24小時制多功能電子鐘設(shè)計與仿真

1、武漢學院畢業(yè)設(shè)計設(shè)計題目：24小時制多功能電子鐘設(shè)計與仿真名 許立磊號 071203123電子信息科學與技術(shù)指導(dǎo)教師何雄濤2011年5月26日27目錄II111233335561010161718181922232426摘要Abstract第一章緒論1.1數(shù)字電子鐘的背景1.2數(shù)字電子鐘的意義1.3數(shù)字電子鐘的應(yīng)用第二章整體設(shè)計方案2.1設(shè)計要求2.2系統(tǒng)框圖2.3設(shè)計過程第三章系統(tǒng)仿真Multisim 9 軟件介紹Multisim 9 仿真第四章電路原理分析4.1數(shù)字鐘的構(gòu)成4.2校時功能的實現(xiàn)4.3報時的實現(xiàn)第五章電路仿真與設(shè)計5.1所需芯片及芯片管腳圖5.2時、分、秒顯示電路模塊設(shè)計5.

2、3校時電路模塊設(shè)計5.4報時電路模塊設(shè)計5.5綜合電路參考文獻致謝 摘要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 到了社會的各個領(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， 時也使得現(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?，F(xiàn)代生活的人們越來越重視起了時間觀念， 可以說時間和金錢劃上了等號。對于 那些對時間把握非常嚴格和準確的人或事來說，時間的不準確會帶來非常大的麻煩， 所以以數(shù)碼管為顯示器的時鐘比指針式的時鐘表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢。數(shù)碼管顯示的時間簡單明了而且讀數(shù)快、時間準確顯示到秒。而機械式的依賴于晶體震蕩器，可能會 導(dǎo)致誤差?！繑?shù)字

3、鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時、分、秒進行數(shù)字顯示的計時裝置。數(shù)字 鐘的精度、穩(wěn)定度遠遠超過老式機械鐘。在這次設(shè)計中，我們采用LED數(shù)碼管顯示時、 分、秒，以24小時計時方式，根據(jù)數(shù)碼管動態(tài)顯示原理來進行顯示，用12MHZ勺晶振產(chǎn)生振蕩脈沖，定時器計數(shù)。在此次設(shè)計中，電路具有顯示時間的其本功能，還可 以實現(xiàn)對時間的調(diào)整。數(shù)字鐘因其小巧，價格低廉，走時精度高，使用方便，功能多， 便于集成化而受廣大消費的喜愛，因此得到了廣泛的使用】。關(guān)鍵字：數(shù)字電子鐘集成電路AbstractIn the late 20th cen tury, electr onic tech no logy gained rapid

4、devel opment in the pro motio n of moder n electr onics into almost all areas of society, a stro ng imp etus to the devel opment of social p roductive forces and social impro veme nt in the level of in formati on, but also the moder n electr onic p roduct p erforma nee further in crease the p ace of

5、 p roduct rep laceme nt and fast.There is a grow ing emp hasis on moder n life from the time the concept of time and money can be said to mark the equal sig n. For those who take the time and things are very strict and p recise, time is not exactly bring a very big trouble, so the digital clock to d

6、is play the clock tha n the poin ter to show a great adva ntage. Digital dis play of time readi ng sim pie and fast, accurate time dis play to the sec ond. The mecha ni cal depend on the crystal oscillator, could lead to errors.Digital Clock is a digital circuit on the hour, m inu te, sec ond digita

7、l dis play of the timi ng device. Digital clock p recisi on, stability, far more tha n the old mecha ni cal clock. In this desig n, we use LED digital dis play hours, minu tes, sec on ds, 24-hour time mode, accordi ng to digital con trol theory to dyn amic dis play to dis pl ay, using 12MHz crystal

8、oscillatio n pu Ise, the timer coun t. I n this desig n, the circuit has a dis play time of the the fun ctio n can be achieved for the time adjustme nt. Digital clock is its comp act, low cost, travel time and high p recisi on, easy to use, multi-f unction, ease of in tegrati on and loved by the maj

9、ority of con sumers, it has bee n widely used.Keywords: digital electro nic clock in tegrated circuit第一章緒論1.1數(shù)字電子鐘的背景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 到了社會的各個領(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， 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

