多功能數(shù)字鐘的設計

1、1佳木斯大學信息電子技術(shù)學院2011 級專業(yè)綜合實訓報告題目： 多功能數(shù)字時鐘多功能數(shù)字時鐘姓姓 名：名： 于旺于旺班班 級：級：電氣工程及其自動化二電氣工程及其自動化二班班學學 號：號： 11100740127指導教師：指導教師：劉云鵬劉云鵬2摘 要多功能數(shù)字鐘采用數(shù)字電路實現(xiàn)對“時”、 “分”、 “秒”數(shù)字顯示的計時裝置。具有時間顯示、鬧鐘設置、報時功能、校正作用。走時準確、顯示直觀、精度、穩(wěn)定等優(yōu)點。電路裝置十分小巧,安裝使用也方便。同時在日期中，它以其小巧，價格低廉，走時精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費的喜愛。數(shù)字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

2、和時序電路。目前，數(shù)字鐘的功能越來越強，并且有多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。從有利于學習的角度考慮，這里主要介紹以中小規(guī)模集成電路設計數(shù)字鐘的方法。經(jīng)過了數(shù)字電路設計這門課程的系統(tǒng)學習，特別經(jīng)過了關(guān)于組合邏輯電路與時序邏輯電路部分的學習，我們已經(jīng)具備了設計小規(guī)模集成電路的能力，借由本次設計的機會，充分將所學的知識運用到實際中去。本次課程設計要求設計一個數(shù)字鐘，基本要求為數(shù)字鐘的時間周期為 24 小時，數(shù)字鐘顯示時、分、秒，數(shù)字鐘的時間基準一秒對應現(xiàn)實生活中的時鐘的一秒。供擴展的方面涉及到定時自動報警、按時自動打鈴、定時廣播、定時啟閉路燈等。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非常現(xiàn)實的意義。

3、關(guān)鍵字關(guān)鍵字： 晶體振蕩器，分頻器，計數(shù)器，顯示器和校時電路。31. 引言引言20 世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、集成電路有體積小、功耗小、功能多、攜帶方便等優(yōu)點， ，因此在許多電子設備中被廣泛使用

4、。電子鐘是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫挠嫊r工具，而數(shù)字式電子鐘又有其體積小、重量輕、走時準確、結(jié)構(gòu)簡單、耗電量少等優(yōu)點而在生活中被廣泛應用，因此本次設計就用數(shù)字集成電路和一些簡單的邏輯門電路來設計一個數(shù)字式電子鐘，使其完成時間及星期的顯示功能。本次設計以數(shù)字電子為主，分別對 1S 時鐘信號源、秒計時顯示、分計時顯示、小時計時顯示、整點報時及校時電路進行設計，然后將它們組合，來完成時、分、秒的顯示并且有整點報時和走時校準的功能。并通過本次設計加深對數(shù)字電子技術(shù)的理解以及更熟練使用計數(shù)器、觸發(fā)器和各種邏輯門電路的能力。電路主要使用集成計數(shù)器、譯碼集成電路、LED數(shù)碼管及各種門電路和基本的觸發(fā)器等，電路使用

5、 5 號電池共電，很適合在日常生活中使用。由于本人能力有限，在設計中難免會出現(xiàn)錯誤與不足，希望老師給予批評并提出寶貴意見。在高度發(fā)達信息化的 21 世紀，人們總是那么忙碌.時間對我們來說總是那么寶貴，在我們的日常工作、學習、生活中，時間概念愈加顯得重要。生活工作中班車要準點，上班要準時，開會要有時間限制；工業(yè)生產(chǎn)中，每一道工序都要有嚴格的時間限制，這樣才能做到井井有條；嚴謹?shù)目萍佳芯恐?，時間更是重中之重。能夠準確的了解并且實時性的知道時間，是我們學習、工作、生活中不可或缺的。機械式鐘表雖然也可以告知人們時間，也可以定時，顯示日歷。但是由于受到機械結(jié)構(gòu)、動力和體積的限制，在功能、性能以及造價上都

