黄 文 锋

(厦门海洋职业技术学院 信息技术系, 福建 厦门 361100)

基于74LS192的可倒计时数字钟设计以Multisim10为例

黄 文 锋

(厦门海洋职业技术学院 信息技术系, 福建 厦门 361100)

采用Multisim10软件，以74LS192为基础设计了23时59分59秒的可倒计时数字钟，所设计的数字钟具有计时和倒计时功能，同时具有清零、校时、报时等功能。设计过程中碰到了初始置数错误、提前清零、进位错误等许多问题，通过不断测试，找到了产生这些问题的原因并进行了解决，同时给出了具体的实现电路。

74LS192; 倒计时; 数字钟

常见的数字钟都是以74LS160或74LS290作计数器，如果希望加入倒计时功能，就必须选择可同时作加减计数的计数器，考虑到数字钟还需要清零、校时、报时等诸多功能，因此，本设计选择74LS192作为计数器。因为74LS192属于加减计数器，同时具有置数和清零的功能，方便在同一电路中实现更多功能。

一、秒60进制加减计数实现方式

数字钟首先要实现的是6位计数，分别是秒个位、秒十位、分个位、分十位、时个位、时十位。以下以秒个位和秒十位为例进行重点阐述[1]24-26。具体电路如图1所示。

该电路重点在如何同时实现00-59的加计数和59-00的减计数，具体实现方式如下：

(1)秒个位实现十进制计数功能，即从0计数到9或者从9计数到0。因为74LS192本身即是十进制计数器，因此无需多加反馈电路，直接按照功能表的计数功能连接即可[2]111-113。

图1 秒个位和十位60进制加减计数实现电路

(2)秒十位实现六进制计数功能，即从0计数到5或者从5计数到0。加计数是计数到5跳转6时清零，需要通过反馈置数或者反馈清零的方法实现[3]43。本设计采用反馈清零法，即将秒十位的QC、QB通过与门接入CLR端，当计数计到0110时，与门输出1，CLR高电平有效，实现清零，如图2(a)所示。在进行减计数时，因为减计数的初始状态为99，需要将初始状态置为59，即秒十位的初始值应该置为5。采用将QD、QA通过与非门接入LOAD端，当开关打开时，初始状态为9即1001，与非门输出0，LOAD置数端有效，将置数端初始值设置为0101，则输出为0101，即5[4]146，如图2(b)所示。

(a)加计数秒十位清零电路 (b)减计数秒十位清零电路

图2 加、减计数秒十位清零电路

(3)要实现秒倒计时功能，需要通过开关使74LS192在加计数和减计数之间进行切换，即对UP/DOWN功能的切换。分别在秒个位和秒十位的UP和DOWN之间加两个开关。

(4)要实现加计数从00开始，减计数从59开始，必须在进行加减计数切换的时候同时切换秒十位的初始置数值，即加计数时秒十位初始置数值为0000即0，减计数时秒十位初始置数值为0101即5，同样采用开关进行切换。

为了实现加减计数的初始置数，在秒十位LOAD端接入一个触发开关，在切换瞬间将LOAD接地，使其实现置数功能，从而设置加减计数的初始值。

二、秒60进制加减计数实现问题

在该电路的实现过程中，遇到了许多问题，具体问题、原因及解决办法如下：

(1)问题：通过个位CO反馈给十位UP时，在开关打开瞬间十位初始状态变成1而不是0，产生错误。

原因：进位信号CO和BO在正常状态下是高电平1，因此开关打开瞬间CO和BO会产生一个0到1的跳变，这个跳变刚好满足秒十位的UP上升沿要求，使十位加1，初始状态变成1。

解决办法：在CO和UP中间加一个非门74LS04，可以使上升沿延后一位，使问题得到解决。

(2)问题：在加计数时，秒十位由0-5计数，在计数到6的时候需要反馈清零，常见做法是将秒十位的QC、QB通过与门反馈给十位CLR进行反馈清零。但按此接法，当计数到4时秒十位即清零，产生错误。

