課程設(shè)計之?dāng)?shù)字電子鐘的設(shè)計

1、綜述數(shù)字電子鐘是一個將“ 時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”計數(shù)器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。主電路系統(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、整點報時電路組成。本設(shè)計采用晶振電路和分頻電路結(jié)合長生1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒信號。數(shù)字電子鐘采用數(shù)字集成電路，使電子鐘具有走時準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點，數(shù)字電子鐘用于定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播及自動控制等各個領(lǐng)域。1 構(gòu)成和工作原理 構(gòu)成數(shù)字電子鐘由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時電路、報時電路等部分組成。 工作

2、原理數(shù)字鐘是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1Hz）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號經(jīng)過分頻器形成秒脈沖信號，秒脈沖信號輸入計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，并把累計結(jié)果以“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。秒計數(shù)器電路計滿60后觸發(fā)分計數(shù)器電路，分計數(shù)器電路計滿60后觸發(fā)時計數(shù)器電路，當(dāng)計滿24小時后又開始下一輪的循環(huán)計數(shù)。由于在不同地方計時的需要，在電路上加一個校時電路可以對分和時進(jìn)行校時。具有報時功能，當(dāng)時間到達(dá)整點前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次?；具壿嫻δ芸驁D時顯示器分顯示器秒顯示器時譯碼器時計數(shù)器分譯碼器分計數(shù)器秒譯碼器秒計數(shù)器振蕩器分頻器校時電路整點報時電路圖1-1 數(shù)字電子鐘的基本邏輯框圖2

3、 電路設(shè)計下面介紹設(shè)計電路具體方案。數(shù)字電子鐘的設(shè)計分為秒信號發(fā)生器的設(shè)計、時間計數(shù)電路的設(shè)計、譯碼驅(qū)動顯示電路的設(shè)計、整點報時電路的設(shè)計、校時電路的設(shè)計幾個部分。2.1 秒信號發(fā)生器的設(shè)計由石英晶體的阻抗頻率響應(yīng)可知，它的選頻特非常好，有一個極為穩(wěn)定的串聯(lián)諧振頻率，且等效品質(zhì)因數(shù)Q很高。只有頻率為的信號最容易通過，且其他頻率的信號均會被晶體所衰減。2.1.1 采用頻率3276Hz的石英晶體D1、D2是反相器，D1用于振蕩，D2用于緩沖整形。為反饋電阻（10100M），反饋電阻的作用是為CMOS反相器提供偏置，使其工作在放大狀態(tài)。C1是頻率微調(diào)電容，改變C1可對振蕩器頻率作微量調(diào)整，C1一般取

4、535pF。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)，完成對振蕩器頻率的控制，并提供必要的1800相移。最后輸出=32768Hz圖2-1 石英晶體振蕩電路2.1.2 多級分頻電路將32768Hz脈沖信號輸入到CD4060組成的脈沖振蕩的14位二進(jìn)制計數(shù)器，所以從最后一級Q14輸出的脈沖信號頻率為： 32768/16384 = 2Hz 如圖2-2。再經(jīng)過二次分頻，得到1Hz的標(biāo)準(zhǔn)信號脈沖，即秒脈沖如圖2-3。圖2-2 CD4060內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2-3 分頻電路 圖2-4 秒信號發(fā)生電路原理圖2.2 時間計數(shù)電路的設(shè)計秒信號經(jīng)秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器之后

5、，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以及“時”個位、十位的計時輸出信號，然后送至譯碼顯示電路，以便實現(xiàn)用數(shù)字顯示時、分、秒的要求。“秒”和“分”計數(shù)器應(yīng)為六十進(jìn)制，而“時”計數(shù)器應(yīng)為二十四進(jìn)制。采用十進(jìn)制計數(shù)器74LS90來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。個位與十位計數(shù)器均接成十進(jìn)制計數(shù)形式，采用同步級聯(lián)復(fù)位方式。選擇十進(jìn)制的輸出端和個位計數(shù)器的輸出端通過與非門控制兩片計數(shù)器的清零端，當(dāng)計數(shù)器的輸出端狀態(tài)為00100100，立即譯碼反饋清零，實現(xiàn)二十四進(jìn)制遞增計數(shù)；若選擇十位計數(shù)器的輸出端與個位計數(shù)器的輸出端經(jīng)與非門控制兩片計數(shù)器的清零端，當(dāng)計數(shù)器的狀態(tài)為00010010時，立即反饋清零，