6、沒辦法與電子時鐘相比。電子鐘是采用電子電路實現(xiàn)對時、分、秒進行數(shù)字顯示的計時裝置，4廣泛應用于個人家庭，室外廣場，汽車站和火車站等公共場所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵纺夸?. 引言引言.62. 設計要求及目的設計要求及目的.72.1 設計要求.72.2 設計目的.72.3 設計指標.72.3.1 基本功能.72.3.2 擴展功能.73 主體電路的設計主體電路的設計.83.1 數(shù)字鐘的構(gòu)成.83.2 數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖.83.2.1 振蕩器的設計.83.2.2分頻器的設計.93.3.1.1 時分秒計數(shù)器的設計.113.3.1.2 校時電路的設計.123.3.1.3 主體電路的裝調(diào).1

7、34. 功能擴展電路的設計功能擴展電路的設計.154.1 定時控制電路的設計.154.2 仿廣播電臺正點報時電路的設計.154.3 報整點時數(shù)電路的設計.174.4 觸摸報整點時數(shù)電路的設計.195 電路仿真調(diào)試電路仿真調(diào)試.195.1 實驗過程中遇到的問題及解決方法.195.1.1 面包板和芯片的測試.195.1.2 時間計數(shù)電路的連接與測試.195.1.3 校正電路.1956 總結(jié)總結(jié).206.1 心得體會.20 參考文獻.21. 附錄附錄.21元器件列表.212. 設計要求及目的設計要求及目的2.1 設計要求設計要求 本課題是設計一個多功能數(shù)字鐘，以數(shù)字形式顯示時，分，秒的時間，要求有手

8、動校時分秒的基本功能，以及定時控制，仿廣播電臺正點報時，自動整點報時或觸摸報整點時數(shù)的擴展功能。2.2 設計目設計目的的數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字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序電路 。因此，我們此次設計與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學會制作數(shù)字鐘.而且通過數(shù)字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法.且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路.通過它可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的

9、原理與使用方法。2.3 設計指標設計指標2.3.1 基本功能1.準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間 2.小時的計時要求為“12 翻 1”，分和秒的計時要求為 60 進位 3.校正時間 62.3.2 擴展功能1.定時控制 2.仿廣播電臺正點報時 3.報整點時數(shù) 4.觸摸報整點時數(shù)3 主體電路的設計主體電路的設計3.1 數(shù)字鐘的構(gòu)成數(shù)字鐘的構(gòu)成 數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。3.2 數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成

10、框圖數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖 圖1 數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成方框圖主體電路是由功能部件或單元電路組成的。在設計這些電路或選擇部件時，盡量選用同類型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成電路或都采用CMOS集成電路。整個系統(tǒng)所用的器件種類應盡可能少。下面介紹各功能部件與單元電路的設計。 主 體 電 路 擴 展 電 路 時顯示器 時譯碼器 時計數(shù)器 分顯示器 分譯碼器 分計數(shù)器 校時電路 振蕩器 分頻器 秒顯示器 秒譯碼器 秒計數(shù)器 定時控制 仿電臺報時 報整點時數(shù) 觸摸整點報時 1s 73.2.1 振蕩器的設計振蕩器（英文：oscillator）是用來產(chǎn)生重復電子訊號（通常是正弦波或方波）的電子元件

11、。其構(gòu)成的電路叫振蕩電路。能將直流電轉(zhuǎn)換為具有一定頻率交流電信號輸出的電子電路或裝置。種類很多，按振蕩激勵方式可分為自激振蕩器、他激振蕩器；按電路結(jié)構(gòu)可分為阻容振蕩器、電感電容振蕩器、晶體振蕩器、音叉振蕩器等；按輸出波形可分為正弦波、方波、鋸齒波等振蕩器。廣泛用于電子工業(yè)、醫(yī)療、科學研究等方面。振蕩器（英文：振蕩器（英文：oscillatoroscillator）是一種能量轉(zhuǎn)換裝置將直流電能轉(zhuǎn)換為具有一定頻率的交流電能。其構(gòu)成的電路叫振蕩電路。低頻振蕩器低頻振蕩器（low-frequencylow-frequency oscillatoroscillator，或稱，或稱 LFOLFO）是指產(chǎn)生

