數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與仿真畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

1、數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與仿真摘 要數(shù)字時(shí)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。數(shù)字鐘以其小巧，價(jià)格低廉，走時(shí)精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費(fèi)的喜愛。數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)方法有許多種,例如,可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘；也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘；還可以利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電子鐘等等。在這次設(shè)計(jì)中，我們采用中小規(guī)模集成電路，用32768hz的晶振產(chǎn)生振蕩脈沖，經(jīng)分頻后供計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并用led數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，以24小時(shí)計(jì)時(shí)方式。在此次設(shè)計(jì)中，電路具有顯示時(shí)間的其本功

2、能，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)和分的調(diào)整，在設(shè)計(jì)過(guò)程中還使用了ewb、proteus等仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真。關(guān)鍵詞：數(shù)字時(shí)鐘，中小規(guī)模集成電路，數(shù)字電路,ewb,proteusabstract digital clock is a digital circuit technology with the hours, minutes, seconds. digital clock clock is higher accuracy and intuitive than the machine clock, and has a longer service life. digital clock with i

3、ts compact, low cost, high precision, easy to use, features and more easy integration .and digital clock is loved by the general consumer. there are many ways to design of digital clock .for example, composed of small and medium-scale integrated circuit electronic clock, can use a dedicated clock ch

4、ip, accompanied by the required display circuit and external circuit electronic clock; can be used to achieve the e-scm clock, etc. in this design, we use small and medium-scale integrated circuits, with 32768hz crystal oscillation which is pulses by frequency for the counter after the count, with l

5、ed digital display by 24-hour time mode. in this design, the circuit has the function of display time , we can realize the hours and minutes of the adjustment in the design process ,and uses the ewb, proteus simulation software to circuit simulation.keywords: digital clock, small and medium-scale in

6、tegrated circuits, digital circuits 目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1 時(shí)鐘的發(fā)展11.2數(shù)字時(shí)鐘的意義21.3本設(shè)計(jì)的目的和功能21.3.1設(shè)計(jì)目的21.3.2設(shè)計(jì)功能要求21.4電子時(shí)鐘方案論證3第2章 電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)方案62.1數(shù)字時(shí)鐘主體框圖62.2 單元電路的設(shè)計(jì)62.2.1主體單元電路的設(shè)計(jì)62.2.2計(jì)數(shù)電路92.2.3校時(shí)電路122.3擴(kuò)展功功能電路的設(shè)計(jì)162.3.1主控門與走停電路162.3.2整點(diǎn)時(shí)間提醒162.3.3總復(fù)零電路182. 4電源電路18第3章 電子時(shí)鐘電路的仿真193.1使用的兩種仿真軟件的簡(jiǎn)介193

7、.1.1ewb仿真軟件的介紹193.1.2proteus軟件的介紹203.2.1計(jì)數(shù)單元203.2.2驅(qū)動(dòng)和顯示233.3整體電路的仿真24第4章 小結(jié)25參考文獻(xiàn)26致 謝27 第1章 緒論1.1 時(shí)鐘的發(fā)展中國(guó)是世界上最早發(fā)明計(jì)時(shí)儀器的國(guó)家。有史料記載，漢武帝太初年間（紀(jì)元前104-101年）由落下閎創(chuàng)造了我國(guó)最早的表示天體運(yùn)行的儀器渾天儀。東漢時(shí)期（公元130年）張衡創(chuàng)造了水運(yùn)渾天儀，為世界上最早的以水為動(dòng)力的觀測(cè)天象的機(jī)械計(jì)時(shí)器，是世界機(jī)械天文鐘的先驅(qū)。盛唐時(shí)代，公元725年張遂（又稱一行）和梁令瓚等人創(chuàng)制了水運(yùn)渾天銅儀，它不但能演示天球和日、月的運(yùn)動(dòng)，而且立了兩個(gè)木人，按時(shí)擊鼓，按時(shí)

