計時器的發(fā)展與應(yīng)用優(yōu)選材料

1、1 . 引言人類對計時器的應(yīng)用已有幾千年的歷史了， 從遠古的日密和漏壺到現(xiàn)在的時 鐘和秒表，計時器從重量、功能、外觀、應(yīng)用范圍發(fā)生了巨大的變化。本文設(shè)計 了一種多功能計時器，該計時器的整個系統(tǒng)由五部分功能電路組成，為：脈沖發(fā)生 電路，計時電路，校分電路，清零電路和報時電路。本設(shè)計報告對每部分電路的原 理圖，功能描述，工作原理及所用的器件都作了詳細敘述。該系統(tǒng)可以完成的功能 為:00秒到9分59秒的計時功能；能分別在9分53秒,9分55秒和9分57秒發(fā) 三聲低音,并且在9分59秒發(fā)一聲高音；能完成快速校分功能；還有開機清零,并 在任何時候按動清零開關(guān)使系統(tǒng)清零功能。2 .計時器的發(fā)展史2.1 中

2、國計時器的發(fā)展中國是世界上最早發(fā)明計時儀器的國家。 遠古時代的日密和漏壺是我們祖先 創(chuàng)造的最簡單的計時器，利用太陽的影子和滴水或流沙的恒定交流量計算時刻。 有史料記載，漢武帝太初年間（紀元前104-101年）由落下閔創(chuàng)造了我國最早的 表示天體運行的儀器一一渾天儀。東漢時期（公元130年）張衡創(chuàng)造了水運渾天 儀，為世界上最早的以水為動力的觀測天象的機械計時器，是世界機械天文鐘的先驅(qū)。盛唐時代，公元725年張遂（又稱一行）和梁令瓚等人創(chuàng)制了水運渾天銅 儀，它不但能演示天球和日、月的運動，而且立了兩個木人，按時擊鼓，按時打 鐘。第一個機械鐘的靈魂一擒縱器用于計時器。宋朝（公元1092年）蘇頌和韓公廉

3、等創(chuàng)制了著名的水運儀象臺， 它把渾儀、 渾象和機械性計時器都組合在一起，成為世界上第一座以水為動力，裝有擒縱裝 置的自嗚機械天文鐘，但最有價值的還是蘇頌為 水運儀象臺撰寫了詳細設(shè)計 說明編成新儀象法要一書，記載了水運儀象臺的全部結(jié)構(gòu)，并繪制了 60多 輻150多種零部件的附圖，這是世界上第一部圖文并茂的天文計時器專著。明末清初，歐洲的鐘表開始進入宮廷，并逐漸占據(jù)中國市場，帶動了我國 鐘表制造業(yè)的發(fā)展。解放后，人民生活水平不斷提高，國家根據(jù)需要，在制鐘工業(yè)原有基礎(chǔ)上， 先后建立了很多鐘表工業(yè)基地，使鐘表生產(chǎn)迅速發(fā)展。在輕工業(yè)部的領(lǐng)導(dǎo)下，設(shè) 計出了全國擺鐘、鬧鐘、手表、電子鐘、石英鐘的“統(tǒng)一機芯”

4、為滿足市場需要， 鐘表產(chǎn)品不斷創(chuàng)新，花色品種日新月異，使中國成為世界鐘表生產(chǎn)大國，為國民 經(jīng)濟發(fā)展做出了重大貢獻。2.2 西方計時器的發(fā)展西方的計時器也是經(jīng)過水鐘和機械鐘兩個階段。但一直到十三世紀還沒有脫 離水鐘的階段。到十四世紀（約 1370年）在法國著名的亨利德維克創(chuàng)制的鐘 上才采用了比較完備的齒輪系，并用重錘代替水力，經(jīng)過約兩個世紀的漫長時間， 才造出了比較現(xiàn)代的機械時鐘。1583年，著名的意大利物理學(xué)家伽利略在實驗中發(fā)現(xiàn)了 “擺”的等時性， 1656年，荷蘭數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和天文學(xué)家惠更斯繼續(xù)伽利略的理論研究，建 立了數(shù)學(xué)擺的力學(xué)原理，創(chuàng)造了 “擺鐘”理論，開創(chuàng)了精密計時學(xué)的新紀元。1