12、頻率在 0.1 赫茲到 10赫茲之間交流訊號的振蕩器。這個詞通常用在音訊合成中，用來區(qū)別其他的音訊振蕩器音訊振蕩器。振蕩器主要可以分成兩種：諧波振蕩器（諧波振蕩器（harmonicharmonic oscillatoroscillator）與弛張振蕩器弛張振蕩器（relaxationrelaxation oscillatoroscillator）。能將直流電轉(zhuǎn)換為具有一定頻率交流電信號輸出的電子電路或裝置。種類很多，按振蕩激勵方式可分為自激振蕩器、他激振蕩器；按電路結(jié)構(gòu)可分為阻容振蕩器、電感電容振蕩器、晶體振蕩器、音叉振蕩器等；按輸出波形可分為正弦波、方波、鋸齒波等振蕩器。廣泛用于電子工業(yè)、醫(yī)

13、療、科學研究等方面。 主要適用于各大中院校、醫(yī)療、石油化工、衛(wèi)生防疫、環(huán)境監(jiān)測等科研部門作生物、生化、細胞、菌種等各種液態(tài)、固態(tài)化合物的振蕩培養(yǎng)。自激多諧振蕩器也叫無穩(wěn)態(tài)電路.兩管的集電極各有一個電容分別接到另一管子的基極，起到交流耦合作用,形成正反饋電路，當接通電源的瞬間,某個管子先通，另一只管子截止,這時，導通管子的集電集有輸出,集電極的電容將脈沖信號耦合到另一只管子的基極使另一只管子導通.這時原來導通的管子截止.這樣兩只管子輪流導通和截止，就產(chǎn)生了震蕩電流。由于器件不可能參數(shù)完全一致,因此在上電的瞬間兩個三極管的狀態(tài)就發(fā)生了變化，這個變化由于正反饋的作用越來越強烈,導致到達一個暫穩(wěn)態(tài).暫

14、穩(wěn)態(tài)期間另一個三極管經(jīng)電容逐步充電后導通或者截止，狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn),到達另一個暫穩(wěn)態(tài).這樣周而復始形成振蕩。振蕩器是數(shù)字鐘的核心。石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率調(diào)整。它還具有壓電效應，在晶 體某一方向加一電場，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機械振動，有了機械振動，就會在相應的垂直面上產(chǎn)生電場，從而使機械振動和電場互為因果，這種循環(huán)過程一直持續(xù)到晶體的機械強度限制時，才達到最后穩(wěn)定，這種壓電諧的頻率即為晶體振蕩器的固有頻率 如果精度要求不高，可采用集成電路555定時器與RC組成的多諧振蕩器。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。一般來

15、說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高8。 圖 2 晶體振蕩器電路 如果精度要求不高也可以采用由集成邏輯門與 RC 組成的時鐘源振蕩器或由集成電路定時器 555 與 RC 組成的多諧振蕩器。這里設振蕩頻率 fo =1kHz，電路參數(shù)如圖 3 所示： C2 0.01F C1 0.1F R2 5.1k RP 10k R1 2k 5V 8 4 1 5 7 6 2 555 3 vo 1ms 1 1 vo RF 22M JT 32768Hz R 150k C2 20pF C1 3/22pF 如圖 2 所示為電子手表集成電路（如 5C702）中的晶體振蕩器電路，常取晶振的頻率為 32768Hz，因其內(nèi)部有 1

16、5 級 2 分頻集成電路，所以輸出端正好可得到1Hz 的標準脈沖 9圖 3 555 振蕩器電路3.2.2分頻器的設計提供功能擴展電路所需要的信號，如仿電臺報時用的1kHz的高音頻信號和500Hz的低音頻信號等。3.3 8421 碼制碼制,5421 碼制碼制 表用四位二進制碼的十六種組合作為代碼，取其中十種組合來表示0-9這十個數(shù)字符號。通常，把用四位二進制數(shù)碼來表示一位十進制數(shù)稱為二-十進制編碼，也叫做BCD碼，見表1。 表 1 8421 碼制和 5421 碼制10圖 4 分頻器設計電路3.3.1 分頻器的具體工作原理分頻器的具體工作原理 從電路結(jié)構(gòu)來看，分頻器本質(zhì)上是由電容器和電感線圈構(gòu)成的