8、打鐘。第一個(gè)機(jī)械鐘的靈魂擒縱器用于計(jì)時(shí)器，這是中國(guó)科學(xué)家對(duì)人類計(jì)時(shí)科學(xué)的偉大貢獻(xiàn)。它比十四世紀(jì)歐洲出現(xiàn)的機(jī)械鐘先行了六個(gè)世紀(jì)。第一只石英鐘出現(xiàn)在二十世紀(jì)二十年代，從三十年代開始得到了推廣，從六十年代開始，由于應(yīng)用半導(dǎo)體技術(shù)，成功地解決了制造日用石英鐘問題，石英電子技術(shù)在計(jì)時(shí)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。并取代機(jī)械鐘做了更精確的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。早在1880年，法國(guó)人皮埃爾居里和保羅雅克居里就發(fā)現(xiàn)了石英晶體有壓電的特性，這是制造鐘表“心臟”的良好材料。科學(xué)家以石英晶體制成的振蕩計(jì)時(shí)器和電子鐘組合制成了石英鐘。經(jīng)過(guò)測(cè)試，一只高精度的石英鐘表，每年的誤差僅為3-5秒。1942年，著名的英國(guó)格林尼治天文臺(tái)也開始采用了

9、石英鐘作為計(jì)時(shí)工具。在許多場(chǎng)合，它還經(jīng)常被列為頻率的基本標(biāo)準(zhǔn)，用于日常測(cè)量與檢測(cè)。大約在 1970 年前后，石英鐘表開始進(jìn)入市場(chǎng)，風(fēng)靡全球。隨著科學(xué)的進(jìn)步，精密的電子元件不斷涌現(xiàn)，石英鐘表也開始變得小巧精致，它既是實(shí)用品，也是裝飾品。它為人們的生活提供方便，更為人們的生活增添了新的色彩。 在現(xiàn)行情況下根據(jù)簡(jiǎn)單實(shí)用強(qiáng)的、走時(shí)準(zhǔn)確進(jìn)行設(shè)計(jì)。而實(shí)驗(yàn)證明，鐘表的振蕩部分采用石英晶體作為時(shí)基信號(hào)源時(shí)，走時(shí)更精確、調(diào)整更方便。鐘是一種計(jì)時(shí)的器具，它的出現(xiàn)開拓了時(shí)間計(jì)量的新里程。提起時(shí)鐘大家都很熟悉，它是給我們指明時(shí)間的一種計(jì)時(shí)器，并且我們每天都要用到它。二十世紀(jì)八十年代中國(guó)的鐘表業(yè)經(jīng)歷了一場(chǎng)翻天覆地的大轉(zhuǎn)

10、折。其表現(xiàn)在三個(gè)方面：（1）從生產(chǎn)機(jī)械表轉(zhuǎn)為石英電子表；（2）曾占據(jù)中國(guó)消費(fèi)市場(chǎng)四十多年的大型國(guó)有企業(yè)突然被剛剛冒起的“組業(yè)”所取代，鐘表生產(chǎn)中心轉(zhuǎn)向中國(guó)南方沿海一帶；（3）中國(guó)鐘表業(yè)發(fā)展從以機(jī)芯為龍頭改為以手表外觀件為龍頭。這場(chǎng)轉(zhuǎn)折以迅雷不及掩耳的速度，沖擊著傳統(tǒng)的中國(guó)鐘表工業(yè)。中國(guó)的鐘表業(yè)從技術(shù)簡(jiǎn)單、零件少的石英鐘機(jī)芯制造入手。最初石英鐘機(jī)芯全靠從日本、德國(guó)進(jìn)口，1989年開始完全自己生產(chǎn)，包括模具的制造加工。近十余年，逐漸提高機(jī)芯質(zhì)量的穩(wěn)定性，同時(shí)轉(zhuǎn)向?qū)κ直頇C(jī)芯研制與開發(fā)。目前石英鐘表機(jī)芯生產(chǎn)主要在福建省福州、廣東東莞、番禺；機(jī)械鐘表機(jī)芯在上海、山東等地?，F(xiàn)在我國(guó)的電子業(yè)發(fā)展非?？焖?，電

