多功能數(shù)字鐘的電路設計(共11頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上多功能數(shù)字鐘的電路設計目錄： 1、 設計題目二、設計任務和要求 三、電路原理分析與程序設計四、元器件五、仿真圖六、心得體會 七、參考文獻資料 八、實物圖1、 題目：多功能數(shù)字鐘的電路設計二、設計任務與要求1）時鐘顯示功能，能夠以十進制顯示“時”、“分”、“秒”。2）具有校準時、分的功能。3）整點自動報時，在整點時，便自動發(fā)出鳴叫聲，時長1s。選做：1）鬧鐘功能，可按設定的時間鬧時。2）日歷顯示功能。將時間的顯示增加“年”、“月”、“日”。三，電路原理分析與程序設計1數(shù)字鐘的構成數(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

2、（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成數(shù)字鐘。一個具有計時、校時、報時、顯示等基本功能的數(shù)字鐘主要由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時電路、報時電路等七部分組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器得到秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)結果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器譯碼，并通過顯示器顯示時間。數(shù)字鐘的整機邏輯框圖如下：1)555秒脈沖發(fā)生電路與晶振秒脈沖發(fā)生電路的比較 555與RC組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率 f=1kHz的方波信號，則可設計出相應的電路，其中RP可微調(diào)振蕩器的輸出頻率f。555由電

3、阻分壓器、電壓比較器、基本R-S觸發(fā)器、放電三極管和輸出緩沖器5部分組成。要產(chǎn)生秒脈沖既可以采用555脈沖發(fā)生電路也可以采用晶振脈沖發(fā)生電路。但是相比二者的穩(wěn)定性，晶振電路比555電路能夠產(chǎn)生更加穩(wěn)定的脈沖，所以最后決定采用晶振脈沖發(fā)生電路。石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準確、電路結構簡單、頻率易調(diào)整，它是電子鐘的核心，用它產(chǎn)生標準頻率信號，再由分頻器分成秒時間脈沖。晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768z的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。2)分頻器電路 時間標準信號的頻率很高，要得到秒脈沖，需要分頻電路。

4、分頻器電路將32768z的高頻方波信號經(jīng)32768（）次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計數(shù)器進行計數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。3)時間計數(shù)器電路 整個計數(shù)器電路由秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器串接而成。秒計數(shù)器和分計數(shù)器各自由一個十進制計數(shù)器和一個六進制計數(shù)器串接組成，形成兩個六十進制計數(shù)器。時計數(shù)器可由兩個十進制計數(shù)器串接并通過反饋接成二十四制計數(shù)器。這次的試驗我取用了74390芯片，它的邏輯電路圖如圖： 引腳圖： 4)譯碼驅動電路 譯碼驅動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。譯碼器由六片74LS48組成，74LS48驅動

5、器是與8421BCD編碼計數(shù)器配合用的7段譯碼驅動器。一片74LS48驅動一只數(shù)碼，74LS48是集電極開路輸出，為了限制數(shù)碼管的導通電流，在72LS48的輸出與數(shù)碼管的輸入端之間均應串有限流電阻。74LS48的引腳圖為：5)數(shù)碼管 數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管，本設計提供的為數(shù)碼管。用七段發(fā)光數(shù)碼管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，發(fā)光數(shù)碼管有兩種：共陽極或共陰極。74LS48驅動器是高電平輸出，采用共陰極數(shù)碼管。數(shù)碼管的引腳如圖：6）校時電路剛接通電源或走時不準時，都需要進行時間校準。實現(xiàn)校時電路的方法有很多，采用基本R-S觸發(fā)器構成單脈沖發(fā)生器是其中的一種，其中采用

6、74LS00和74LS04芯片，它們的引腳如圖：總的電路如圖： 校時電路2，數(shù)字鐘的工作原理：1）秒脈沖晶體振蕩器 晶體振蕩器是構成數(shù)字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準確及穩(wěn)定。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準確。晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數(shù)字鐘電路而設計，其頻率較低，有利于減少分頻器級數(shù)。從有關手冊中，可查得C1、C2均為20pF。當要求頻率準確度和穩(wěn)定度更高時，還可接入校正電容并采取溫度補償措施。由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為22M。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較