17、 LC 濾波網(wǎng)絡，高音通道是高通濾波器，它只讓高頻信號通過而阻止低頻信號；低音通道正好相反，它只讓低音通過而阻止高頻信號；中音通道則是一個帶通濾波器，除了一低一高兩個分頻點之間的頻率可以通過，高頻成份和低頻成份 分頻器原理都將被阻止。在實際的分頻器中，有時為了平衡高、低音單元之間的靈敏度差異，還要加入衰減電阻；另外，有些分頻器中還加入了由電阻、電容構(gòu)成的阻抗補償網(wǎng)絡，其目的是使音箱的阻抗曲線心理平坦一些，以便于功放驅(qū)動。位于功率放大器之后，設置在音箱內(nèi)，通過 LC 濾波網(wǎng)絡，將功率放大器輸出的功率音頻信號分為低音，中音和高音，分別送至各自揚聲器。連接簡單，使用方便，但消耗功率，出現(xiàn)音頻谷點，產(chǎn)

18、生交叉失真，它的參數(shù)與揚聲器阻抗有的直接關(guān)系，而揚聲器的阻抗又是頻率的函數(shù)，與標稱值偏離較大，因此誤差也較大，不利于調(diào)整。將音頻弱信號進行分頻的設備，位于功率放大器前，分頻后再用各自獨立的功率放大器，把每一個音頻頻段信號給予放大，然后分別送到相應的揚聲器單元。因電流較小故可用較小功率的電子有源濾波器實現(xiàn)，調(diào)整較容易，減少功率損耗，及揚聲器單元之間的干擾。使得信號損失小，音質(zhì)好。但此方式每路要用獨立的功率放大器，成本高，電路結(jié)構(gòu)復雜，運用于專業(yè)擴聲系統(tǒng)二、分頻器與功率的分配構(gòu)成音箱的高、低音單元,各自的標稱功率是不一樣的，而在實際節(jié)目信號的功率譜中，高頻、低頻信號的比例也是不一樣的，因此將各種信

19、號統(tǒng)計平均后，就得到了圖 1 所示的模11擬信號功率譜.將圖 1 的功率譜進行計算，就得到了圖 2 所示的功率分配曲線.在選擇分頻點時，一定要考慮功率的分配問題,使高音單元留有一定的余量。圖 2 表示 20Hz20kHz 的總功率規(guī)一化為 100%，把 20Hz 至某頻率 f 所占功率為總功率的百分數(shù)，應用舉例如下。如分頻點為 2?5kHz 的二分頻系統(tǒng)，由圖 2 的橫座標 2?5kHz 到曲線相交，從縱座標讀出百分數(shù)，則 20Hz2.5kHz 的功率比例為 87%，2?5kHz20kHz 的功率比例為 13%。當總功率為100W 時，則低音功率 W 低=10087%=87W，高音功率 W 高

20、=10013%=13W。使用上面的功率分配關(guān)系時，還請注意揚聲器單元的功率標準。一般產(chǎn)品標注是額定最大正弦功率(RMS)，而有的制造廠為了商業(yè)目的，,標注峰值功率或稱為音樂功率，但數(shù)值一般卻是 RMS 功率的 24 倍。三、分頻方式的選擇分頻方式雖然有 6dB/oct 型、18dB/oct 型、3dB 降落點交叉型及 12dB/oct 型、6dB 降落點交叉型等數(shù)種，但綜合考慮它們的優(yōu)缺點，建議使用 12dB/oct 型。四、分頻網(wǎng)絡設計分頻網(wǎng)絡時，如把負載單元加入 RC 阻抗補償電路，作為恒阻抗進行設計，這樣當然是最好，但筆者查閱大量書刊資料后，發(fā)現(xiàn) RC 阻抗補償電路的計算方法有多種,而得

21、出的RC 值也不相同，讓人不易選擇，只好按頻點電阻法來進行設計。首先，用圖 3 所示電路連接，測出高、低音單元在分頻點處的阻值(注意不要用單元標稱阻抗代替，否則誤差會很大，然后進行右上表中的計算和按圖將 LC 元件連接,即告初步制作完成。高、低音單元的靈敏度不平衡，可用電阻衰減調(diào)節(jié)(1997 年電子報第 15 期有專門文章介紹)，制作時建議使用優(yōu)質(zhì)聚丙烯電容，優(yōu)化設計空芯電感，將元件用熱熔膠固定在印制板上，電感可用棉線或塑料扎扣帶加強固定，用搭棚焊的方法連接，做成高、低音通道各自獨立的分線分音方式。五、調(diào)試方法根據(jù)聲壓級平方反比定律,點聲源在自由空間中,距離增加一倍,聲壓級衰減 6dB.利用這