11、子業(yè)的發(fā)展有利于鐘表業(yè)的發(fā)展。在中國(guó)鐘表發(fā)展史上，國(guó)產(chǎn)機(jī)芯研制的失敗已經(jīng)成為過(guò)去，“組裝業(yè)”作為新興鐘表工業(yè)的起步階段也已成為過(guò)去。一支新的充滿智慧的鐘表精英在成長(zhǎng)。我們相信在科技高速發(fā)展的今天，鐘表業(yè)運(yùn)用當(dāng)今材料工業(yè)、電子工業(yè)和其他領(lǐng)域的最新技術(shù)，一定會(huì)生產(chǎn)出代表中國(guó)科學(xué)水平的產(chǎn)品。我們希望鐘表業(yè)的精英們?cè)谔岣咧圃旒夹g(shù)水平中不斷創(chuàng)新，培育出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的品牌。這正是中國(guó)鐘表業(yè)發(fā)展的希望。1.2數(shù)字時(shí)鐘的意義數(shù)字鐘被廣泛用于個(gè)人家庭,車站, 碼頭、辦公室等公共場(chǎng)所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵贰Ｓ捎跀?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,運(yùn)用超過(guò)老式鐘表, 鐘表的數(shù)字

12、化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。1.3本設(shè)計(jì)的目的和功能1.3.1設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)一種多功能數(shù)字鐘，該數(shù)字鐘具有基本功能和擴(kuò)展功能兩部分。其中，基本功能部分的有準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間和校時(shí)功能。擴(kuò)展功能部分則具有：自動(dòng)整點(diǎn)提醒，時(shí)鐘的走?？刂?。數(shù)字鐘的電路也是由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分構(gòu)成，在電路中，基本功能部分由主體電路實(shí)現(xiàn)，

13、而擴(kuò)展功能部電路實(shí)現(xiàn)。這兩部分都有一個(gè)共同特點(diǎn)就是它們都要用到振蕩電路提供的1hz脈沖信號(hào)。在計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)電路還可以進(jìn)行校時(shí)、校分校秒的功能。并且要用數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，各位均為兩位顯示，擴(kuò)展部分要有相應(yīng)的響應(yīng)電路。1.3.2設(shè)計(jì)功能要求基本功能：（1）時(shí)的計(jì)時(shí)要求為“24小時(shí)”，分和秒的計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)制（2）準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)，分，秒的時(shí)間（3）時(shí)間調(diào)整擴(kuò)展功能：（1）計(jì)時(shí)走?？刂疲?）自動(dòng)整點(diǎn)提醒1.4電子時(shí)鐘方案論證設(shè)計(jì)電子時(shí)鐘的方案很多，可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘；也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘；還可以利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電子鐘，還可

14、以利用大老規(guī)模集成電路芯片。在這些方案中，利用專門的電子時(shí)鐘芯片比較方便，但其功能單一，一般不能自己拓展電子時(shí)鐘的功能；利用單片機(jī)的方案中，其利用硬件和軟件結(jié)合來(lái)設(shè)計(jì)時(shí)鐘，其拓展功能比較強(qiáng)，但其計(jì)時(shí)不是很精確，時(shí)間誤差比較大，還有軟件調(diào)試和硬件調(diào)試比較復(fù)雜、繁瑣。采用中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的時(shí)鐘，各種芯片緊密結(jié)合，采用純硬件電路，其計(jì)時(shí)比較精確，反應(yīng)速度也比較快，拓展功能也比較強(qiáng)，故本數(shù)字時(shí)鐘采用中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)。石英振蕩器產(chǎn)生的脈沖送到分頻器，分頻電路將時(shí)標(biāo)信號(hào)分成每秒一次的方波信號(hào)。秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生頻率穩(wěn)定很高的秒脈沖，秒脈沖被送到一個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)結(jié)果送至秒個(gè)位和十位譯碼器

15、，譯碼結(jié)果分別由兩只七段半導(dǎo)體數(shù)碼管以十過(guò)制數(shù)形式顯示出來(lái)。當(dāng)秒的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到第59秒時(shí)，若再來(lái)一個(gè)秒脈沖，秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出就產(chǎn)生進(jìn)位脈沖（分計(jì)數(shù)脈沖），同時(shí)，秒計(jì)數(shù)器的十位和個(gè)位都復(fù)位到零。分計(jì)數(shù)脈沖又被送到分六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，經(jīng)譯碼電路譯碼后數(shù)碼顯示相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。當(dāng)計(jì)滿59分59秒時(shí)，若再來(lái)一個(gè)秒脈沖，則分計(jì)數(shù)器便宜向時(shí)計(jì)數(shù)器送出時(shí)計(jì)數(shù)脈沖，同時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器均復(fù)位到零。時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)顯示23時(shí)，若再來(lái)一個(gè)秒脈沖，則時(shí)、分、秒、計(jì)數(shù)器都應(yīng)回到零，并顯示（0000）表示已經(jīng)到達(dá)午夜零點(diǎn)，第二天開始繼續(xù)計(jì)數(shù)第2章 電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)方案2.1數(shù)字時(shí)鐘主體框圖圖21