10、，一時的 耽誤可能釀成大禍。CMO化、目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，趨勢是將進一步向著低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面 是單片機的主要發(fā)展趨勢。單片機應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的 控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。以前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能， 現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。 這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控 制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命【2】。單片機模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、 秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性， 且無機械裝置，具有 更長的使

11、用壽命，因此得到了廣泛的使用。1.2數(shù)字電子鐘的意義數(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钪胁豢缮俚谋匦杵罚捎?數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)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，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(yīng)用，有著非常現(xiàn)實 的意義?！?】 1.3

12、數(shù)字電子鐘的應(yīng)用數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個人家庭以及車站、 碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。 由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領(lǐng)域。第二早整體設(shè)計方案2.1設(shè)計要求用秒脈沖作信號源，構(gòu)成數(shù)字鐘，顯示秒、分、時具有 對時”功能，即時間可以快速預(yù)置具有整點提示功能。一種實現(xiàn)的方法是每到整點時觸發(fā)音樂芯片”或每到整點 前幾秒鐘，發(fā)出如 滴、答、滴、答”聲音信號10 02.2系統(tǒng)框圖瑕討耀S電瓷11冷制計圖2-1數(shù)字鐘設(shè)計系統(tǒng)框

13、圖2.3設(shè)計過程時間顯示模塊電路 可以用3個CD4518作為核心芯片，進行級聯(lián)，再輔以若干 邏輯門，完成進位、置零等功能，CD4518是雙十進制計數(shù)器，有兩個時鐘輸入端， 正好可以滿足進位和校時的功能， 而不會產(chǎn)生干擾，且有一個置零功能，可以組成六 十進制和二十四進制的計數(shù)器。9整點報時模塊電路 用的是555芯片和一塊CD4068芯片組成的電路，555芯片可 以接成多諧振蕩器，提供交變信號使蜂鳴器發(fā)出聲音，而整點報時的控制可以用 CD4068實現(xiàn)，CD4068是8輸入與非門，可以在整點之前輸出脈沖信號， 經(jīng)過由555 芯片組成的多諧振蕩器，為其提供一個信號，這樣由多諧振蕩器輸出端可以使蜂鳴器

14、發(fā)出“嘀、嘀、嘀”的響聲9。秒信號發(fā)生器可以用秒脈沖信號代替?？紤]到開關(guān)抖動現(xiàn)象，校時模塊電路實驗實驗箱上的按鍵開關(guān)，每輸出一個脈 沖信號可以改變分個位和十個位，同時考慮到干擾問題，進位接線和校時接線接在不 同的時鐘輸入端。第三章系統(tǒng)仿真3.1 Multisim 9軟件介紹Multisim 是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以 Windows為基礎(chǔ)的仿真工具,適用于板級的模擬及數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力7其操作主界面如下圖所示:-Jd21戲圍 HA 3電三饋-站電醫(yī)抖戕曳曲Ft_|I-/I團JgJ圍ICeSlLiill

15、- I.VI r f XlDrfsr 、jibT DDeij：（d ： -W, Itidl :斗rgUTSTtUL1廠品-n A：吐IJ _-LL-A*H9*申 ntnt 1 電bt】 Show Conponerit reference IgRow ikodw nmfrsi mBMimiBiHniM “*Q Skow coupon ent v_ij_e = Show coupon ent attr il 口conipontrLt iiefiti fiersn AdjustC olor卅hi te BackgrcunJC ackrex otitl JR1WireCompwith modelCoT

16、ip onen. without modf-l7i匚 pmpQii*S*t at 0*111七| EUHore D訂*ul*OK I 取消I 幫助I圖 3-2 Preferences 對話窗口2、放置元器件在Multisim9中，有3種方法放置元器件：先從元器件工具欄中瀏覽相應(yīng)的元器件庫，找到所需要的元器件。執(zhí)行菜單命令Place 7 Place component，可以瀏覽所有的元器件組。通過元器件查找，找到相應(yīng)的元器件。以取用電阻為例介紹使用元器件工具欄取用虛擬元器件，將鼠標指向元器件工具欄上的電阻工具箱圖標并單擊，在拉出的 Basic元器件箱中單擊綠色的電阻箱按鈕， 將鼠標移到原理圖窗口