22、一定律,就可以進行下面的實際操作.把音箱體和揚聲器單元裝好,不接分頻器,用雨果金碟測試信號,按正常的放音方式,用固定音量 23W,重復播放分頻點處頻率 f,用圖 4 自制的簡易聲壓測試儀,在 2m 處測試聲壓,調(diào)節(jié)話筒音量電位器使數(shù)字萬用表讀數(shù),為一容易記憶的整數(shù),記下備用.然后,接入分頻器低通網(wǎng)絡,將聲壓計放在 1m 處,測試讀數(shù)與上次應相同,否則,按讀數(shù)大(小)增大(減小)電容量,直到讀數(shù)相同(這時分頻點頻率 f 衰減 6dB).然后,將信號重新直接輸入低音單元,將測試信號調(diào)節(jié)成高于分頻點頻率 f 的倍頻程信號,用聲壓計在 4m 處測試聲壓,記下讀數(shù)備用.最后,接入分頻器低通網(wǎng)絡,將聲壓計

23、放在 1m 處,讀數(shù)與上次相同,否則,稍加微調(diào)(這時倍頻程頻率 f衰減 12dB),這樣,低音網(wǎng)絡就調(diào)試完畢.高音網(wǎng)絡重復以上操作步驟,調(diào)節(jié)電感,注意第二步輸入低于分頻點頻率 f 的倍頻程信號.這樣,一套高質(zhì)量的分頻器就制作和調(diào)試完成.。 分頻器的功能主要有兩個:一是產(chǎn)生標準秒脈沖信號;二是提供功能擴展電路所需的信號,如圖 4 所示，仿電臺報時用的 1kHz 的高音頻信號和 500Hz 的低音頻信號等.選用 3 片中規(guī)模 集成電路計數(shù)器 74LS90 可完成上述功能.因每片為 1/10 分頻,3 片級聯(lián)則可獲得所需要的頻率信號,即第一片的 Q0 端的輸出頻率為 500Hz,第二片的 Q3 端輸

24、出的是 10Hz,第三片的 Q312端輸出為 1Hz.3.3.1.1 時分秒計數(shù)器的設計 分和秒計數(shù)器都是模數(shù) M=60 的計數(shù)器，其計數(shù)規(guī)律為 0001585900選74LS92 作為十位計數(shù)器，74LS90 作為個位計數(shù)器，再將他們級聯(lián)組成模數(shù) M=60 的計數(shù)器。 圖 5 分秒計數(shù)器邏輯電路圖13時計數(shù)器是一個“12 翻 1”的特殊進制計數(shù)器，即當數(shù)字鐘運行到 12 時 59 分 59 秒，秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖時，數(shù)字鐘應自動顯示為 01 時 00 分 00 秒，實現(xiàn)日常生活中習慣常用的計時規(guī)律。選用 74LS191 和 74LS74。圖 6 時計數(shù)器邏輯電路圖3.3.1.2

25、校時電路的設計 當數(shù)字鐘接通電源或者計數(shù)出現(xiàn)誤差時，需要校正時間。校時是數(shù)字鐘應具備的基本功能。一般電子手表都具有時，分，秒等校時功能。為了使電路簡單，這里只進行分和小時的校時。如圖 7 所示為校時電路邏輯圖。14對校時電路的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)。校時方式有“快校時”和“慢校時”兩種， “快校時”是通過開關(guān)控制，使計數(shù)器對 1Hz 的校時脈沖計數(shù)。 “慢校時”是用手動產(chǎn)生單脈沖作為校時脈沖。圖 8 示電路為?！皶r”，?！胺帧彪娐?。其中 S1 為校“分”用的控制開關(guān)，S2 為?！皶r”用的控制開關(guān)，他們的控制功能如圖表示。校時脈沖采用分頻器