16、 電子時(shí)鐘的框架圖 主體電路是完成數(shù)字時(shí)鐘的基本功能的電路。振蕩器產(chǎn)生的32768hz的高頻脈沖信號(hào)作為數(shù)字鐘的振源，再經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向分計(jì)數(shù)器個(gè)位進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向小時(shí)計(jì)數(shù)器個(gè)位進(jìn)位并且小時(shí)計(jì)數(shù)器按照24進(jìn)制計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)電路進(jìn)行校時(shí)、校分、校秒。擴(kuò)展電路必須在主體電路正常運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行擴(kuò)展功能。2.2 單元電路的設(shè)計(jì)2.2.1主體單元電路的設(shè)計(jì)主體電路部分的電路主要由秒脈沖信號(hào)的產(chǎn)生電路、計(jì)數(shù)電路、顯示電路以及校時(shí)電路四大部分組成。下面將對(duì)各部分電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。秒脈沖信號(hào)的產(chǎn)生：為了提高秒信號(hào)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,利用石

17、英晶體來(lái)構(gòu)成振蕩電路。由于石英晶體的選頻特性非常好,只有某一頻率點(diǎn)的信號(hào)可以通過(guò)它,其它頻率段的信號(hào)均會(huì)被它所衰減。因此,這種振蕩電路輸出的是準(zhǔn)確度極高的信號(hào)。然后再利用分頻電路,將其輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槊胄盘?hào),其組成框圖如下圖221。石英晶體振蕩電路分頻電路秒信號(hào)圖22秒脈沖信號(hào)的產(chǎn)生電路組成框圖（1）晶體振蕩電路：晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字時(shí)鐘的核心，它保證了時(shí)鐘設(shè)計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。圖23晶體振蕩器電路圖該電路通過(guò)cmos非門構(gòu)成輸出方波的晶體振蕩電路，這個(gè)電路中，cmos非門g1與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩電路，g2實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電阻r為

18、非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域。兩個(gè)電容與晶體構(gòu)成一個(gè)偕振電路，完成對(duì)振蕩器的控件功能，同時(shí)提供了180相移，從而和非門構(gòu)成了一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能，由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。選取的晶體頻率為32768hz，該元件專門為數(shù)字鐘電路而設(shè)計(jì)，其頻率較低，有利于減少分頻級(jí)數(shù)，從而輸出較低的頻率。通過(guò)計(jì)算分析得，兩電容均為30pf左右比較合適 2 。（2）分頻電路分頻電路采用14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器分頻器cd4060。圖24為cd4060的管腳圖。q4q14等為不同頻率的信號(hào)輸出端,r端為清零端,高電平有效。圖24 cd4060的引腳圖（3）振

19、蕩+分頻電路由于cd4060的內(nèi)部已集成有非門,因此圖25 中的非門g1、g2可以省去,而將振蕩電路直接接到其反相器輸入、輸出端,這樣就有頻率穩(wěn)定的信號(hào)從cd4060的各輸出端(q4q14)輸出。由于cd4060的輸出端q4q14的輸出信號(hào)為初始振蕩信號(hào)的2n次分頻,q14端輸出信號(hào)的頻率為2 hz,也就是說(shuō),它的周期t=0.5 s,不是秒信號(hào),還須經(jīng)過(guò)一次分頻,輸出的才是秒信號(hào)。因此,在q14端后面接一個(gè)由jk觸發(fā)器構(gòu)成的t觸發(fā)器,再次分頻。這樣jk觸發(fā)器輸出端q15的輸出信號(hào)即為秒信號(hào),供秒計(jì)數(shù)器用3。16161j1kq+5vcd4060vdd10vsscp08cp116r11123q14