17、中，這是在鼠標箭頭上就帶著一個虛擬電阻，在適當?shù)奈恢脝?-4所示。該對話框包含4個標簽選項, 選項卡設(shè)置虛擬電阻在電路窗口中所顯 Fault選項卡設(shè)置元器件可能出現(xiàn)的故擊鼠標左鍵，即可放置一個虛擬電阻符號，該虛擬電阻的默認值是1kQo雙擊虛擬電 阻符號，將打開虛擬電阻屬性對話框，如圖 Label選項卡設(shè)置電阻的各種標識；Dis play 示的信息；Value選項卡設(shè)置電阻的參數(shù)值； 障，以便預(yù)知元器件發(fā)生故障時相應(yīng)的現(xiàn)象。當元器件放置到電路圖窗口中后，用戶可以對其進行移動、復(fù)制、刪除、旋轉(zhuǎn)及 改變顏色等操作。將鼠標指向需要進行操作的元器件， 然后單擊鼠標右鍵，在彈出的 快捷菜單中執(zhí)行相應(yīng)的命令

18、，也可以在 Edit主菜單上執(zhí)行相應(yīng)的命令。NodeModsPCB tr ace wi dtKI Use IC cr Transient Analy p?廠 HDEE5ET for DCOECancel圖3-3導(dǎo)線屬性對話框Virtual ReffistorLabel | Display ValueF ault IEtsistance fS) 廠 TcLer姬uslah： 3廠 Temp (T)廠TCLor TCfo廠 THCIHI；Replact I籲I職消I “h i幫助圖3-4虛擬電阻屬性對話框3、將元器件連接成電路在Multisim9的電路圖上布線非?？旖荩瑢?dǎo)線的連接有兩種方式，一種是

19、元器件之間的導(dǎo)線連接，只要用鼠標單擊連線的起點，出現(xiàn)一個小圓點，并有一個小十字，按鼠標左鍵并拖動出一根虛的導(dǎo)線，拉住導(dǎo)線并指向終點使其出現(xiàn)小圓點，釋放鼠標左鍵，即完成了導(dǎo)線的連接，軟件自動選擇布線位置。在Multisim9中連線的起點和終點不能懸空。另一種是元器件與導(dǎo)線中間點的連接，用 鼠標指向元器件的引腳并單擊鼠標左鍵，拖動鼠標到需要連接的線路上，再單擊鼠標左鍵，系統(tǒng)將自動連接這兩點，并在兩導(dǎo)線交叉處放置一個節(jié)點。當要刪除某一連接線或某一節(jié)點時，可將鼠標移動到需要刪除的對象上，單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Delete命令即可。當兩根導(dǎo)線十字相交且是相互連接時必須插入“連接點”。此時可

20、從基本器件庫 中將“連接點”即一個小圓點拖至該處。在原理圖中，雙擊導(dǎo)線可以對導(dǎo)線進行編輯， 如圖3-3導(dǎo)線屬性對話框，Node name設(shè)置導(dǎo)線的節(jié)點；PCBtrace width 設(shè)置本導(dǎo) 線在PCB電路板中的寬度；Use IC for Tran sie nt An alysis指進行瞬態(tài)分析時，本節(jié)點如需設(shè)置初始值，選中可在設(shè)置欄中輸入初始值；Use NODESET for DC指進行直流分析時，本節(jié)點如需設(shè)置電壓值，選中可在設(shè)置欄輸入節(jié)點電壓值。第四章電路原理分析4.1數(shù)字鐘的構(gòu)成數(shù)字電子鐘由石英晶體振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器顯示器和校時電路組 成。振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號作為數(shù)

21、字鐘的時間基準，然后經(jīng)過分頻器輸出標 準秒脈沖。秒計數(shù)器滿60后向分計數(shù)器進位，分計數(shù)器滿60后向小時計數(shù)器進位， 小時計數(shù)器按照“24翻T規(guī)律計數(shù),計數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示,計時 出現(xiàn)誤差時，可以用校時電路校時、校分。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。在此使用 555振蕩器組成1Hz的信號問。1、 振蕩器電路555定時器組成的振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率為1Hz的方 波信號。其中OUT為輸出8。2、 時間計數(shù)器電路時間計數(shù)電路由秒個位和秒十