26、輸出的 1Hz 脈沖，當 S1 或 S2 分別為“0”時可以進行快校時。如果校時脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供，則可以進行慢校時。需要注意的是，校時電路是由與非們構(gòu)成的組合邏輯電路，開 S1 或 S2 為“1”或“0”時，可能會產(chǎn)生抖動，接電容 C1，C2 可緩解抖動。所以實際使用時，一般會接一個 RS 觸發(fā)器，將其改為去抖動開關(guān)電路。 圖 7 校時電路邏輯圖 圖. 1.2.2 校時開 3.3.1.3 主體電路的裝調(diào) 根據(jù)數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖，按照信號的流向分級安裝，逐級級聯(lián)，這里的每一級是指組成數(shù)字鐘的各功能電路。 級聯(lián)時如果出現(xiàn)時序配合不同步，或尖峰脈沖干擾，引起邏輯錯亂，則可以增加多級S1 S2

27、 功能功能1 11 00 1計數(shù)校分校時圖 8 校時開關(guān)的功能15邏輯門來延時。如果顯示字符變化很快，模糊不清，這可能是電源電流的跳變引起的，則可在集成電路期間的電源端 Vcc 加退耦濾波電容。通常用幾十個微法的大電容與 0.01F 的小電容相并聯(lián)作為退耦濾波電路。 畫數(shù)字鐘的主體邏輯電路圖。經(jīng)過級聯(lián)并糾正設計方案中的錯誤不不足之處后，再測試電路的邏輯功能是否滿足設計要求。最后畫出滿足設計要求的總體邏輯電路圖，如果因為實驗器材有限，則其中秒計數(shù)器的個位和時計數(shù)器的十位可采用發(fā)光二極管指示，因而可以省去 2 片譯碼器賀 2 片數(shù)碼顯示器。 數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，可以由許多中小規(guī)模

28、集成電路組成，所以可以分成許多獨立的電路。由石英晶體振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器和校時電路組成，石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)結(jié)果通過時、分、秒譯碼器顯示時間。其中以校正電路代替時間計數(shù)電路中的時、分、秒之間的進位，當校時電路處于正常輸入信號時，時間計數(shù)電路正常計時，但當分校正時，其不會產(chǎn)生向時進位，而分與時的校位是分開的，而校正電路也是一個獨立的電路。 電路的信號輸入由晶振電路產(chǎn)生，并輸入圖 9 數(shù)字鐘主體電路邏輯圖16各電路。整個數(shù)字鐘主體電路邏輯如圖 9 所示。4. 功能擴展電路的設計功能擴展電路的設計4.1 定時控制電路的設計定時控制

29、電路的設計 數(shù)字鐘在指定的時刻發(fā)出信號，或驅(qū)動音響電路“鬧時”（這里用可用指示燈來代替音響電路） ；或?qū)δ逞b置的電源進行接通或斷開“控制”。不管是鬧還是控制，都要求時間準確，即信號的開始時刻與持續(xù)時間必須滿足規(guī)定的要求。 例如 要求 6 時 59 分發(fā)出鬧鐘信號，持續(xù)時間為 1 分鐘這是對應數(shù)字中的時個位計數(shù)器的狀態(tài)=0110，分十位計數(shù)器的狀態(tài)為10123)(HQQQQ=0101,分個位計數(shù)器的狀態(tài)為=1001。若將上述技術(shù)其輸出為 120123)(MQQQQ10123)(MQQQQ的所有輸出端經(jīng)過與門電路去控制指示燈，可以使指示燈正好在 6 點 59 分亮，持續(xù) 1 分鐘后熄滅，所以鬧時控

30、制信號 Z 的表達式為 Z=103202112)()(MMHQQQQQQ （ 圖 10 定時電路示意圖4.2 仿廣播電臺正點報時電路的設計仿廣播電臺正點報時電路的設計仿廣播電臺正電報時的電路的設計要求是：每當數(shù)字鐘計時塊要到正點時發(fā)出聲響，通常按照 4 低音 1 高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時刻為正點時刻。 仿廣播電臺正點報時的電路如圖 11 所示。這里采用的都是 TTL 與非門，如果用其他器件，則報時電路還會簡單一些。 17圖 設 4 聲低音（約 500Hz）分別發(fā)生在 59 分 51 秒，53 秒，55秒和 57 秒，最后一聲高音（約 1KHz）發(fā)生在 59 分 59 秒，