20、30pf30pfq1532768hz22m秒脈沖74ls112圖25 晶振+分頻電路構(gòu)成的秒信號(hào)產(chǎn)生5v 按上圖25接好線后,可以用示波器觀察cd4060 cp端的輸出信號(hào),為一矩形波,測(cè)量q15端的信號(hào),輸出矩形波的幅值達(dá)到4.0 v,可以驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器。而且該電路也不會(huì)出現(xiàn)停振的現(xiàn)象、負(fù)載能力低、脈沖周期發(fā)生變化的現(xiàn)象。 下面將介紹一些有關(guān)觸發(fā)器的內(nèi)容：觸發(fā)器，它是由門電路構(gòu)成的邏輯電路，它的輸出具有兩個(gè)穩(wěn)定的物理狀態(tài)（高電平和低電平），所以它能記憶一位二進(jìn)制代碼。觸發(fā)器是存放在二進(jìn)制信息的最基本的單元。按其功能可為基本rs觸發(fā)器觸、jk觸發(fā)器、d觸發(fā)器和t觸發(fā)器。這幾種觸發(fā)器都有集成電路產(chǎn)品

21、。其中應(yīng)用最廣泛的當(dāng)數(shù)jk觸發(fā)器和d觸發(fā)器。不過(guò)，深刻理解rs觸發(fā)器對(duì)全面掌握觸發(fā)器的工作方式或動(dòng)作特點(diǎn)是至關(guān)重要的。事實(shí)上，jk觸發(fā)器和d觸發(fā)器是rs觸發(fā)器的改進(jìn)型，其中jk觸發(fā)器保留了兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端，而d觸發(fā)器只保留了一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端。d觸發(fā)器有邊沿d觸發(fā)器和高電平d觸發(fā)器。74ls74為一個(gè)電平d觸發(fā)器4。2.2.2計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)器是一種計(jì)算輸入脈沖的時(shí)序邏輯網(wǎng)絡(luò)，被計(jì)數(shù)的輸入信號(hào)就是時(shí)序網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘脈沖，它不僅可以計(jì)數(shù)而且還可以用來(lái)完成其他特定的邏輯功能，如測(cè)量、定時(shí)控制、數(shù)字運(yùn)算等等。數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路是用兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路和二十四計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)采用異步計(jì)數(shù)器74l

22、s90。下面是74ls90的介紹74ls90是二，五，十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器。異步計(jì)數(shù)器如果設(shè)定初態(tài)，在每個(gè)脈沖的作用下是按順序變化的（態(tài)序）。二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的每一狀態(tài)相當(dāng)一最小項(xiàng)，當(dāng)最后一個(gè)脈沖到來(lái)后，電路返回原狀態(tài)。74ls90同四個(gè)觸發(fā)器及附加門組成，它有兩個(gè)時(shí)鐘脈沖輸入端a,b.兩個(gè)清零輸入端r0（1）、r0（2），兩個(gè)“9”輸入端r9（1）、r9（2），四個(gè)輸出端q3、q2、q1、q0，兩個(gè)nc端（空腳）。從功能表我們便宜清楚地知道它的確功能。利用74ls90的r0（1）、r0（2）和r9（1）、r9可以實(shí)現(xiàn)自復(fù)位和置位功能。當(dāng)r9（1）、r9兩個(gè)輸入端全為“1”時(shí)，無(wú)論r0（1）、r0（2

23、）為何狀態(tài)，計(jì)數(shù)器置“9”；當(dāng)r0（1）、r0（2）都為“1”時(shí)，r9（1）、r9中一個(gè)為“0”時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。當(dāng)r0、r9，輸入端都為低電平時(shí)，74ls00方可計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)功能如下：1 時(shí)鐘脈沖從a端輸入，從q0端輸出，則是二進(jìn)進(jìn)計(jì)數(shù)器。2 時(shí)鐘脈沖從b端輸入，從q3、q2、q1端輸出，見分曉是異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。3 當(dāng)q0和b端相連，時(shí)鐘脈沖從a端輸入，從q3、q2、q1、q0輸出，見分則是8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。4 當(dāng)a端和q3端相連，時(shí)鐘脈沖從b端輸入，從q3、q2、q1、q0端輸出，則是5421碼進(jìn)制計(jì)數(shù)器5。圖26 74ls90引腳圖r0(1)2r0(2)3r9(1)6r9(2)7