22、位計數(shù)器，分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分 十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為24進制計 數(shù)器。3、分頻器電路 通常情況下，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1Hz 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，一般采用多級二進制計數(shù)器來實現(xiàn)。 例如，將32768Hz的振蕩信號分頻為1Hz 的分頻倍數(shù)為32768,即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當于 15級2進制計數(shù)器。4、 振蕩器電路 利用555定時器組成的多諧振蕩器接通電源后，電容 C1被充 電，當電壓上升到一定數(shù)值

23、時里面集成的三極管導(dǎo)通，然后通過電阻和三極管放電， 不斷的充放電從而產(chǎn)生一定周期的脈沖，通過改變電路上器件的值可以微調(diào)脈沖周期474LS160十進制計數(shù)器， （特點：消耗一個時鐘脈 160時通過組合電路（主其將影響到5、數(shù)字時鐘的計數(shù)顯示控制在設(shè)計中，我們使用的是來實現(xiàn)計數(shù)的功能，實驗中主要用到了 160的置數(shù)清零功能 沖），清零功能（特點：不耗時鐘脈沖），在上級160控制下級 要利用與非門）實現(xiàn)，在連接電路的時候要注意并且強調(diào)使能端的連接, 整一個電路的是否工作2。電路的控制原理如下:秒鐘由個位向十位進位：0000-0001-0010-0011-0100-0101-0110-0111-100

24、0-1001 實現(xiàn)個位的計數(shù)，采用的是置數(shù)的方式（利用 RCO端口），當電路計數(shù)到1001的時 候采用一個二輸入與非門接上級輸入的高位和低位輸出作為下級的信號， 實現(xiàn)了秒?yún)^(qū) 的個位和十位的顯示與控制，設(shè)計中注意到接的是一個與非門而不是與門， 目標在產(chǎn) 生一個時鐘脈沖，實現(xiàn)正確的顯示5。由秒?yún)^(qū)向分區(qū)的顯示控制：基本原理同上，在秒?yún)^(qū)十位向時分區(qū)個位顯示的是0000- 00010010- 00110100 0101產(chǎn)生了六個脈沖的時候向下級輸出一個時鐘 脈沖，利用的還是與非門，目標仍是實現(xiàn)正確的計時顯示。時區(qū)的顯示及整體電路反饋清零：當數(shù)值顯示達到23： 59的時候要實現(xiàn)清零的工作，采用CLR清零的

25、方式反饋清零。具體設(shè)計接出控制端的9, 5, 3, 2用十六進制表示后高電平對應(yīng)引腳接與非，將非門輸出信號的值反饋給各個160芯片的清零端 （CLR）既可以實現(xiàn)清零了。下面分別介紹各組成部分的相關(guān)原理及說明：石英晶體振蕩器的工作原理：放大網(wǎng)絡(luò)對所加的信號進行放大；反饋網(wǎng)絡(luò)相位校正網(wǎng)絡(luò)振蕩電路的兩項條件：1、電路的閉環(huán)增益必須等于1,這可以通過放大器網(wǎng)絡(luò) 的自限幅特性實現(xiàn)；2、圍繞電路的網(wǎng)絡(luò)相移量必須等于 2n n通常n為1或2。VCXO工作原理：VCX由石英諧振器、變?nèi)荻O管和振蕩電路組成，通過控制變 容二極管的電壓來改變變?nèi)荻O管的電容， 從而 牽引”石英諧振器的頻率，以達到頻 率調(diào)制的目的

26、。技術(shù)規(guī)范：控制電壓-交流信號時，也稱調(diào)制電壓壓控范圍-電壓變化范圍內(nèi)的頻率變化量壓控極性-隨電壓的增加而上升的極性為 “ +”反之為線性度-頻率偏移（error）與壓控范圍的比例2TCXO工作原理：基本上是一個 VCXO和溫度補償網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，補償網(wǎng)絡(luò)有熱敏 電阻等組成，通過調(diào)節(jié)不同溫度下變?nèi)荻壒艿碾妷簛砀淖兙w的負載，從而調(diào)整晶體的頻率5。分頻器原理：-r3 JUE* YriT-4 mrIHJiniok圖4-1分頻器電路結(jié)構(gòu)原理圖從電路結(jié)構(gòu)來看，分頻器本質(zhì)上是由電容器和電感線圈構(gòu)成的LC濾波網(wǎng)絡(luò)，高音通道是高通濾波器，它只讓高頻信號通過而阻止低頻信號； 低音通道正好想反，它 只讓低頻信號通過

