32121141312111098U1474LS001413121110 123456798VCC1234567JP75678J101123567855543214321R42kR33.3kC20.01ufR510kC30.01ufVCCR65.1kC40.1uf 3.2 分频器 图2 555振荡器 分频器的功能有两个：一产生标准秒脉冲信号；二提供功能扩展电路所需要的信号。选用计数器74LS90可以实现上述要求。每片74LS90为1/10分频，3片级联即可获得所需要的信号，第1片Q3端输出频率为100Hz，第2片Q3端输出频率为10Hz，第3片Q3端输出频率为1Hz[3]。电路如图3所示。 141312111014131211101413121110U1874LS909898U1774LS9098U1974LS9014131211101413121110141312111098981234567123456712345671234567VCCVCC1234567VCC123456798 图3 分频电路 3.3 计数器 计数器的主要功能是用来计算输入脉冲，本设计的时钟脉冲由前面所述的分频器提供，计数器不仅可以计数而且还有其他特定的逻辑功能，比如定时控制、测量等等。 分和秒采用60进制计数器。在此可以选用74LS92作为十位计数器，74LS90作为个位计数器，再将它们级联组成模数M=60的计数器。 3 567
而时计数器是一个“12翻1”的特殊进制计数器，即当数字钟运行到12时59分59秒时，秒的个位计数器在输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为01时00分00秒，实现日常生活中习惯用的计时规律。选用74LS191和74LS74实现此功能[4]。
数字钟的计数电路是用两个六十进制计数电路和“12翻1”计数电路实现的。计数电路是数字钟的基础，只有在计数电路调试成功的前提下，才能够进行经行下一步的设计工作，而由于本设计级联较多，故在计数电路调试的过程中会比较麻烦。可以将分和秒计数器调试成功后，再单独对时计数器进行调制，由于设计电路在数字试验箱上进行，故调试部分相对来说较为简单[5]。 1、60进制计数器
图4 六十进制计数器
74LS92作为十位计数器，在电路中采用六进制计数；74LS90作为个位计数器在电路中采用十进制计数。当74LS90的14脚接振荡电路的输出脉冲1Hz时74LS90开始工作，它计时到10时向十位计数器74LS92进位[6]。
下面将对电路中所用的主要集成元件的功能进行介绍。 ① 异步计数器74LS90
所谓异步计数器，是指计数器内各触发器的时钟信号不是来自于同一外接输入时钟信号，因而各触发器不是同时翻转。这种计数器的计数速度慢。
74LS90是二—五—十进制计数器，它有两个时钟输入端CP0和CP1。其中，CP0和Q0组成一位二进制计数器；CP1和Q3Q2Q1组成五进制计数器；若将Q0与CP1相连接，时钟脉冲从CP0输入，则构成8421BCD码十进制计数器[7]。74LS90有两个清零端MR1、MR2，两个置9端MS1、MS2，74LS90的引脚图如图5。在本设计中，它将主要用做十分频器和十进制计数器。
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图5 74LS90引脚图
② 异步计数器74LS92
74LS92是二—六—十二进制计数器，即CP0和Q0组成二进制计数器，CP1和当CP1和Q0相连，时钟脉冲从CP0输入，74LS92Q3Q2Q1在74LS92中为六进制计数器。
构成十二进制计数器[8]。74LS92的引脚图如图6。在本设计中，它做为六进制计数器。
345图6 74LS92引脚图 2、12进制计数器 A0A3A2A1A02576274LS74DQ/U0'D1Q1Q3Q2Q135CLK1CLR1CLK74LS1911419011511LD'CT'4 图7 十二进制计数器 D3D2D1D031 5
（1）“12翻1”小时计数器是按照“01-02-03-04-05-06-07-08-09-10-11-12-01”规律计数的，其电路如图7所示。 （2）电路的工作原理
由表1可知：个位计数器由4位二进制同步可逆计数器74LS191构成，十位计数器由双D触发器74LS74构成，将它们组成“12翻1”小时计数器[8]。
由表可知，计数器的状态要发生两次跳跃：一是计数到12后，在第13个计数脉冲作用下个位计数器的状态应为Q03Q02Q01Q00?0001，十位计数器的Q10?0。第二次跳跃的十位清“0”和个位置“1”的输出端Q10、Q01、Q00来产生[9]。；二是计数器计到9，即个位计数器的状态为Q03Q02Q01Q00?1001后，在下一计数脉冲的作用下计数器进入暂态1010，利用暂态的两个1即Q03Q01使个位异步置0，同时向十位计数器进位使Q10?1。
表1 “12翻1”小时计时时序
CK 0 1 2 3 4 5 6 7 十位 Q10 个位 Q03 Q02 Q01 Q00 CK 8 9 10 11 12 13 十位 Q10 0 0 0 1 1 1 0 个位 Q03 Q02 Q01 Q00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 下面将对该电路中所用的主要集成元件的功能进行介绍。 ①D触发器74LS74
在电路中用到了D触发器74LS74。74LS74是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发D触发器电路。74LS74这个集成块是一个双D触发器，其功能比较多，可用作寄存器，振荡器，分频计数器等。在该设计中74LS74做为数字钟的小时部分的十位，可以与计数器74LS191一块儿满足“12翻1”功能[10]，其引脚图如图8所示。
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23 74LS741234567CLR1VCCD1CLR2CLK1D2PR1CLK2Q1PR2Q1'Q2GNDQ2'141312111098AR?OPAMP 图8 74LS74引脚图 2②计数器74LS191 74LS191 是一个单时钟 4 位同步加/减可逆计数器，是BCD码十六进制计数器。在该实验中，它可以做为小时部分的个位，其引脚图如图9。 74LS19112345678D1Q1Q0CT'D/U'Q2Q3GNDVCCD0CLKRCO'MAX/MINLD'D2D3161514131211109图9 74LS191引脚图 3.4 校时电路 当数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间（或称校时）。校时是数字钟应具备的基本功能。对于本设计，由于抖动等因素的影响，校时电路在试验箱上的效果不太明显。 对校时电路的要求是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。对于一般电路而言，校时方式有“快校时”和“慢校时”两种，“快校时”是通过开关控制，使计数器对1Hz的校时脉冲计数。“慢校时”是用手动产生单脉冲作校时脉冲。图10为校“时”、校“分”电路[11]。其中S1为校“分”用的控制开关，S2为校“时”用的控制开关，它们的控制功能如表3 所示。校时脉冲采用分频器输出的1Hz 脉冲，当 S1 或S2 分别为“0”时可进行“快校时”。如果校时脉冲由单次脉冲产生器提供，则可以进行“慢校时”。 7