24、a14q012b1q19q28q31174ls90下面分別介紹六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和二十四計(jì)數(shù)器（1）六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器clk圖27 由74ls90構(gòu)成的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器m=60（01100000）的計(jì)數(shù)器，設(shè)計(jì)中采用74ls90（十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器）作為計(jì)數(shù)器。用兩片74ls90構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)出現(xiàn)01100000就產(chǎn)生進(jìn)位，并將計(jì)數(shù)器清零，即計(jì)數(shù)器的第六位和第七位輸出后經(jīng)與門后輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖6。（2）二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器一天由二十四個(gè)小時(shí)，故用一個(gè)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)時(shí)。本設(shè)計(jì)也采用兩片74ls90來(lái)組成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。原理如下圖28圖28 由74ls90組成的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器clk2.2.3校時(shí)

25、電路當(dāng)剛接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。對(duì)時(shí)間的校正是通過(guò)截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，而用頻率較高的方波信號(hào)加到其需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端。這樣可以很快使校正的時(shí)間調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的數(shù)值。這時(shí)再將選擇開關(guān)打向正常時(shí)就可以準(zhǔn)確走時(shí)了如圖下所示為時(shí)分秒校時(shí)的校時(shí)電路。在校時(shí)電路中，其實(shí)現(xiàn)方法是采用計(jì)數(shù)脈沖和計(jì)數(shù)使能來(lái)實(shí)現(xiàn)校時(shí)的。校準(zhǔn)數(shù)字式電子鐘時(shí)、分、秒走時(shí)誤差而設(shè)計(jì)時(shí)、分、秒調(diào)整電路，時(shí)分秒的調(diào)時(shí)原理都是一樣的，秒調(diào)整電路圖如下圖29所示7。 sryf5yf31秒信號(hào)yf1yf20.5秒信號(hào)yf4至秒個(gè)位計(jì)數(shù)器圖29 秒調(diào)整電路與非門yf1和yf2組成rs觸發(fā)器，其輸出控制yf3、yf4的

26、開、閉。正常走時(shí)，開關(guān)k2置于s，yf1輸出的高電平打開yf3使1秒信號(hào)通過(guò)yf3、yf5到秒個(gè)位計(jì)數(shù)器;當(dāng)需要調(diào)整時(shí)，k2置于r，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，yf2輸出高電平打開yf4使0.5秒信號(hào)(即每秒2個(gè)脈沖信號(hào))通過(guò)yf4、yf5輸入秒個(gè)位計(jì)數(shù)器，加快了計(jì)數(shù)，達(dá)到調(diào)整的目的。圖中用觸發(fā)器是為了避免在yf4、yf3直接接地時(shí)，由于接地不良或顫抖造成調(diào)整門不穩(wěn)的現(xiàn)象。所有的“與非門”采用pmos片，性能穩(wěn)定，工作可靠8。2.2.4譯碼與顯示電路（一）電路如圖210所示bi/rbo4rbi5lt3a7b1c2d6a13b12c11d10e9f15g1474ls48abfcgdedpyledgn123456

27、7abcdefgdpy_7-seg圖210 譯碼與顯示電路電路的工作原理譯碼是編碼的相反過(guò)程，譯碼器是將輸入的二進(jìn)制代碼翻譯成相應(yīng)的輸出信號(hào)以表示編碼時(shí)所賦予原意的電路。常用的集成譯碼器有二進(jìn)制譯碼器、二十制譯碼器和bcd7段譯碼器、顯示模塊用來(lái)顯示計(jì)時(shí)模塊輸出的結(jié)果。本設(shè)計(jì)采用的74ls48譯碼器和顯示器bs201a，下面是兩種芯片的詳細(xì)介紹9（1）譯碼器74ls48譯碼器是一個(gè)多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的工作是把給定的代碼進(jìn)行“翻譯”，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號(hào)輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示，還用于數(shù)字分配，存儲(chǔ)器尋址和組合

28、控制信號(hào)等。譯碼器可以分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。在電路中用的譯碼器是共陰極譯碼器74ls48，用74ls48把輸入的8421bcd碼abcd譯成七段輸出a-g，再由七段數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)。74ls48的管腳圖如下圖211中，管腳lt、rbi、bi/rbo都是低電平是起作用，作用分別為：lt為燈測(cè)檢查，用lt可檢查七段顯示器個(gè)字段是否能正常被點(diǎn)燃。bi是滅燈輸入，可以使顯示燈熄滅。rbi是滅零輸入，可以按照需要將顯示的零予以熄滅。bi/rbo是共用輸出端，rbo稱為滅零輸出端，可以配合滅零輸出端rbi，在多位十進(jìn)制數(shù)表示時(shí)，把多余零位熄滅掉，以提高視圖的清晰度。本設(shè)計(jì)用的是bs201a共