27、而阻止高頻信號；中音通道則是一個帶通濾波器，除了一低一高兩 個分頻點之間的頻率可以通過，高頻成份和低頻成份都將被阻止。在實際的分頻器中， 有時為了平衡高、低音單元之間的靈敏度差異，還要加入衰減電阻；另外，有些分頻 器中還加入了由電阻、電容構(gòu)成的阻抗補償網(wǎng)絡(luò)，其目的是使音箱的阻抗曲線平坦一 些，以便于功放驅(qū)動。由于現(xiàn)在的音箱幾乎都采用多單元分頻段重放的設(shè)計方式，所以必須有一種裝置，能夠?qū)⒐Ψ潘蛠淼娜l帶音樂信號按需要劃分為高音、低音輸出 或者高音、中音、低音輸出，才能跟相應(yīng)的喇叭單元連接，分頻器就是這樣的裝置。 如果把全頻帶信號不加分配地直接送入高、中、低音單元中去，在單元頻響范圍之外的那部分

28、多余信號”會對正常頻帶內(nèi)的信號還原產(chǎn)生不利影響，甚至可能使高音、 中音單元損壞。計數(shù)器：計數(shù)是一種最簡單基本的運算，計數(shù)器就是實現(xiàn)這種運算的邏輯電路， 計數(shù)器在 數(shù)字系統(tǒng)中主要是對脈沖的個數(shù)進行計數(shù)，以實現(xiàn)測量、計數(shù)和控制的功能，同時兼 有分頻功能，計數(shù)器是由基本的計數(shù)單元和一些控制門所組成，計數(shù)單元則由一系列具有存儲信息功能的各類觸發(fā)器構(gòu)成，這些觸發(fā)器有RS觸發(fā)器、T觸發(fā)器、D觸發(fā)器及JK觸發(fā)器等。計數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，如在電子計算機的控制器中對指 令地址進行計數(shù)，以便順序取出下一條指令，在運算器中作乘法、除法運算時記下加 法、減法次數(shù)，又如在數(shù)字儀器中對脈沖的計數(shù)等等。計數(shù)器可以用來

29、顯示產(chǎn)品的工 作狀態(tài)，一般來說主要是用來表示產(chǎn)品已經(jīng)完成了多少份的折頁配頁工作。它主要的指標在于計數(shù)器的位數(shù)，常見的有 3位和4位的。很顯然，3位數(shù)的計數(shù)器最大可以 顯示到999, 4位數(shù)的最大可以顯示到 99993。CLRt T nn y-H? UPnBOQAA.QB&QCCQDDH5U n271177um DWM13AQAQBQCQD3.2612137lout t11 (mtVr.f14L1 射圖4-2計數(shù)器電路結(jié)構(gòu)原理圖作用：在數(shù)字電子技術(shù)中應(yīng)用的最多的時序邏輯電路。計數(shù)器不僅能用于對時鐘脈沖計數(shù)，還可以用于分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列以及進行數(shù)字運算等。 但是并無法顯示計算結(jié)果，

30、一般都是要通過外接 LCD或LED屏才能顯示。種類：1、如果按照計數(shù)器中的觸發(fā)器是否同時翻轉(zhuǎn)分類，可將計數(shù)器分為同步 計數(shù)器和異步計數(shù)器兩種。常見的同步計數(shù)器有 74LS160系列,74LS190系列，常見 的異步計數(shù)器有74LS290系列。2、如果按照技術(shù)過程中數(shù)字增減分類，又可將計數(shù) 器分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器，隨時鐘信號不斷增加的為加法計數(shù)器， 不斷減少的為減法計數(shù)器，可增可減的叫做可逆計數(shù)器 。另外還有很多種分類不一一列舉， 但是最常用的是第一種分類，因為這種分類可 以使人一目了然，知道這個計數(shù)器到底是什么觸發(fā)方式， 以便于設(shè)計者進行電路的設(shè) 計。譯碼器：譯碼器的種類很多