5、658 年，以“擺”做為鐘表調(diào)速器的惠更斯擺鐘問世，從此，擺鐘就成為座鐘的一個主要形式，目前廣泛使用的就是這種擺鐘。盤簧（發(fā)條）的發(fā)明給時鐘的小型化 創(chuàng)造了條件，而擺的發(fā)明進一步提高了時鐘走時的準(zhǔn)確性， 使擺鐘長期以來被作 為最好的時間標(biāo)準(zhǔn)。1675年，惠更斯又采用擺輪游絲系統(tǒng)造出了一種便于攜帶 的鐘表。也就是現(xiàn)代鬧鐘的前身。隨著自由錨式擒縱器的發(fā)明和懷表的微型化， 十八世紀末由瑞士鐘表匠制成 了世界上第一塊手表。第一只石英鐘出現(xiàn)在二十世紀二十年代，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)在計時領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 并取代

6、機械鐘作了更精 確的時間標(biāo)準(zhǔn)。3 .計時器的組成跟據(jù)計時器的功能特點，具體實現(xiàn)時可劃分為6個子模塊：鍵輸入模塊，時鐘分頻模塊，控制模塊，秒表計時模塊，計時存儲模塊和顯示模塊。各模塊的 功能獨立，可擴充性強，具有再次開發(fā)的潛力。3.1 鍵輸入模塊計時器的輸入控制為按鍵方式，由于手動按鍵，會產(chǎn)生開關(guān)簧片反彈引起的 電平抖動現(xiàn)象，為保證系統(tǒng)能捕捉到輸出脈沖，在每一個開關(guān)后面安排一個消抖 和同步電路，以并保證每按一鍵，只形成一個寬度為系統(tǒng)時鐘周期的脈沖。3.2 時鐘分頻模塊時鐘分頻模塊的功能是將頻率為1000Hz的外部時鐘信號clk進行分頻，從 而產(chǎn)生用來消除抖動的 25Hz的時鐘信號clkl和用于計

7、時器內(nèi)部定時計數(shù)的 100Hz的時鐘信號clk0。由于計時器系統(tǒng)使用的時鐘信號clkl和時鐘信號clk0的有效脈沖寬度均為1ms,則需對分頻產(chǎn)生的信號進行處理3.3 控制模塊控制模塊的功能是用來控制計時模塊的工作。3.4 秒表計時模塊秒表計時模塊用來實現(xiàn)秒表內(nèi)部定時計數(shù)功能。3.5 時間存儲模塊時間存儲模塊的作用是對計時數(shù)據(jù)進行存儲。當(dāng)存儲鍵未按下時，系統(tǒng)將 計時模塊產(chǎn)生的計時值送入存儲模塊進行鎖存同時送給顯示模塊進行顯示；當(dāng)存儲鍵按下時，存儲模塊則不鎖存計時值，而保留按鍵時刻的時間并送給顯示模塊， 實現(xiàn)中途計時的功能。當(dāng)存儲按鍵復(fù)位時，存儲模塊再一次重復(fù)前面的過程，實 現(xiàn)對下一中途時刻進行計

8、時。3.6 顯示譯碼模塊顯示模塊用來顯示計時模塊輸出的即時計時和中途計時結(jié)果。模塊由四個部分構(gòu)成：八進制計數(shù)器 count8 計時位選擇電路、七段顯示譯碼電路和顯示位 選擇譯碼電路。對于計時位選擇電路，由于其輸出端口的計時數(shù)據(jù) q的位數(shù)既有2位的、3 位的還有4位的，而七段顯示譯碼電路的輸入端口接收四位寬度數(shù)據(jù)， 因此在計 時位選擇電路中還需將計時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 4位寬度的數(shù)據(jù)。4 .設(shè)計電路功能總體要求4.1 設(shè)計電路功能的步驟1 .設(shè)計一個脈沖發(fā)生電路為計時器提供秒脈沖為報時電路提供驅(qū)動蜂鳴器的脈沖信號。2 .設(shè)計計時電路完成0分00秒一一9分59秒的計時功能。3 .設(shè)計報時電路使數(shù)字計時器從 9分53秒開始報時，每隔一秒發(fā)一聲，共 發(fā)三聲低音，一聲高音：即9分53秒、9分55秒、9分57秒發(fā)低音（頻率1KH, 9分59秒發(fā)高音（頻率2KH。4 .設(shè)計校分電路在任何時候，撥動校分開關(guān)，可進行快速校分。5 .設(shè)計清零電