29、陰極數(shù)碼管。bi/rbo4rbi5lt3a7b1c2d6a13b12c11d10e9f15g1474ls48圖211 74ls48（2）顯示器bs201a在此電路圖中所用的顯示器是共陰極形式，陰極必須接地。顯示器bs201a的管腳功能圖如下圖abfcgdedpyledgn1234567abcdefgdpy_7-seg圖212 bs201a主體電路部分是由上面的以上的各個(gè)單元電路組成的。2.3擴(kuò)展功功能電路的設(shè)計(jì)至秒調(diào)整2.3.1主控門與走停電路1秒脈沖信號(hào)rs圖212 主控門與走?？刂齐娐分骺亻T?？刂齐娐肥怯膳c非門組成的rs觸發(fā)器。當(dāng)開關(guān)k，置于“ r”時(shí)，yf:輸出高電位，打開主控門yf3，

30、秒脈沖信號(hào)通過(guò)yf3、秒調(diào)電路進(jìn)入秒個(gè)位計(jì)數(shù)器去計(jì)數(shù)。當(dāng)開關(guān)k，置于“s”時(shí)，yfz輸出低電位，將主控門封鎖。采用rs觸發(fā)器，避免了k，直接接地造成主控門不穩(wěn)而產(chǎn)生誤動(dòng)作10。2.3.2整點(diǎn)時(shí)間提醒當(dāng)時(shí)間快到整點(diǎn)還差十秒時(shí)，發(fā)出鬧鈴的聲音，當(dāng)?shù)秸c(diǎn)后停止打鈴。例如出現(xiàn)分為59秒為50時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖，脈沖產(chǎn)生后去觸發(fā)555電路產(chǎn)生一個(gè)十秒的脈沖去驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出打鈴的提醒聲音。555電路圖如下圖圖213 555延時(shí)電路延時(shí)時(shí)間t d=1.1rt*ct。555電路在本設(shè)計(jì)中的作用是產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)十秒的時(shí)間，即t=10s。在本設(shè)計(jì)中選取rt=1m，ct=100uf.當(dāng)分到59，秒到50是，即其分為010

31、11001，秒為01010000，故采用兩個(gè)三輸入與門選取相應(yīng)的位與，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)去觸發(fā)555產(chǎn)生一個(gè)十秒的延時(shí)。其組成電路如圖21411。圖214 整點(diǎn)時(shí)間提醒電路2.3.3總復(fù)零電路總復(fù)零電路用來(lái)在開機(jī)瞬時(shí)，使電子鐘的時(shí)、分、秒顯示全部復(fù)零。圖215中為其線路圖，r1cl組成延遲電路，3dk2和與非門yf1及電阻rs、r4組成斯密特觸發(fā)電路，yf3、yf4及r5、r6、c3組成單穩(wěn)觸發(fā)器。yf7、yf6是一個(gè)作為手動(dòng)總復(fù)零的rs觸發(fā)器。開機(jī)后，a點(diǎn)電位不能突變，接近0伏使3dk2截止，yf1導(dǎo)通，b點(diǎn)為低電位，f點(diǎn)為高電位。此時(shí)單穩(wěn)輸出c點(diǎn)及rs觸發(fā)器的d點(diǎn)(k3在正常位置s處)均為高

32、電位，使總復(fù)零輸出為高電位，對(duì)機(jī)內(nèi)各計(jì)數(shù)器工作無(wú)影響。隨著電容c1的充電，a點(diǎn)電位升高，使3dk2導(dǎo)通，這時(shí)b點(diǎn)變?yōu)楦唠娢?，f點(diǎn)變?yōu)榈碗娢唬|發(fā)單穩(wěn)使c點(diǎn)輸出負(fù)脈沖，去控制“清零”與門，發(fā)出清“0”信號(hào)，使時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器全部顯示為0。當(dāng)k3打到r位置時(shí)，d點(diǎn)輸出低電位，通過(guò)yf5、yf8輸出負(fù)脈沖，以便在需要時(shí)作手動(dòng)清零。延時(shí)是為了消除開機(jī)后在較短一段時(shí)間內(nèi)隨機(jī)狀態(tài)引起的錯(cuò)誤顯示。圖215 總復(fù)零電路2. 4電源電路圖216 電源電路 電源電路由橋式整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。由變壓器和四個(gè)二極管組成橋式整流電路，電容c1為濾波電容，調(diào)整管7805進(jìn)行穩(wěn)壓，最后輸出穩(wěn)定的5v電壓。電源