31、，但它們的工作原理和分析設(shè)計方法大同小異， 其中二進制譯 碼器、二-十進制譯碼器和顯示譯碼器是三種最典型，使用十分廣泛的譯碼電路。譯碼器是典型的組合數(shù)字電路，譯碼器是將一種編碼轉(zhuǎn)換為另一種編碼的邏輯電 路，學習譯碼器必須與各種編碼打交道。從廣義的角度看，譯碼器有四類：二進制碼 譯碼器，也稱最小項譯碼器，最小項譯碼器一般是將二進制碼譯為十進制碼； 代碼轉(zhuǎn) 換譯碼器，是從一種編碼轉(zhuǎn)換為另一種編碼； 顯示譯碼器，一般是將一種編碼譯成十 進制碼或特定的編碼，并通過顯示器件將譯碼器的狀態(tài)顯示出來 。原理：譯碼器可以將輸入代碼的狀態(tài)翻譯成相應(yīng)的輸出信號，以高、低電平的形式在各自的輸出端口送出，以表示其意愿

32、。譯碼器有多個輸入端和多個輸出端。假如輸入的端個數(shù)為n，每個輸出端只能有兩個狀態(tài)，則輸出端個數(shù)最多有2n個。常用譯碼器輸入、輸出端頭數(shù)來稱呼譯碼器，如3線-8線譯碼器，4線-10線譯碼器等。我們經(jīng)常用到的74LS138就是一個三線-八線譯碼器。圖4-3 74LS138 3-8線譯碼器邏輯及引腳排列圖從圖4-3可看出，74LS138有三個輸入端A、B、C和八個輸出端丫0丫7。當輸 入端A、B、C的編碼為000時，譯碼器輸出為丫0=0，而Y1Y7=1。即丫0對應(yīng)于A、 B、C為000狀態(tài)，低電平有效。A、B、C的另外7種組合見后面的真值表。圖中G、Ga、G1B為使能控制端，起到控制譯碼器是否能進行

33、譯碼的作用。只 有G1為高電平，Ga、G1B均為低電平時，才能進行譯碼，否則不論輸入羰輸入為何 值，每個輸出端均為19。下圖是輸入端A、B、C為000111,控制端G1、G1A、Gb取各種不同值時的真 值表示意圖，大家可按下圖進行分析各種情況下3-8線譯碼器的工作原理。G1GaG1BCBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70001111111100111111111010111111110111111111110111111111110111111111111111111110000001111111100001101111111000101101111110001111101111100100

34、11111011110010111111011100110111111011001111111110圖4-4 74LS138 3-8線譯碼器的邏輯真值表顯示器：CRT顯示器是一種使用陰極射線管(Cathode Ray Tube的顯示器，陰極射線管 主要有五部分組成：電子槍(Electron Gun)，偏轉(zhuǎn)線圈(Deflection coils)，蔭罩(Shadow mask)，高壓石墨電極和熒光粉涂層(Phosphor)及玻璃外殼。它是目前應(yīng)用最廣泛的顯 示器之一，CRT純平顯示器具有可視角度大、無壞點、色彩還原度高、色度均勻、 可調(diào)節(jié)的多分辨率模式、響應(yīng)時間極短等LCD顯示器難以超過的優(yōu)點，

35、而且現(xiàn)在的CRT顯示器價格要比LCD顯示器便宜不少11。原理：CRT顯示器(學名為“陰極射線顯像管”)是就是這樣一種裝置，它主要由 電子槍(Electron gun)、偏轉(zhuǎn)線圈(Deflection coils)、蔭罩(Shadow mask)高壓石墨電極 和熒光粉涂層(phosphor)和玻璃外殼五部分組成。其中我們印象最深的肯定是玻璃外 殼，也可以叫做熒光屏，因為它的內(nèi)表面可以顯示豐富的色彩圖像和清晰的文字。CRT顯示器是怎樣將三基色原理用在其中的呢？當然，并不是直接將這三基色畫在 熒光屏上，而是用電子束來進行控制和表現(xiàn)的11。CRT顯示器的視頻帶寬可以看做每秒鐘所掃描的像素點數(shù)的總和，一

