電子數(shù)字時鐘設(shè)計(共39頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（數(shù)字鐘電路設(shè)計）學生姓名:牛偉軍專業(yè):機電一體化班級：07325班指導教師:高功臣 河南·南陽前言數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時、分、秒數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用,使得數(shù)字鐘的精度,遠遠超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等

2、，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非常現(xiàn)實的意義。本設(shè)計主要講述數(shù)字鐘的設(shè)計過程，主要介紹數(shù)字鐘電路的基礎(chǔ)知識和基本功能電路，其中內(nèi)容主要包括電路設(shè)計思想、電路設(shè)計基本單元以及電路設(shè)計過程。電路設(shè)計過程包括六部分的設(shè)計，振蕩電路設(shè)計、分頻電路設(shè)計、“時、分、秒”計數(shù)器電路設(shè)計、譯碼器顯示電路設(shè)計、校時電路設(shè)計、整點報時電路的設(shè)計。本設(shè)計在內(nèi)容上突出基本理論、基本概念和基本分析方法，回避了煩瑣的內(nèi)容分析和數(shù)學推導。 由于數(shù)字鐘在各行各業(yè)得到極為高度的關(guān)注和越來越廣泛的應用，使我對它也產(chǎn)生了濃厚的興趣，剛好借助于畢業(yè)課程設(shè)計我想動手去做一做，去揭開它那神秘的面

3、紗。 雖然，電子是我所學的專業(yè)，但我對其一些集成電路還是不了解的，我對它的認識還需要從零開始，但是我不會害怕，我相信經(jīng)過我的努力我會很親近的認識它、了解它、熟悉它。 當然個人水平有限，認識上不免有所欠缺和片面，懇請老師和讀者給予指正。IntroductiveA digital clock is realized using digital circuit, minutes and seconds digital display timer, widely used in individual family, station, wharf and public places such as of

4、fice, as people daily life necessities, due to the development of digital IC quartz crystal oscillator and extensive application of the digital clock, precision, far more than old clocks and watches for production of digital life brought great convenience, and greatly expanded the clock chime of the

5、 original function. Automatic alarm, such as timing on automatic rung, automatic control, regular radio program, be closed-circuit lamp, timer switch oven, hige power equipment, even all the electrical automatic timing etc, all these, opening is based on digital watches. Therefore, the digital clock

6、 and expand their application.This design is mainly about digital clock, mainly introduce the design process of the digital clock circuit basic knowledge and basic function circuit, which mainly includes the circuit design thoughts, the circuit design is the basic unit and circuit design process. Ci

7、rcuit design process, including six parts of the oscillating circuit design, the design of frequency circuit design, "when, minutes and seconds" counter decoder circuit design, display circuit design, the school when the circuit design, working on the design of the circuit. This design in

8、the content on the basic theories, basic concept and basic analysis method, avoid troublesome content analysis .Due to the digital clock in industries have extremely high attention and more and more extensive application in it, I also have a strong interest in graduate course design, just by doing I

9、 wanted to do, to uncover its mysteries.Although, electronic is my major, but some of its integrated circuit for me, I still don't understand the knowledge of it still needs from scratch, but I won't be afraid, I believe that through my effort I know it is very thick, understand it, familiar

10、 with it.Of course the individual, understanding and one-sided score unavoidable, please give teachers and readers.目錄第一章 概論4第一節(jié) 數(shù)字鐘電路設(shè)計的意義、現(xiàn)狀及要求 4第二節(jié) 設(shè)計思想與方案論證 5第三節(jié) 系統(tǒng)工作原理說明 6第二章 選用硬件單元介紹7第一節(jié) 集成電路CD4060簡介7第二節(jié) LLT集成電路74LS74簡介 8第三節(jié) 集成電路CD4518簡介13第四節(jié) LED發(fā)光二級管顯示器簡介 15第五節(jié) 集成電路CD4511簡介17第三章 組成電路設(shè)計介紹21第一節(jié)