33、變壓器的作用是為用電設(shè)備提供所需的交流電壓，整流器和濾波器的作用是把交流電變換成平滑的直流電，穩(wěn)壓器的作用是克服電網(wǎng)電壓、負(fù)載及溫度變化所引起的輸出電壓的變化，提高輸出電壓的穩(wěn)定性12。第3章 電子時(shí)鐘電路的仿真3.1使用的兩種仿真軟件的簡(jiǎn)介3.1.1ewb仿真軟件的介紹13隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代集成電路的設(shè)計(jì)和制造向來(lái)微米技術(shù)方向發(fā)展，并且要求系統(tǒng)運(yùn)算速度更快，密度更大，晶片面積使用效率更高，系統(tǒng)功耗更低，這些都加深了設(shè)計(jì)上的難度。而市場(chǎng)和技術(shù)的雙重壓力下，eda（electronic aesign automation）電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化而應(yīng)運(yùn)而生。ewb是一種專用電子電路設(shè)計(jì)、仿真的軟件，該軟

34、件在國(guó)外高校和電子技術(shù)界廣為應(yīng)用，被興譽(yù)為“計(jì)算機(jī)里的電子實(shí)驗(yàn)室”又稱為“電子工作平臺(tái)” ewb（electronic workbench）采用圖形輸入方式，用戶可以輕松地用鼠標(biāo)抓取元件并將它放入原理圖中，智能連線能力使原理圖輸入更加迅速快捷、易學(xué)易用，計(jì)算仿真快速準(zhǔn)確。整個(gè)程序使用各種菜單操作，從創(chuàng)建原理圖，施加信號(hào)源到調(diào)用各種測(cè)試儀器都可直接人屏幕上進(jìn)行。所創(chuàng)建的電路形式和測(cè)試方法都十分貼近實(shí)際電路，非常形象直觀。在ewb的測(cè)試庫(kù)中有多種虛擬儀器可供選用：數(shù)字電壓表，數(shù)字電流表，數(shù)字老老示波器，數(shù)字函數(shù)發(fā)生器，波特圖儀，數(shù)字邏輯分析儀，數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，邏輯轉(zhuǎn)換器等。這些虛擬儀器可隨時(shí)拖放到

35、工作區(qū)對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試，并直接顯示有關(guān)數(shù)據(jù)的波形，發(fā)光二極管可以發(fā)出紅、藍(lán)、綠三種不同顏色的光，保險(xiǎn)絲可以燒毀，蜂鳴器可以發(fā)聲。在ewb的元件庫(kù)中為用戶提供上千種模擬和數(shù)字元件，設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)可隨意調(diào)用。ewb為用戶造就了一個(gè)集成一體化的設(shè)計(jì)試驗(yàn)環(huán)境，原理圖輸入，性能分析和結(jié)果輸出可在一個(gè)集成菜單系統(tǒng)中全部完成。該軟件分析數(shù)字電路很方便。3.1.2proteus軟件的介紹14proteus(海神)的isis是一款labcenter出品的電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和ic，并支持單片機(jī)，元件庫(kù)齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。proteus主要由isis和ares兩部分組成

36、，isis的主要功能是原理圖設(shè)計(jì)及與電路原理圖的交互仿真，ares主要用于印制電路板的設(shè)計(jì)。該軟件的特點(diǎn)： 全部滿足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、rs-232動(dòng)態(tài)仿真、c調(diào)試器、spi調(diào)試器、鍵盤和lcd系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。 目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、avr系列、pic12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列以及各種外圍芯片。 支持大量的存儲(chǔ)器和外圍芯片?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和spice分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大 ，可仿真51、avr、pic。 3.2 各單元電路的仿真3.2.1計(jì)數(shù)單元秒和