36、般采用MHz (兆赫茲)為單位。眾所周知，CRT顯示器是靠電子束激發(fā)屏幕內(nèi)表面的熒光 粉來顯示圖像的，由于熒光粉被點亮后很快會熄滅，所以電子槍必須循環(huán)地不斷激發(fā) 這些點。屏幕分辨率越高，需要掃描的點數(shù)就越多，對電子槍掃描頻率的要求就更高， 視頻帶寬也因此需要提高。一般來說，CRT顯示器工作頻率范圍在電路設(shè)計時就已 經(jīng)固定了，主要取決于高頻放大部分元件的特性，由于高頻電路的設(shè)計相對困難，因此成本也較高，同時還會產(chǎn)生一定的輻射。對于CRT顯示器而言，高頻處理能力越好，視頻帶寬所能達到的頻率越高，圖像穩(wěn)定性也越好。CRT顯示器對視頻帶寬的要求，除了分辨率外，還和它的場頻有密切的關(guān)系。場頻是指CRT顯

37、示器屏幕每秒鐘刷新的次數(shù)，又稱為垂直掃描頻率。當場頻過低時，人眼會感覺到屏幕有明顯的閃 爍，圖像穩(wěn)定性差，容易造成眼睛疲勞。一般來講，CRT顯示器屏幕的場頻要達到75HZ以上人眼才不易出現(xiàn)閃爍感，但長時間注視必然會讓眼睛感到很累。此外，視頻帶寬不僅對顯示器壽命和故障率有影響，還對顯示器品質(zhì)有重要影 響。如果顯示器實際帶寬不足以支持用戶設(shè)定的分辨率和場頻，則會使顯示的清晰度受到影響，從而影響顯示效果。顯示器對帶寬的要求可以用分辨率與場頻來計算：帶寬要求等于“水平分辨率X垂直分辨率X場頻”。但在實際情況中，顯像管電子束的 掃描為了避免信號在掃描邊緣的衰減， 保證圖像的清晰，其水平掃描的像素數(shù)和行掃

38、 描頻率均要比理論值高一些。所以，在計算帶寬的時候還應(yīng)該除以一個 “有效掃描系 數(shù)”，一般取值為0.60.7。按照這個計算方法，分辨率為1024X 768、垂直刷新頻率 85Hz的屏幕設(shè)置，所需要的視頻帶寬約為 106MHz。也就是說，能夠滿足這種顯示 要求的CRT顯示器的視頻帶寬至少在106MHz以上。目前，高端CRT顯示器最高的 視頻帶寬已達到200MHz以上，如美格17英寸CRT顯示器中的796FD H和796FDX5 的視頻帶寬都達到了 203MHz。除了顯示器性能外，對于消費者而言價格當然也很 重要。目前絕大多數(shù)1500元以下的CRT顯示器視頻帶寬在110MHz左右，視頻帶寬 在20

39、0MHz210MHz的CRT顯示器價格一般在 1500元2000元之間，而210MHz 以上視頻帶寬的CRT顯示器則從2000元到6000多元都有，價格差距很大。相比之 下美格796FDX5、796FDH低于1500元的價格都非常引人注目，其視頻帶寬指標無 疑是同價位產(chǎn)品中最高的。當然，高視頻帶寬的CRT顯示器也并不能100%保證產(chǎn)品不出問題，因此，廠商的信譽和服務(wù)仍然相當重要，用戶在選購時同樣應(yīng)考慮在內(nèi)。4.2校時功能的實現(xiàn)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?qū)㈩l率較高的方波信 號加到需要校正的計數(shù)單元

40、的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正功能，因此，應(yīng)截斷分個位的直接計數(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。 在實驗實現(xiàn)過程中使用 的是通過開關(guān)（普通開關(guān)）來實現(xiàn)高低電平的切換，手動賦予需要的高低電平來實現(xiàn) 脈沖的供給，將脈沖提供到所需要的輸入（CLK ）端口，實現(xiàn)校時，仿真過程中能夠 正常校時并且在校時的時候達到了預(yù)定的效果；而在我們進入實際電路連接的時候， 利用開關(guān)（手控導(dǎo)線點觸實現(xiàn)）來實現(xiàn)校時再不像仿真那樣的精確了， 原因分析是由 于使用的是普通的開關(guān)同時利用的是手動的對 CLK端口賦予脈沖信號，在實現(xiàn)手動 生成脈沖信號的過程