7、高，為了得到z的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進行分頻。通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路，一般采用多級進制計數(shù)器來實現(xiàn)。例如，將z的振蕩信號分頻為Z的分頻倍數(shù)為（），即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當于極進制計數(shù)器。常用的進制計數(shù)器有LS74等。本實驗中采用CD4060來構成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。計數(shù)為級進制計數(shù)器，可以將Z的信號分頻為Z。 CD4060秒脈沖振蕩發(fā)生器2）時間計數(shù)單元 時間計數(shù)單元有時計數(shù)、分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個部分。時計數(shù)單元一般為24進制計數(shù)器計數(shù)器，其輸出為兩位碼形式；分計數(shù)和秒計

8、數(shù)單元為進制計數(shù)器，其輸出也為碼。一般采用10進制計數(shù)器74HC390來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。為減少器件使用數(shù)量，可選，其內(nèi)部邏輯框圖如圖所示。該器件為雙異步計數(shù)器，并且每一計數(shù)器均提供一個異步清零端（高電平有效）。 74HC390(1/2)內(nèi)部邏輯框圖 秒個位計數(shù)單元為進制計數(shù)器，無需進制轉換，只需將與（下降沿有效）相連即可。（下降沒效）與Z秒輸入信號相連，可作為向上的進位信號與十位計數(shù)單元的相連。秒十位計數(shù)單元為進制計數(shù)器，需要進制轉換。將進制計數(shù)器轉換為進制計數(shù)器的電路連接方法如圖所示，其中可作為向上的進位信號與分個位的計數(shù)單元的相連。 10進制6進制計數(shù)器轉換電路 分個位和分十位

9、計數(shù)單元電路結構分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相同，只不過分個位計數(shù)單元的作為向上的進位信號應與分十位計數(shù)單元的相連，分十位計數(shù)單元的作為向上的進位信號應與時個位計數(shù)單元的相連。 時個位計數(shù)單元電路結構仍與秒或個位計數(shù)單元相同，但是要求，整個時計數(shù)單元應為24進制計數(shù)器，不是的整數(shù)倍，因此需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能進行24進制轉換。利用片實現(xiàn)24進制計數(shù)功能的電路。3）譯碼驅動及顯示單元 計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用74LS48作為顯示譯碼電路，選用LED數(shù)碼管作為顯示

10、單元電路。4）校時電源電路 當重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進行校正。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或將頻率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉入正常計時狀態(tài)即可。 根據(jù)要求，數(shù)字鐘應具有分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。如圖所示為校時電路， 校正電路5）整點報時電路 一般時鐘都應具備整點報時電路功能，即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會自動報時，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，較復雜的也可以是實時語音提示。根據(jù)要求，

11、電路應在整點前1秒鐘內(nèi)開始整點報時，即當時間在59分59秒時，報時電路報時控制信號。報時電路選74HC30，選蜂鳴器為電聲器件。四、元器件 5V電源，電路板 1塊，跳線若干，共陰數(shù)碼管 1個，100電阻 42個，3.3K電阻 2個，22M電阻 1個，20PF電容 2個，0.01uF 1個，32.768k時鐘晶體 1個，蜂鳴器 1個，CD4060 1個，74LS74 1個，74LS30 1個，74LS48 6個，74LS390 3個，74LS00 3個，74LS08 1個，74LS04 1個，開關 2個。五、仿真圖 由于所用的仿真器所限制，有的元件并不能被利用，所以秒脈沖和校時信號都用了波形發(fā)生器代替了。 六、設計體會通過這次對數(shù)字鐘的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于數(shù)字鐘的原理與設計理念，要設計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。但是最后做出來的并不是與仿真時一樣的，這還需要自己去做出一些調(diào)整。因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。此外，實際的元器件的引腳與仿真器中的是不同的。所以，在設計時應考慮兩者的差異，從中找出最適合的設計方法，尤其要注意在電路板上的布局。通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了