11、振蕩電路設(shè)計21 第二節(jié) 分頻電路設(shè)計22第三節(jié) 時、分、秒計數(shù)電路設(shè)計23第四節(jié) 譯碼顯示電路設(shè)計25第五節(jié) 校時電路計25第六節(jié) 整點報時電路設(shè)計27第四章 系統(tǒng)原理說明與調(diào)試28 第一節(jié) 原理圖及原理介紹 28第二節(jié) 安裝與調(diào)試31附錄電路器材選用列表32結(jié)論與結(jié)束語33第一章 概論本篇概述數(shù)字鐘有關(guān)的一些基本知識，為對數(shù)字鐘電路的設(shè)計作一個基礎(chǔ)。首先簡要說明數(shù)字鐘設(shè)計的意義、要求及本設(shè)計的設(shè)計思想等，然后簡述數(shù)字鐘的硬件功能；接著講述數(shù)字鐘組成電路設(shè)計以及基本組成單元器件的選擇與參數(shù)設(shè)置要求，最后講述系統(tǒng)的安裝與維護要求及注意事項。第一節(jié) 數(shù)字鐘電路設(shè)計的意義、現(xiàn)狀及要求11：課題背景

12、及目的 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(lǐng)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。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。例如，許多火災都是由于人們一時忘記了關(guān)閉煤氣或是忘記充電時間。尤其在醫(yī)院，每次護士都會給病人作皮試，測試病人是否對藥物過敏。注射后，一般等待5分鐘，一旦超時，所作的皮試試驗就會無效。手表當然是一個好的選擇，但

13、是，隨著接受皮試的人數(shù)增加，到底是哪個人的皮試到時間卻難以判斷。所以，要制作一個定時系統(tǒng)。隨時提醒這些容易忘記時間的人。 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、定時啟閉電路、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備，甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非常現(xiàn)實的意義。1.2：國內(nèi)外發(fā)展情況: 在數(shù)字鐘方面,西方發(fā)達國家的產(chǎn)品一開始比國內(nèi)的品種要早，其性能也較國內(nèi)良好。所謂每樣東西都有其發(fā)展的原因及發(fā)展過程,過去人們沒有鐘表人們根據(jù)太陽的位置來判

14、斷時間。伴隨著工業(yè)革命開始與發(fā)展，人們需要更精確的時間來規(guī)范自己的日常生活，隨后人們發(fā)明了機械表，機械表給人們了精確的時間觀念，但伴隨著電子的發(fā)展，第一部電子表誕生以及日本對電子表研究使其在人們的生活中變的越來越來普及，越來越受到人們歡迎與喜愛，因為它更加的美觀給人們帶來更多的方便。國內(nèi)的電子產(chǎn)品發(fā)展相對晚些，但伴隨著改革開放的發(fā)展，我們國家的電子產(chǎn)品也有了比較快的發(fā)展，在數(shù)字鐘方面發(fā)展就非常的快，很快就以價格便宜外表美觀占據(jù)了國內(nèi)市場并出口到很多國家?，F(xiàn)在鐘表的數(shù)字化給人們的生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。1.3：論文構(gòu)成及實現(xiàn)功能:數(shù)字鐘一般有六部分組成包括秒信號

15、發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼器、及顯示器、校時電路、整點報時電路等組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器實現(xiàn)。將標準秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用六十進制計數(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”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用六十進制計數(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”?！皶r計數(shù)器”采用24進制計數(shù)器，可以實現(xiàn)一天對24小時的累計。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過六位LED七段顯示器顯示出來。整點報時電路是根據(jù)計時系統(tǒng)的