原因：经测试，74LS192的QB和QC信号不同步，当输出QD.QC.QB.QA由0011变成0100时，QC已经由0变1，而QB还停留在1，导致变换瞬间QC.QB为11，通过与门后输出高电平反馈给CLR清零。

(3)问题：在秒个位计数到9和0之间时，秒十位会先跳1，稍微提前。

原因：CO进位信号是低电平有效，使输出提前了一位。

解决办法：可以在秒个位的CO和秒十位的UP之间接一个脉冲延迟电路，如图3所示：

注意：延迟时间必须与脉冲时间配合，太快或者太慢都会出错。本电路对应的时钟脉冲为100 Hz，如果调整时钟脉冲，则延时电路要同步调整。另外，延时脉冲设置不当可能会使秒十位提前加一，本电路为了方便调试时随时改变时钟脉冲，暂时没有加入该脉冲延迟电路，但已进行过测试，该方法可行。

三、23时59分59秒计数器实现方式

(一)59分59秒加减计数实现方式及问题

分和秒两位计数的方式相同，只需复制秒的连接方式即可。要进行分和秒的级联，只需将秒十位的加法计6反馈信号接到分个位的UP输入端，将秒十位的减法计9反馈信号接到分个位的DOWN输入端，即可实现加计数秒计到59秒后分个位加一，减计数秒计到00后分个位减一[5]67-69。

按照以上方式连接好电路，仍然出现了一些问题。问题：减计数时分的初始值是50而不是59。原因：74LS192在进行减计数时要使初始值变成9，需要在DOWN有下降沿脉冲输入。但是分个位需要在秒减一个周期，即由59秒减至00秒再减至59秒时才能输出脉冲使分个位置9，因此分个位的初始状态无法置成9。解决办法：在分个位的输入端加一个触发开关，在由加计数切换到减计数的时候立刻给DOWN输入一个脉冲，将分个位初始状态置为9，问题解决。

另外，常用的倒计时基本是在60秒内，而且分切换倒计时后再切换回正计时需要重新校分，因此分的倒计时可以作为备用功能，需要时再启用。不用时只需将分的8个开关设置成与秒的8个开关不同的按键即可，需要用时将分的8个开关设置成与秒的8个开关相同的按键。

(二)23时59分59秒计数器实现方式

考虑59分59秒的减计数已经能满足大多数需求，无需在时上再实现减计数。因此在时的计数方式上选择较稳定的十进制加法计数器74LS160。时采用24进制计数设置，通过一个与非门反馈到CLR端，实现0至23计数。

四、清零、校时与报时功能

该电路还包含了三个功能：(1)任何时刻的清零功能；(2)可以手动调整分个位、分十位、时个位、时十位的校时功能；(3)59分53秒、55秒、57秒低音报时，59分59秒高音报时的报时功能[6]115-117。电路分别如下，具体原理在此不在赘述。

图4 任意时候清零功能电路

图5 任意时刻校时校分功能电路

图6 整点报时功能电路

五、结 语

本文基于74LS192实现可倒计时数字钟设计，数字钟范围为23时59分59秒，倒计时范围为59分59秒，同时该电路还可实现清零、校时、报时等功能。本文重点介绍了秒计数和分计数的实现方式以及在实现过程中产生的问题、原因、解决办法。希望本文能对数字电路教师的实训安排或数字电路爱好者有所帮助。

[1] 杜 妍,杨玉华.基于EWB软件的数字钟设计及实现[J].电子技术,2012(4).

[2] 吴勇灵,朱增辉,杨 洁,等.基于74LS192千进制可逆计数器的设计与研究[J].制造业自动化，2012(20).

[3] 汤德荣.浅谈用74LS90设计任意进制计数器[J].大众科技,2009(6).

[4] 王连英.数字电子技术[M].北京:高等教育出版社,2014.

[5] 邓旭聪.数字电子钟逻辑电路设计[J].四川电力技术,2008(S1).

[6] 李 伟,胡荣强,李 涛.基于EWB的数字钟设计与实现[J].现代电子技术,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

黄文锋(1982-)，男，福建厦门人，实验师，工程硕士，主要从事电子技术应用研究。

TN709

A

1672-2388(2017)01-0073-04