數(shù)字鐘的設(shè)計與實現(xiàn)的格式

1、目 錄一. 概述1 二. 設(shè)計要求和任務(wù)1 三. 設(shè)計原理及方框圖1四. 各部分電路的設(shè)計及實現(xiàn)2 五. 總體電路圖設(shè)計6 六. 安裝與調(diào)試6 七. 主要實驗器材8 八. 收獲與體會9 九. 參考文獻(xiàn)9數(shù)字鐘電路的設(shè)計一、 概述數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?，給人們的生活，學(xué)習(xí)，工作帶來極大的方便。本文介紹的數(shù)字鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示時、分、秒的裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時準(zhǔn)確，性能穩(wěn)定，顯示直觀，無機(jī)械傳動裝置等特點。此外，本數(shù)字鐘還具有整電報時、定時響鬧功能。二、 設(shè)計要求和任務(wù)1、設(shè)計的數(shù)字鐘以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間，小時計時為“12翻1” 。 2、當(dāng)電路出現(xiàn)

2、走時誤差時，電路具有校時功能。要求手動快校時、快校分或慢校時、慢校分。3、要求電路具有整點報時功能，報時聲響為四低一高，最后一響正好為整點。 4、要求電路具有定時響鬧功能。三、 設(shè)計原理及方框圖數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的1kHZ 時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。構(gòu)成方框圖如下： 圖1由圖可見：本數(shù)字鐘電路主要由震蕩器、分頻器、校時電路、時分秒計數(shù)器、譯碼顯示器及整點報時電路、定時控制電路構(gòu)成。它們的工作原理是：由震蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖信號作為數(shù)字鐘的時間基準(zhǔn)，再經(jīng)過分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)“秒脈沖

3、”送入秒計數(shù)器，秒計數(shù)器采用60進(jìn)制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號作為分計數(shù)器的脈沖信號，分計數(shù)器也采用60進(jìn)制計數(shù)器，每累計60分鐘發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到時計數(shù)器，時計數(shù)器采用12進(jìn)制計數(shù)器。譯碼顯示電路將時、分、秒計數(shù)器的輸出狀態(tài)送到七段譯碼顯示器，通過六位LED 七段顯示器顯示出來。校時電路用來對時、分顯示數(shù)字進(jìn)行調(diào)整；整點報時電路則根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號，然后去觸發(fā)音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時；定時控制電路由指定時刻發(fā)出的信號，驅(qū)動音響電路。四、 各部分電路的設(shè)計及實現(xiàn)1震蕩器電路震蕩器電路是數(shù)字鐘的核心，主要用來產(chǎn)生時間標(biāo)準(zhǔn)信號，數(shù)字鐘的精度，

4、主要取決于時間標(biāo)準(zhǔn)信號的頻率及穩(wěn)定度。一般來說，震蕩器的頻率越高，計時精度越高。通常采用石英晶體震蕩器經(jīng)過分頻得到這一信號，也可采用由門電路或555定時器構(gòu)成的多諧震蕩器作為時間標(biāo)準(zhǔn)信號源。本設(shè)計方案采用的是集成電路定時器555與RC 組成的多諧震蕩器，如下圖所示： 圖2接通電源后，電容C1被充電，Vc1上升，當(dāng)Vc1上升到2/3Vcc時，觸發(fā)器被復(fù)位，同時放電BJTT 導(dǎo)通，此時Vo 為低電平，電容C1通過R 和T 放電，使Vc1下降。當(dāng)Vc1下降到1/3Vcc時，觸發(fā)器又被復(fù)位，Vo 翻轉(zhuǎn)為高電平，電容C1放電所需要的時間為：t1=RC1ln2=0.7RC1當(dāng)C1放電結(jié)束是，T 截止，Vc

5、c 將通過R1，R2向電容器C1沖電，Vcc 由1/3Vcc 上升到2/3Vcc所需要的時間為：t2=(R1+R2C1ln2=0.7(R1+R2C1當(dāng)Vc 上升到2/3Vcc是，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)。如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為：f=1/(t1=t2=1.43/(R1+R2C1 這里設(shè)震蕩頻率f=1KHz。2分頻器的設(shè)計由于震蕩器輸出的頻率很高，所以需一定級數(shù)的分頻電路。本設(shè)計方案中的分頻器主要功能有兩個：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)“秒”信號，二是提供整點報時電路所需要的1KHz 的高音信號和500Hz 的低音信號。這里選用三片中規(guī)模集成電路計數(shù)器74LS90即可滿足上述功能，因三片級