31、它們的持續(xù)時間均為 1 秒。如表2 所示CP/sQ3s1Q2s1Q1s1Q0s1功能500000510001鳴低音520010停530011鳴低音540100停550101鳴低音560110停570111鳴低音581000停591001鳴高音001010停表 2 秒個位計數(shù)器的狀態(tài)4.3 報整點時數(shù)電路的設計報整點時數(shù)電路的設計報整點時數(shù)電路的功能是：每當數(shù)字鐘計時到整點時發(fā)出聲音，且?guī)c響幾聲。實現(xiàn)這圖 11 仿電臺報時電路18一功能的電路主要由以下幾個部分組成。 減法計數(shù)器 完成幾點響幾聲的功能。即從小時計數(shù)器的整點開始進行減法計數(shù)，直到零為止。減法計數(shù)器選用 74LS191 組成，各控制

32、端的作用如下為置數(shù)端。當=0 時將小數(shù)計數(shù)器的輸出經(jīng)數(shù)據(jù)輸出端的數(shù)據(jù)置入LDLD3210DDDD為溢出負脈沖輸入端，當減計數(shù)到 0 時， 輸出一個負脈沖RCRC為加/減控制器。=1 時減法計數(shù)DU /DU /為減法計數(shù)脈沖，兼作音響電路的控制脈沖 編碼器 將小時計數(shù)器的 5 個輸出端 Q4，Q3，Q2，Q1，Q0 按照“12 翻 1”的編碼要求轉(zhuǎn)換為減法計數(shù)器的 4 個輸入端 D3，D2，D1，D0 所需要的 BCD 碼。編碼器的真值表如表 3 所示分進分進位脈位脈沖沖小時計數(shù)器輸出小時計數(shù)器輸出減法計數(shù)器輸入減法計數(shù)器輸入CPQ4Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0100001000120001

33、000103000110011400100010050010101016001100110700111011180100010009010011001101000010101110011101112101001100表 3 編碼器的真值表19 邏輯控制電路 控制減法計數(shù)器的清零和置數(shù)。控制音響電路的輸入信號。 根據(jù)以上要求，采用了如圖 12 所示的報時整點時數(shù)的電路。其中編碼器時由與非門實現(xiàn)的組合邏輯電路，其輸出的邏輯表達式由 5 變量的卡諾圖可得。4.4 觸摸報整點時數(shù)電路的設計觸摸報整點時數(shù)電路的設計 在有些場合（如夜間） ，不便于直接看顯示時間，希望數(shù)字鐘有觸摸報時功能。即觸摸數(shù)字鐘的某

34、端，能夠報當時的整點時數(shù)。 根據(jù)功能要求，不難設想在圖 9 所示的電路基礎上，增加一些觸發(fā)脈沖控制電路，或?qū)⒆詣訄髸r改為觸摸報時電路即可。產(chǎn)生觸摸控制脈沖的電路有單次脈沖產(chǎn)生器，555 集成 LD CP 分十位 減計數(shù) RC N 0 Q2M2 圖 12 報整點時數(shù)的電路圖 13 各點的波形20電路定時器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等。5 電路仿真調(diào)試電路仿真調(diào)試5.1 實驗過程中遇到的問題及解決方法實驗過程中遇到的問題及解決方法5.1.1 面包板和芯片的測試 測試面包板各觸點是否接通；有時電路不通的原因是因芯片引腳接觸不良而造成的，因此，確認芯片是否接觸良好是非常重要的。5.1.2 時間計數(shù)電路的連接與測試

35、 六進制、十進制都沒有什么大的問題，只是芯片引腳的問題，只要重新插過芯片就可以解決了。但在六十進制時，按圖接線后發(fā)現(xiàn)，顯示器上的數(shù)字總是 100 進制的，而不是六十進制，檢測后發(fā)現(xiàn)無論是線路的連通還是芯片的接觸都沒有問題。最后，在重對連線時發(fā)現(xiàn)是線路接錯引腳造成的，改過之后，顯示就正常了。5.1.3 校正電路 因引腳接錯而造成錯誤，所以校正電路是完全按照仿真圖所連的，在測試時，開始進行時校時時，沒有出現(xiàn)問題，但當進行到分校時時，發(fā)現(xiàn)計數(shù)電路的秒電路開始亂跳出錯。因此，電路一定是有地方出錯了，在反復對照后，發(fā)現(xiàn)是因為在接入校正電路時忘了把秒十位和分個位之間的連線拿掉而造成的，因此，在接線時一定要注意把多余的線拿掉。6 總結(jié)總結(jié)6.1 心得體會心得體會20 世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地