6、實現(xiàn)十二進(jìn)制遞增計數(shù)。敲擊Q鍵可實現(xiàn)十二進(jìn)制與二十四進(jìn)制遞增計數(shù)器的轉(zhuǎn)換。圖2-5 74LS90實現(xiàn)的時間計數(shù)單元2.3 譯碼顯示電路采用陰極七段數(shù)碼管將譯碼顯示電路是將計數(shù)器輸出的8421 BCD碼譯成數(shù)碼管顯示所需要的高低電平。譯碼電路就應(yīng)選接與它配套的共陰極七段數(shù)碼驅(qū)動器。譯碼顯示電路采用CD4511BC-7段譯碼驅(qū)動器，其芯片引腳如圖2-6所示。譯碼器A、B、C、D與十進(jìn)制計數(shù)器的四個輸出端相連接，a、b、c、d、e、f、g即為驅(qū)動七段數(shù)碼顯示器的信號。根據(jù)A、B、C、D所得的計數(shù)信號，數(shù)碼管顯示的相對應(yīng)的字型。 圖2-6 CD4511BC芯片引腳圖圖2-7 用CD4511BC芯片實現(xiàn)

7、的譯碼顯示電路2.4 整點報時電路的設(shè)計設(shè)計當(dāng)中要求當(dāng)時間到達(dá)整點前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。即當(dāng)時間達(dá)到xx時59分50秒時蜂鳴器開始響第一次，并持續(xù)一秒鐘，然后停鳴一秒，這樣響五次。利用與非門的相與功能，而已把分十位的QC 、QA ,分個位的QD、QA，秒十位的QC、QA 和秒個位的QA相“與非”作為控制信號控制與非門的開斷，從而控制蜂鳴器的響和停。本設(shè)計中采用74LS00與非門構(gòu)成整點報時電路，如圖2-8所示。圖2-8 用74LS00與非門實現(xiàn)的整點報時電路時鐘出現(xiàn)誤差時，需校準(zhǔn)，這個時候分四個步驟：把小時計數(shù)器置到所需的數(shù)字；將分計數(shù)器置到所需數(shù)；將秒計數(shù)器在零時停計數(shù)，

8、處于等待啟動；當(dāng)選定的標(biāo)準(zhǔn)時刻到達(dá)的瞬間，按起動按鈕，電路則從所預(yù)置時間開始計數(shù)。校時電路的設(shè)計如圖2-9所示：圖2-9 數(shù)字電子鐘的校時電路3 心得體會在大二的期末我們做了數(shù)字電子課程設(shè)計，我設(shè)計的是數(shù)字電子鐘，這是一次很重要的實踐活動，在設(shè)計過程中不僅鍛煉了我積極思考的好習(xí)慣，而且培養(yǎng)了我一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實的態(tài)度，踏踏實實的精神。為了讓自己的設(shè)計能夠很完善，我在設(shè)計過程中翻閱了大量的書籍，與自己的想法相集合，形成了自己的理論。在設(shè)計過程中，需要掌握一些必要的辦公軟件和畫圖軟件，這對我們提高個人能力有很大的幫助。自己認(rèn)真的對待了這次課程設(shè)計，使我受益匪淺。由于系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計相對合理，功能

9、電路實現(xiàn)較好，系統(tǒng)性能優(yōu)良、穩(wěn)定，較好地達(dá)到了題目要求的各項指標(biāo)。數(shù)字電子鐘的設(shè)計用到了大學(xué)數(shù)電課中學(xué)到的很多器件，包括有：譯碼器、觸發(fā)器、計數(shù)器、顯示器、基本的邏輯門、復(fù)合邏輯門等。通過此次課程設(shè)計的制作，進(jìn)一步加深并鞏固了我數(shù)字電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，與此同時我也了解到，扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識是多么的重要，平時我們開展的實驗也是需要我們加以重視的。第一次撰寫說明書，開始了解了畢業(yè)論文的寫作規(guī)范，為我以后撰寫畢業(yè)設(shè)計論文或以后設(shè)計創(chuàng)新打下了一定的基礎(chǔ)。我通過一些設(shè)計實習(xí)過程中失敗的例子，學(xué)會了總結(jié)經(jīng)驗，反思學(xué)習(xí)。最后要感謝指導(dǎo)老師曹媛老師的指導(dǎo)幫助。參考文獻(xiàn)1 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.第五版.北京:高等教育出版社,2006.2 張國軍,馬玉芳,樸中華.電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書M.遼寧：電工與電子技術(shù)實驗中心，2011.3 童詩白, 華成英.模擬電子技術(shù)基