41、中產(chǎn)生了擾動，即相當于產(chǎn)生了多個的脈沖信號對需要的數(shù)碼管 進行校時，如此，并沒有達到仿真的精確效果，但是在實驗中通過改進電路的校時方 式，不是用手觸開關(guān)產(chǎn)生脈沖信號（如若需用手觸則需要使用一個鎖存器實現(xiàn)去抖動， 才能夠在脈沖生成時候不產(chǎn)生干擾的脈沖，實現(xiàn)正常的校時），而是使用信號發(fā)生器 實現(xiàn)信號的提供，對需要校時的數(shù)碼管在相對應(yīng)的 CLK端口提供脈沖信號實現(xiàn)校時, 利用此方式實現(xiàn)校時則比手觸開關(guān)方式效果要好。4.3報時的實現(xiàn)報時功能的實現(xiàn)原理較為簡單，即對所需要報時的輸出量進行控制，并對控制產(chǎn) 生的信號作為LED顯示的信號源，電路連接中要注意到的是在實現(xiàn) LED顯示的時候 最好連接上一個保護電

42、阻對LED燈器到保護的作用。例如我們的校時時間是 23:59, 0010- 0011 01011001,利用相應(yīng)的門電路實現(xiàn)滿足端口輸出是上述條件的時候進 行報時即可。第五章電路仿真與設(shè)計5.1所需芯片及芯片管腳圖CLOCK 4 EhASLt A Qlh 2A Q陰_ Q44RESET A =I*2451&1514恬12hID9T 旦 (TOP VIEW一伽RMT&010 028QIBEHAfiLE e CLOCK B圖5-1 集成定時器引腳排列圖III說 01Ii234弓I7KI I C C &和 w A 3c 0 一K 與J 一HDDD E FG Hh6(TC*涎】圖5-2整點報時器引腳排

43、列圖1311TOIg5NCla圖5-3 74LS20雙4輸入與非門圖5-4 74LS00四2輸入與非門55&GMDZCCTRI匚1|三OUTTMRRESUOhJ圖5-5 555集成芯片引腳排列圖5.2時、分、秒顯示電路模塊設(shè)計整個電路的核心芯片是 CD4518，它是一個雙10進制加法計數(shù)器，因此只需要 三個芯片，進行級聯(lián)即可實現(xiàn)兩個六十進制和一個二十四進制計數(shù)器， 再加上一些合 適的邏輯門，實現(xiàn)置零和進位10。CPOAVEDcrwrraOOA03BC第0BOlB皿OOBCRIBVS3CFCB451814131211ng3+5T Atnj廠HF5U樂圖5-6秒顯示電路設(shè)計圖圖5-6是秒顯示電路設(shè)

44、計圖，右邊為秒個位，左邊為秒十位，秒個位的電路中置 零引腳和時鐘輸入端CP1必須接地，這是因為CMOS的引腳不能懸空，否則會影響 實驗結(jié)果，CP0接秒脈沖信號，考慮到秒個位計數(shù)到 9的時候必須進位，所以在顯示 0的同時輸出一個進位信號，輸出是 0000,因此可以用一個或非門，當輸出是 0000 的時候提供一個進位信號至秒十位的時鐘輸入端，秒十位另一個時鐘輸入端接地，秒十位計數(shù)器計到5時，在輸出為0110時提供一個信號到秒十位計數(shù)器的置零端， 使其實現(xiàn)011 0000，即六十進制10。1卜41-1CFOA VDE CP1* 00A O3E 廣11Anori4UlAUciSUtKU-LB03A O

45、OEHRA CPIF VSS CPOE7目45ta161?9V圖5-7分計數(shù)顯示電路設(shè)計圖圖5-7是分計數(shù)顯示電路設(shè)計圖，原理與秒計數(shù)顯示電路接近，分個位的時鐘 輸入端接來自秒十位的進位信號，另外一個時鐘輸入端接校時電路模塊，由于設(shè)計的 過程是分塊設(shè)計的，因此先將該時鐘輸入端接地，分十位的原理也是一樣的10。圖5-8是時計數(shù)顯示電路設(shè)計圖，與分、秒不同的是，這一塊是24進制，當時十位為0、1的時候，時個位正常從09顯示；當時十位為2時，要求時個位的顯示 是0、1、2、3,然后就回到0,因此在置零這一部分接法不同于分、秒計數(shù)顯示電路，考慮到當時計數(shù)器為23時必須變?yōu)?0,即當時十位輸出為0010、時個位輸出為0100 時，分別變?yōu)?000、0000,因此可用一個與門實現(xiàn)，按如圖的接法，并且注意到時 十位和時個位都必須置