16、輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。校時電路是用來對“時”、“分”、“秒”現(xiàn)實數(shù)字進行校對調(diào)整的。從而實現(xiàn)，具有“時”、“分”、“秒”的十進制數(shù)字顯示、具有手動校時、校分的功能、具有自動報時信號的數(shù)字電路。第二節(jié) 設(shè)計思想與方案論證要想構(gòu)成數(shù)字鐘，首先應選擇一個脈沖源能自動地產(chǎn)生穩(wěn)定的標準時間脈沖信號。而脈沖源產(chǎn)生的脈沖信號的頻率較高，因此，需要進行分頻，使高頻脈沖信號變成適合于計時的低頻信號，即“秒脈沖信號”（頻率為1Hz）。經(jīng)過分頻器輸出的秒脈沖信號到計數(shù)器中進行計數(shù)。由于計時的頻率是：60秒=1分，60分=1小時，24小時=1天，這就需要分別設(shè)計60進制，24進制計數(shù)

17、器，并發(fā)出驅(qū)動AM，PM標志信號。各計數(shù)器輸出信號經(jīng)譯碼器到數(shù)字顯示器，使“時”，“分”、“秒”得以數(shù)字顯示出來。 值得注意的是：任何計時裝置都有誤差，因此應考慮校準時間電路。校時電路一般采用自動快速調(diào)整和手動調(diào)整，“自動快速調(diào)整”可利有分頻器輸出的不同頻率的脈沖使顯示時間自動快速調(diào)整時間?！笆謩诱{(diào)整”可利有手動的節(jié)拍調(diào)準顯示時間。數(shù)字鐘一般有六部分組成，其中振蕩器和分頻器組成標準的秒信號發(fā)生器，由不同進制的計數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計時系統(tǒng)。秒信號送入計數(shù)器進行計數(shù)，把累計的結(jié)果以“時”、“分”、“秒”的十進制數(shù)字顯示出來?！皶r”顯示由24進制計數(shù)器、譯碼器和顯示器構(gòu)成，“分”、“秒”顯示分

18、別由60進制計數(shù)器、譯碼器和顯示器構(gòu)成。整點報時電路是根據(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)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。校時電路是用來對“時”、“分”、“秒”現(xiàn)實數(shù)字進行校對調(diào)整的。其原理框圖如圖1-1所示。第三節(jié) 系統(tǒng)工作原理說明 該電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼器、及顯示器、校時電路、整點報時電路等組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器實現(xiàn)。將標準秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用六十進制計數(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”的時鐘脈沖。“分計數(shù)器”也采用六十進制計數(shù)器，每累計

19、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24進制計數(shù)器，可以實現(xiàn)一天對24小時的累計。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過六位LED七段顯示器顯示出來。整點報時電路是根據(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)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。校時電路是用來對“時”、“分”、“秒”現(xiàn)實數(shù)字進行校對調(diào)整的。時顯示器時譯碼器時計數(shù)器分譯碼器分計數(shù)器分顯示器秒顯示器秒譯碼器秒計數(shù)器校時電路分頻器振蕩器整點報時電路電路數(shù)字鐘的原理框圖1第二章 選用硬件單元介紹第一節(jié) 集成電路CD4060簡介1、14位二進制計數(shù)器/分頻器CMOS集成電

20、路CD4060可以得到14分頻信號簡介。CD4060是14位二進制串行計數(shù)器/分頻器，采有DIP16封裝，工作電壓+5V。其引腳如圖2所示。它的內(nèi)部有14級二分頻器，但外部只有十個輸出端，即Q4Q10，Q12Q14，其它四腳沒有引出，因此CD4060只能得到十種分頻系數(shù)，最小值為24，最大為214。CP1，CP0外接晶振，CP0是晶體振蕩輸出端，Cr=1時晶體停振。其引腳如圖2所示2、CD4060真值表如圖所示：輸入輸出功能CrCP1 1×清除0計數(shù)第二節(jié) LLT集成電路74LS74簡介1、74LS74型D觸發(fā)器內(nèi)部組成及功能簡介74LS74型D觸發(fā)器的邏輯圖及其邏輯符號如圖所示74