6、聯(lián)則可獲得所需頻率信號，即第一片的Q0輸出頻率為500Hz ，第二片的Q3輸出頻率為10Hz ，第三片的Q3輸出頻率為1Hz 。具體電路圖見總圖部分。v o3計數(shù)器的設(shè)計有了時間標(biāo)準(zhǔn)“秒”信號后，就可以根據(jù)設(shè)計要求設(shè)定時、分、秒計數(shù)器：分和秒計數(shù)器都采用60進(jìn)制計數(shù)器，計數(shù)規(guī)律均為00，01，02-58，59，00，01-，因此個位均選用十進(jìn)制計數(shù)器74LS90，十位均選用十二分頻計數(shù)器74LS92，再將它們級聯(lián)則可組成60進(jìn)制計數(shù)器。十進(jìn)制計數(shù)器是一個“12翻1”的特殊計數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字鐘運行到12時59分59秒時，秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖，數(shù)字鐘自動顯示為01時00分00秒，實現(xiàn)日常生

7、活規(guī)律，所以時個位選用一片四位二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器74LS191，十位選用雙上升沿D 觸發(fā)器74LS74，再加上適當(dāng)?shù)呐c非門和異或門級聯(lián)則可滿足要求。具體電路圖見總圖部分。4譯碼顯示電路譯碼和數(shù)碼顯示電路是將數(shù)字鐘和計時狀態(tài)直觀清晰地放映出來，被人們的視覺器官所接受，它的任務(wù)就是將計數(shù)器輸出的8421BCD 碼譯成數(shù)碼器顯示所需要的高低電平。這里所選用的譯碼器就是常用的BCD 譯碼/驅(qū)動器74LS48，其中A1、A2、A3、A4與計數(shù)器的四個輸出端按設(shè)計要求相連或接地，a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 則與七段數(shù)碼顯示器對應(yīng)端相連。具體電路圖見總圖部分。 5校時電路校時電路是在剛接通電源

8、或鐘表走時出現(xiàn)誤差時進(jìn)行時間校準(zhǔn)，本電路只對分和秒進(jìn)行校準(zhǔn)。校時電路要求各種校準(zhǔn)必須互不影響，即在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正是不影響小時和秒的正常計數(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”是手動產(chǎn)生單脈沖作為校時脈沖。具體電路如下圖所示：其中S1為?！胺帧庇玫目刂崎_關(guān)，S2為校“時”用的控制開關(guān)，校時脈沖采用分頻器輸出的1Hz 脈沖，當(dāng)S1或S2分別為“0”時可進(jìn)行“快校時”。如果校時脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供，則可進(jìn)行“慢校時” 圖36整點報時電路整點報時電路的功能是要求每當(dāng)數(shù)字鐘計時到整點（或快到整點）時

9、發(fā)出音響，通常按照四聲低音一聲高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時刻為整點時刻。設(shè)四聲低音（約500Hz ）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒、57秒，最后一聲高音（約1KHz ）發(fā)生在59秒，它們的持續(xù)時間為1s 。由此可見，報時時分和秒個位計數(shù)器的狀態(tài)是不變的為59分，秒十位計數(shù)器的狀態(tài)為:（QdQcQbQa ）ds2=0101亦不變，只有秒個位計數(shù)器Qds1的狀態(tài)可用來控制1KHz 和500Hz 的音頻。下表列出了秒計數(shù)器的狀態(tài)： 由表可得：當(dāng) Q3S1=“0”時為500Hz 輸入音響；當(dāng)Q 3S1=“1”時1KHz 輸入音響。由此可設(shè)計如下電路圖： 分十位分個位秒個位Q圖

10、4只有當(dāng)分十位的Q 2M2Q 0M2=11,分個位的Q 3M1Q 0M1=11,秒十位的Q 2S2Q 0S2=11，秒個位的Q 0S1=1時音響電路才能工作7定時控制電路有時需要數(shù)字鐘在規(guī)定的時刻發(fā)出信號并驅(qū)動音響電路進(jìn)行“鬧時”，這就要求時間準(zhǔn)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。如要求上午7時59分發(fā)出鬧時信號，持續(xù)時間為1分鐘。 因為7時59分對應(yīng)數(shù)字鐘的時個位計數(shù)器的狀態(tài)為(Q3Q 2Q 1Q 0 H1=0111，分十位計數(shù)器的狀態(tài)為(Q3Q 2Q 1Q 0 M2=0101，分個位計數(shù)器的狀態(tài)為(Q3Q 2Q 1Q 0 M1=1001。若將上述計數(shù)器輸出為“1”的所有輸出端

