘設(shè)計，數(shù)字鐘范圍為23時59分59秒，倒計時范圍為59分59秒，同時該電路還可實現(xiàn)清零、校時、報時等功能。本文重點介紹了秒計數(shù)和分計數(shù)的實現(xiàn)方式以及在實現(xiàn)過程中產(chǎn)生的問題、原因、解決辦法。希望本文能對數(shù)字電路教師的實訓(xùn)安排或數(shù)字電路愛好者有所幫助。

[1] 杜 妍,楊玉華.基于EWB軟件的數(shù)字鐘設(shè)計及實現(xiàn)[J].電子技術(shù),2012(4).

[2] 吳勇靈,朱增輝,楊 潔,等.基于74LS192千進(jìn)制可逆計數(shù)器的設(shè)計與研究[J].制造業(yè)自動化，2012(20).

[3] 湯德榮.淺談用74LS90設(shè)計任意進(jìn)制計數(shù)器[J].大眾科技,2009(6).

[4] 王連英.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2014.

[5] 鄧旭聰.數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計[J].四川電力技術(shù),2008(S1).

[6] 李 偉,胡榮強(qiáng),李 濤.基于EWB的數(shù)字鐘設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2006(8).

Design of Timing and Countdown Digital Clock Based on 74LS192 Taking Multisim10 As an Example

HUANG Wen-feng

(Department of Information Technology， Xiamen Ocean Vocational College, Xiamen 361109, China)

This paper uses the Multisim10 software to design the 23 hours 59 minutes and 59 seconds digital clock with countdown based on 74LS192. The digital clock has a timing and countdown function; besides, it has clear, check time, reporting time and other functions. This paper introduces the design idea of digital clock. During the design process, it encounters many problems such as initial setting error, early clearing and carries error. Through continuous testing, the cause of the problem is found and the solution is given. At the same time, the realization circuit is given.

74LS192; countdown; digital clock

2016-10-17

黃文鋒(1982-)，男，福建廈門人，實驗師，工程碩士，主要從事電子技術(shù)應(yīng)用研究。

TN709

A

1672-2388(2017)01-0073-04