21、LS74觸發(fā)器內(nèi)部是有6個與非門構(gòu)成的，G2門、G1門組成基本RS觸發(fā)器，G3、G4、G5、G6門作觸發(fā)信號引導門使用。Q和Q為兩個輸出端，D為數(shù)據(jù)輸入端，CP為時鐘脈沖輸入端。RD為直接置0端，SD為直接置1端，在完成置0或置1后，RD，SD端應接高電平或懸空。若令RD =SD =1，則各與非門的輸出表達式為Qn= Qnc Qn= QngC=CP·eg=CP·C·fe=c·ff=D·g（1） 設(shè)D=1CP=0時，c=1、g=1即、G4門關(guān)閉，其輸出為高電平。G1門、G2門輸出保持原狀態(tài)不變。此時其它門的輸出狀態(tài)為f=0，e=1。CP=1（CP

22、上升沿來到）時，由于c=CPe=0，它分三路輸出：其一是送入G2門，使Q=1，Q =0，觸發(fā)器置1；其二是送入G3門，使g=1，G3門關(guān)閉，阻塞了觸發(fā)器置0的可能性；第三路反饋到G6門，是e=1以維持置1信號持續(xù)下去。此時G5 門輸出為f=Dg=11=0，若同時D端信號有變化，G5 門輸出隨之變化，但觸發(fā)器狀態(tài)不變，仍為1狀態(tài)。（2） 設(shè)D=0CP=0時，CP=0使c=1、g=1，G4門、G3門關(guān)閉，G1門、G2門輸出均保持原狀態(tài)不變。此時其它門的輸出狀態(tài)為f=1，e=0。CP=1（CP上升沿來到）時，G=0，G3門分兩路輸出：一路送入G1門使Q =1，Q=0觸發(fā)器置0；另一路反饋到G5 門，

23、使f=1，g=0以維持觸發(fā)器置0狀態(tài)。同時，G6門輸出為e=0，它使G4門關(guān)閉，c=1阻塞了產(chǎn)生置1信號的可能性。當g=0送到G5 門輸入端，D無論怎樣變化都不會再起作用?？梢姡珼觸發(fā)器的基本功能是：當D=1時，在CP脈沖的上升沿來到時觸發(fā)器反轉(zhuǎn)為1；當D=0時，在CP脈沖的上升沿來到時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為0；而在CP=0時，無論D的狀態(tài)如何變化，觸發(fā)器均維持原狀態(tài)不變，從而有效的避免秒了空翻現(xiàn)象。由以上分析可得D觸發(fā)器方程為 Qn+1=D（CP上升沿來到時有效）雙D觸發(fā)器特性表DQn+100112、74LS74集成電路引腳功能及工作原理74LS74集成電路的引腳如圖5所示。其功能見表腳號腳號代碼引腳

24、功能1Rd1復位信號2D1觸發(fā)信號3CP1時鐘信號4Sd1控制5Q1同相位輸出6Q1反相位輸出7GND地8Q2反相位輸出9Q2同相位輸出10Sd2控制11CP2時鐘信號12D2觸發(fā)信號13Dd2復位信號14VCC電源備注：1：該集成塊為14腳封裝2、電源：14腳為+5.003、復位：1腳、13腳4、主要用途：雙D觸發(fā)器74LS74的真值表如圖所示RDSDDCPQn+101××010××11100111100××1功能真值表中的“”表示CP的上升沿時刻，從功能真值表中可以看出，當RD =0 SD =1觸發(fā)器被置“0”。當RD =1 SD