11、經(jīng)過與門電路去控制音響電路，可以使音響電路正好在7點59分響，持續(xù)1分鐘后（即8點時）停響。所以鬧時控制信號Z 的表達(dá)式為：式中，M 為上午的信號輸出，要求M=1。如果用與非門實現(xiàn)上式所表示的邏輯功能，則可以將Z 進(jìn)行布爾代數(shù)變換，即實現(xiàn)上式的邏輯電路如圖所示，其中74LS20為4輸入二與非門，74LS03為集電極開路（OC 門）的四-2輸入與非門。M 103M 202H 1012 Q (Q Q (QM Q Q (QZ =M Q (Q Q (Q Q Q (QZ M103M202H1012= 圖5由圖可見上午7點59分時, 音響電路的晶體管導(dǎo)通, 則揚聲器發(fā)出1kHz 的聲音。持續(xù)1分鐘到8點整

12、晶體管因輸入端為“0”而截止, 電路停鬧。五、總體電路圖設(shè)計根據(jù)設(shè)計原理方框圖將各部分電路連接起來則構(gòu)成了總體電路圖，如下頁圖所示：六、安裝與調(diào)試由數(shù)字鐘系統(tǒng)的原理方框圖按照信號的流向分級安裝，逐級級聯(lián)，級聯(lián)時如果出現(xiàn)時序配合不同步，或尖峰脈沖干擾，引起邏輯混亂，可以增加多級邏輯門來延時。如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端Vcc 加退耦濾波電容，通常用幾十微法的大電容與0.01m F 的小電容相并聯(lián)。經(jīng)過聯(lián)調(diào)并糾正設(shè)計方案中的錯誤和不足之處后，再測試電路的邏輯功能是否滿足設(shè)計要求。七、主要實驗器材四-2輸入與非門 74LS00 4片； 四-

13、2輸入與非門（OC ） 74LS03 2片； 雙四輸入與非門 74LS20 2片； BCD-七段顯示譯碼器 74LS48 6片； 雙上升沿D 觸發(fā)器 74LS74 1片； 十進(jìn)制計數(shù)器 74LS90 5片； 十二分頻計數(shù)器 74LS92 2片；四位二進(jìn)制可逆計數(shù)器 74LS191 1片； 數(shù)碼顯示器 BS202 6個； 集成電路定時器 555 1片。 計數(shù)顯示及校時電路 分十位分個位1kHz 秒個位Q整點報時電路 鬧時電路八、收獲與體會“電子技術(shù)課程設(shè)計”是電子技術(shù)課程的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對我學(xué)習(xí)電子技術(shù)的綜合性訓(xùn)練。我是專生本過來的學(xué)生, 在我以前的學(xué)校我們根本就沒有這樣的課, 所以我非常珍

14、惜這次做課程設(shè)計的機(jī)會.我做的是數(shù)字鐘的設(shè)計，然而，要完成一個課題的設(shè)計要涉及到許多方面的知識。通過上網(wǎng)查詢和查閱相關(guān)書籍資料，讓我知道了大量關(guān)于數(shù)字鐘設(shè)計的知識，同時又重新將從前學(xué)過的知識復(fù)習(xí)了一遍，做到對各個集成塊的引腳功能和工作原理都很清晰。從而讓我更深一步掌握了時序邏輯電路的功能，學(xué)會了做課程設(shè)計的一般步驟。首先我制定出自己的設(shè)計方案，其次詳細(xì)設(shè)計每一部分的電路，最后再根據(jù)原理方框圖連接電路。這不僅培養(yǎng)了我獨立分析和解決實際問題的能力，同時也為以后的電路設(shè)計打好了基礎(chǔ)。在這次的設(shè)計中，讓我認(rèn)識到自己在學(xué)習(xí)理論知識中的不足。 在這次的設(shè)計中，讓我認(rèn)識到自己在學(xué)習(xí)理論知識中的不足。特別是 555 定時器那塊知識，我學(xué)的不太好，張宇華張老師教我們的數(shù)字電路， 定時器那塊知識，我學(xué)的不太好，張宇華張老師教我們的數(shù)字電路，他講的很 塊知識 我真后悔沒下大功夫?qū)W。所以在以后的學(xué)習(xí)中我會吸取這次的教訓(xùn)， 好，我真后悔沒下大功夫?qū)W。所以在以后的學(xué)習(xí)中我會吸取這次的教訓(xùn)，認(rèn)真 對待每一個知識點,腳踏實地的去學(xué)習(xí),多向老師和同學(xué)請教. 對待每一個知識點 , 腳踏實地的去學(xué)習(xí) , 多向老師和同學(xué)請教 . 在此次設(shè)計中我 非常感謝鐘老師,張老師及其它給予我?guī)椭睦?/p>