25、 =0時觸發(fā)器被置“1”， RD 、SD 同時為“1”時，觸發(fā)器在P上升沿時刻根據(jù)輸入信號D來確定狀態(tài)。第三節(jié) 集成電路CD4518簡介CD4518是雙BCD碼計數(shù)器其引腳6如圖所示：CD4518是雙BCD碼計數(shù)器，其功能見表輸入輸出CPRENQ0Q1Q2Q3X1X000001加計數(shù)00加計數(shù)10X保持X00保持從表中可以看出CD4518中的每個計數(shù)器包含兩個時鐘輸入端：CP和EN。CP用于上升沿觸發(fā)，要求EN=1；EN用于下降沿觸發(fā)，要求CP=0。R是復位端，且異步復位，高電平有效。CD4518，該IC是一種同步加計數(shù)器，在一個封裝中含有兩個可互換二/十進制計數(shù)器，其功能引腳分別為17和91

26、5。該計數(shù)器是單路系列脈沖輸入（1腳或2腳；9腳或10腳），4路BCD碼信號輸出（3腳6腳；11腳14腳）。從表中看出，CD4518有兩個時鐘輸入端CP和EN，若用時鐘上升沿觸發(fā)，信號由CP輸入，此時EN端應接高電平“1”，若用時鐘下降沿觸發(fā)，信號由EN端輸入，此時CP端應接低電平“0”，不僅如此，清零（又稱復位）端R也應保持低電平“0”，只有滿足了這些條件時，電路才會處于計數(shù)狀態(tài)，若不滿足則IC不工作。第四節(jié) LED發(fā)光二級管顯示器簡介1、LED是發(fā)光二極管顯示器，它是由七段LED筆畫所組成，每段筆畫實際上就是一個用半導體材料做成的發(fā)光二極管（LED）。這種顯示電路通常有兩種接法：一種是將發(fā)

27、光二極管的負極全部一起接地，如圖7所示：即所謂的“共陰極”顯示器，另一種是將發(fā)光二極管的全部正極接地即所謂的“共陽極”顯示器，如圖8所示。對于共陰極顯示器，只要在某個二極管正極加上邏輯1電平，相應的筆畫就發(fā)亮；對于共陰極顯示器，只要在某個二極管正極加上邏輯0電平，相應的筆畫就發(fā)亮。該電路采用共陰極接法。2、共陰極七段LED顯示字型段碼表如圖顯示字符段碼abcdefg0123456789E滅一般數(shù)字系統(tǒng)中處理和運算結(jié)果都是用二進制編碼、BCD碼或其他編碼表示的要將最終結(jié)果通過LED顯示器用十進制數(shù)顯示出來，就需要先用譯碼器將運算結(jié)果轉(zhuǎn)換成段碼，當然，要使發(fā)光二極管發(fā)亮，還需要提供一定的驅(qū)動電流。

28、第五節(jié) 集成電路CD4511簡介1、CD4511簡介：CD4511是一個用于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點如下：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動LED顯示器。CD4511 引 腳 圖9       其功能介紹如下：             BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（

29、消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。            LT：3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。             LE：鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。   &#

30、160;        A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。             a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。          CD4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。圖101. CD4511的引腳 CD4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常

31、以反相器作輸出級，通常用以驅(qū)動LED。其引腳圖如10所示。 各引腳的名稱：其中7、1、2、6分別表示A、B、C、D；5、4、3分別表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分別表示   a、b、c、d、e、f、g。左邊的引腳表示輸入，右邊表示輸出，還有兩個引腳8、16分別表示的是VDD、VSS。 2. CD4511的工作原理 1. CD4511的工作真值表如圖所示 2. 鎖存功能 譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成,傳輸門的導通或截止由控制端LE的電平狀態(tài)決定。 當LE為“0”電平導通，TG2截止；當LE為“1”電平時，TG1截止，TG2導通，此時有鎖存

32、作用。（3）譯碼 CD4511譯碼用兩級或非門擔任，為了簡化線路，先用二輸入端與非門對輸入數(shù) 據(jù)B、C進行組合，得出、四項，然后將輸入的數(shù)據(jù)A、D一起用或 非門譯碼。 （4）消隱 BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使B端輸出為低電平，字形消隱。 消隱輸出J的電平為 J= =（C+B）D+BI如不考慮消隱BI項，便得J=（B+C）D據(jù)上式，當輸入BCD代碼從1010-1111時，J端都為“1”電平，從而使顯示器中的字形消隱。 輸        入輸      &

33、#160; 出 LEBILIDCBAabcdefg顯示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱 01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱 01110110000000消隱 01111000000000消隱 01111010000000消隱 01111100000000消隱 01111

34、11000000消隱 111XXXX鎖       存 鎖存 CD 4511的真值表 8421 BCD 碼對應的顯示見下圖          ：選用共陰極數(shù)碼管，對于 CD4511 ，它與數(shù)碼管的基本連接方式如下圖 ：第三章 組成電路設(shè)計介紹第一節(jié) 振蕩電路設(shè)計秒信號發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和質(zhì)量決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，通常用晶體振蕩器產(chǎn)生的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的脈沖。常用的電路圖如11所示 圖中振蕩器電路由石英晶體、電阻、電容

35、和反相器等元件組成。石英晶體產(chǎn)生的頻率為f0=215Hz=32768Hz。石英晶體頻率門1用于振蕩，門2用于緩沖整形。Rf為反饋電阻10100 M，反饋電阻的作用是為CMOS反相器提供偏置，使其工作于放大狀態(tài)。C1一般采用535pF半可調(diào)電容。C2是溫度特性校正用的電容，一般取20405pF，電容C1、C2與晶體共同構(gòu)成型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制，并提供必要的1800相移。第二節(jié) 分頻電路設(shè)計該電路有石英晶體振蕩器、14位二進制計數(shù)器/分頻器CMOS集成電路CD4060和TTL集成電路74LS74雙D觸發(fā)器組成。該電路由石英晶體振蕩器產(chǎn)生的32768Hz（即215）時標信號，不能直接用來作為

36、數(shù)字鐘計數(shù)的輸入信號，必須將它變?yōu)橹芷跒?s的脈沖信號，因此，還要對時標信號進行15分頻。14位二進制計數(shù)器/分頻器CMOS集成電路CD4060，由它可以得到14分頻信號，經(jīng)過CD4060內(nèi)部14級二分頻器分頻后從CD4060的Q14腳輸出，變?yōu)轭l率為2Hz的巨型波，再將TTL集成電路74LS74雙D觸發(fā)器中的一個觸發(fā)器接成計數(shù)器型，完成15級分頻，即可得到周期為1s的脈沖信號。振蕩器與分頻器連接電路如圖12所示Rf與CD4060反相器組成反向放大器，Rf使反相器偏置在線性放大區(qū)，Rf取10M；C2取30pF；C1取5/30pF半可調(diào)電容，調(diào)節(jié)C1使振蕩頻率達到標準值。第三節(jié) 時、分、秒計數(shù)電

37、路設(shè)計有了秒脈沖信號，則可以按照60S為1min，60min為1h，24h為一天來設(shè)定時、分、秒計數(shù)電路。分和秒計數(shù)器都是模為60的計數(shù)器，采用中規(guī)模集成電路計數(shù)器至少需要兩片?！懊搿眰€位計數(shù)器的時鐘CP信號是由分頻器提供的周期為1s的脈沖信號，“分”個位計數(shù)器的CP信號是有秒計數(shù)器提供的進位信號，“分”計數(shù)器的進位信號送至“時”個位計數(shù)器的CP端。它們的個位是十進制計數(shù)器，而十位則是六進制計數(shù)器，其計數(shù)規(guī)律為0001585900，當計滿60時產(chǎn)生一個進位信號。因此可選用一片雙重BCD加法計數(shù)器CD4518，CD4518的引腳排列圖如圖13所示采用反饋清零的方法實現(xiàn)60進制計數(shù)器，其電路圖如圖

38、14所示時計數(shù)器是24位進制計數(shù)電路，也可選用一片CD4518采用反饋清零的方法實現(xiàn)24進制。其電路圖如圖15所示第四節(jié) 譯碼顯示電路設(shè)計 譯碼顯示電路的功能是將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器輸出的四位二進制代碼翻譯并顯示相應的十進制狀態(tài)。顯示器可用LED或LCD，本電路選用LED進行數(shù)字顯示。通常譯碼器和顯示器是配套使用的，如果選用共陰極發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器BS/202，則譯碼顯示電路可采用CD4511BCD-7段譯碼驅(qū)動器。CD4511輸出與BS201每個發(fā)光二極管之間串接200限流電阻；200限流電阻；R5-R11采用200×7電阻，詳圖見總電路圖。第五節(jié) 校時電路計 校時電路如

39、圖16所示。三個控制開關(guān)S1、S2、S3分別用來實現(xiàn)“時”、“分”“秒”的校準。開關(guān)處于正常位置時，分別接高電平，門3、門6、門8被封鎖，校準信號不能通過三個門，所以“時”、“分”、“秒”計數(shù)器按正常計數(shù)。當按下S1至“校時” 位置時，S1閉和，門3打開，有分頻器CD4060送來0.5s的脈沖信號直接進入“時”計數(shù)器，使小時指示每0.5s計一個字，達到快速校時的目的，同時0.5s的脈沖信號送入“分”計數(shù)器的置0端，使“分”置0。“時”校準后，放開開關(guān)S1當按下開關(guān)S2至“校分”位置時，和“校時”原理一樣，將0.5s的脈沖送入“分” 計數(shù)器的CPA端和“秒”計數(shù)器的置0端,使“分”指示快速計數(shù)，

40、同時將“秒”計數(shù)器置0。“分”校準后，放開開關(guān)S2。“秒”校準開關(guān)控制著一個RS觸發(fā)器的狀態(tài)。當S3處于正常位置時，觸發(fā)器置“1”，Q端輸出底電平,關(guān)閉門8,Q端輸出高電平，使門7打開，“秒”信號正常進入“秒”計數(shù)器，使時鐘正常計時。當按下開關(guān)S3至“校秒”位置，則觸發(fā)器置“0”，Q端輸入低電平，關(guān)閉門7，Q端輸出高電平，打開門8，使0.5s的脈沖信號進入“秒”計數(shù)器，此時，“秒”計數(shù)器快速計時，待“秒”校準后，放開按鍵S3，使其恢復正常位置。電路中與非門選用四2輸入與非門74LS00，非門選用六反相器74LS04。與非門1和4有一個輸入端置于高電平，取R1=R2=2K。74LS74Sd端通過

41、反相器10置“0”，反相器10輸入端則應置“1”為高電平，由R3接至+5V電源，有R3=2 K。第六節(jié) 整點報時電路設(shè)計 整點報時電路如圖17所示。其中包括控制門電路和音響電路。(1)、控制門電路部分 當“分”和“秒”計數(shù)器計倒59min50s時，從59min50s到59min59s之間，只有“秒”個位在計數(shù)，而“秒”的十位，“分”的十位中C=QC4=QA4=QD3=QA3=QC2=QA2=1不變。將它們相“與”，即C=QC4QA4QD3QA3QC2QA2作為控制信號，去控制門15和16。在每小時的最后10s內(nèi)C=1。門15輸入端加有頻率2048Hz的信號B（可取自分頻器CD4060的Q4端）

42、，同時又受QD1和QA1的控制，即C在59s時，QD1 QA1C=1，門16被關(guān)閉，門15打開，B信號通過門15；門16輸入端加有頻率1024Hz的信號A（可取自分頻器CD4060的Q5端），同時又受QD1和QA1的控制，即C在51s、53s、55s、57s時，QD1QA1C=1，門15被關(guān)閉，門16打開，A信號通過門16。則Z= QD1QA1CB+ QD1 QA1CA，即可實現(xiàn)前四響為2048Hz高音，后一響完畢正好整點。電路中與非門選用二4輸入與非門74LS20，非門選用六反響器74LS04。（2）、音響電路部分 該電路選用射極跟隨器，推動揚聲器發(fā)聲。三極管選用高頻小功率管即可。三極管基極

43、串聯(lián)電阻R5=2 K限流電阻，門17輸出高電平時使晶體管處于放大狀態(tài)，是為了防止晶體管飽和導通使揚聲器兩端電壓高、電流過大燒壞揚聲器。三極管選用值為50的3SG4。報時所需的2048Hz和1024Hz音頻信號，分別取自分頻電路。揚聲器選用Y040-1小型外磁電動式8揚聲器，其外形尺寸（mm）：4.0×1.0；最大功率0.5W。第四章 系統(tǒng)原理說明與調(diào)試第一節(jié) 原理圖及原理簡介1、數(shù)字鐘的電路邏輯總圖 根據(jù)以上設(shè)計，可畫出數(shù)字鐘的電路邏輯圖如下圖所示?？傠娐穲D2、數(shù)字鐘工作原理該電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼器、及顯示器、校時電路、整點報時電路等組成。秒信號產(chǎn)生器是

44、整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器實現(xiàn)。石英晶體振蕩器產(chǎn)生32768Mz時標信號經(jīng)CD4060分頻產(chǎn)生2Mz標準在經(jīng)74LS74雙D觸發(fā)器分頻獲得1Mz時標。將標準秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用六十進制計數(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”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用六十進制計數(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24進制計數(shù)器，可以實現(xiàn)一天對24小時的累計。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過六位LED七段顯示器顯示出來。整

45、點報時電路是根據(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)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。當按下S1至“校時” 位置時，S1閉和，門3打開，有分頻器CD4060送來0.5s的脈沖信號直接進入“時”計數(shù)器，使小時指示每0.5s計一個字，達到快速校時的目的，同時0.5s的脈沖信號送入“分”計數(shù)器的置0端，使“分”置0?！皶r”校準后，放開開關(guān)S1。當按下開關(guān)S2至“校分”位置時，和“校時”原理一樣?！懊搿毙书_關(guān)控制著一個RS觸發(fā)器的狀態(tài)。當S3處于正常位置時，觸發(fā)器置“1”，Q端輸出底電平,關(guān)閉門8,Q端輸出高電平，使門7打開，“秒”信號正常進入“秒”計數(shù)器，使時鐘正常計時。當按下開關(guān)S3至“校秒”位置，

46、則觸發(fā)器置“0”，Q端輸入低電平，關(guān)閉門7，Q端輸出高電平，打開門8，使0.5s的脈沖信號進入“秒”計數(shù)器，此時，“秒”計數(shù)器快速計時，待“秒”校準后，放開按鍵S3，使其恢復正常位置。校時電路是用來對“時”、“分”、“秒”現(xiàn)實數(shù)字進行校對調(diào)整的。當“分”和“秒”計數(shù)器計倒59min50s時，從59min50s到59min59s之間，只有“秒”個位在計數(shù)，而“秒”的十位，“分”的十位中C=QC4=QA4=QD3=QA3=QC2=QA2=1不變。將它們相“與”，即C=QC4QA4QD3QA3QC2QA2作為控制信號，去控制門15和16。在每小時的最后10s內(nèi)C=1。門15輸入端加有頻率2048Hz的信號B（可取自分頻器CD4060的Q4端），同時又受QD1和QA1的控制，即C在59s時，QD1 QA1C=1，門16被關(guān)閉，門15打開，B信號通過門15；門16輸入端加有頻率1024Hz的信號A（可取自分頻器CD4060的Q5端），同時又受QD1和QA1的控制，即C在51s、53s、55s、57s時，QD1QA1C=1，門15被關(guān)閉，門16打開，A信號通過門16。則Z= QD1QA1CB+ Q