多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)

PAGE1佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院2011級(jí)專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告題目：多功能數(shù)字時(shí)鐘姓名：于旺班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化二班學(xué)號(hào)：11100740127指導(dǎo)教師：劉云鵬摘要多功能數(shù)字鐘采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對“時(shí)”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。具有時(shí)間顯示、鬧鐘設(shè)置、報(bào)時(shí)功能、校正作用。走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、精度、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。電路裝置十分小巧,安裝使用也方便。同時(shí)在日期中，它以其小巧，價(jià)格低廉，走時(shí)精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費(fèi)的喜愛。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。目前，數(shù)字鐘的功能越來越強(qiáng)，并且有多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。從有利于學(xué)習(xí)的角度考慮，這里主要介紹以中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)數(shù)字鐘的方法。經(jīng)過了數(shù)字電路設(shè)計(jì)這門課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，特別經(jīng)過了關(guān)于組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路部分的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)具備了設(shè)計(jì)小規(guī)模集成電路的能力，借由本次設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，充分將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中去。本次課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字鐘，基本要求為數(shù)字鐘的時(shí)間周期為24小時(shí)，數(shù)字鐘顯示時(shí)、分、秒，數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)一秒對應(yīng)現(xiàn)實(shí)生活中的時(shí)鐘的一秒。供擴(kuò)展的方面涉及到定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、定時(shí)廣播、定時(shí)啟閉路燈等。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。關(guān)鍵字：晶體振蕩器，分頻器，計(jì)數(shù)器，顯示器和校時(shí)電路。2.設(shè)計(jì)要求及目的2.1設(shè)計(jì)要求本課題是設(shè)計(jì)一個(gè)多功能數(shù)字鐘，以數(shù)字形式顯示時(shí)，分，秒的時(shí)間，要求有手動(dòng)校時(shí)分秒的基本功能，以及定時(shí)控制，仿廣播電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)，自動(dòng)整點(diǎn)報(bào)時(shí)或觸摸報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)的擴(kuò)展功能。2.2設(shè)計(jì)目的數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。因此，我們此次設(shè)計(jì)與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘.而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法.且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)敘電路.通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法。2.3設(shè)計(jì)指標(biāo)2.3.1基本功能1.準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間2.小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為“12翻1”，分和秒的計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)位3.校正時(shí)間2.3.2擴(kuò)展功能1.定時(shí)控制2.仿廣播電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)3.報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)4.觸摸報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)3主體電路的設(shè)計(jì)3.1數(shù)字鐘的構(gòu)成

數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。3.2數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖圖1數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成方框圖主體電路是由功能部件或單元電路組成的。在設(shè)計(jì)這些電路或選擇部件時(shí)，盡量選用同類型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成電路或都采用CMOS集成電路。整個(gè)系統(tǒng)所用的器件種類應(yīng)盡可能少。下面介紹各功能部件與單元電路的設(shè)計(jì)。3.2.1振蕩器的設(shè)計(jì)振蕩器（英文：oscillator）是用來產(chǎn)生重復(fù)電子訊號(hào)（通常是正弦波或方波）的電子元件。其構(gòu)成的電路叫振蕩電路。能將直流電轉(zhuǎn)換為具有一定頻率交流電信號(hào)輸出的電子電路或裝置。種類很多，按振蕩激勵(lì)方式可分為自激振蕩器、他激振蕩器；按電路結(jié)構(gòu)可分為阻容振蕩器、電感電容振蕩器、晶體振蕩器、音叉振蕩器等；按輸出波形可分為正弦波、方波、鋸齒波等振蕩器。廣泛用于電子工業(yè)、醫(yī)療、科學(xué)研究等方面。振蕩器（英文：oscillator）是一種能量轉(zhuǎn)換裝置——將直流電能轉(zhuǎn)換為具有一定頻率的交流電能。其構(gòu)成的電路叫振蕩電路。低頻振蕩器（low-frequencyoscillator，或稱LFO）是指產(chǎn)生頻率在0.1赫茲到10赫茲之間交流訊號(hào)的振蕩器。這個(gè)詞通常用在音訊合成中，用來區(qū)別其他的音訊振蕩器。振蕩器主要可以分成兩種：諧波振蕩器（harmonicoscillator）與弛張振蕩器（relaxationoscillator）。能將直流電轉(zhuǎn)換為具有一定頻率交流電信號(hào)輸出的電子電路或裝置。種類很多，按振蕩激勵(lì)方式可分為自激振蕩器、他激振蕩器；按電路結(jié)構(gòu)可分為阻容振蕩器、電感電容振蕩器、晶體振蕩器、音叉振蕩器等；按輸出波形可分為正弦波、方波、鋸齒波等振蕩器。廣泛用于電子工業(yè)、醫(yī)療、科學(xué)研究等方面。主要適用于各大中院校、醫(yī)療、石油化工、衛(wèi)生防疫、環(huán)境監(jiān)測等科研部門作生物、生化、細(xì)胞、菌種等各種液態(tài)、固態(tài)化合物的振蕩培養(yǎng)。自激多諧振蕩器也叫無穩(wěn)態(tài)電路.兩管的集電極各有一個(gè)電容分別接到另一管子的基極，起到交流耦合作用,形成正反饋電路，當(dāng)接通電源的瞬間,某個(gè)管子先通，另一只管子截止,這時(shí)，導(dǎo)通管子的集電集有輸出,集電極的電容將脈沖信號(hào)耦合到另一只管子的基極使另一只管子導(dǎo)通.這時(shí)原來導(dǎo)通的管子截止.這樣兩只管子輪流導(dǎo)通和截止，就產(chǎn)生了震蕩電流。由于器件不可能參數(shù)完全一致,因此在上電的瞬間兩個(gè)三極管的狀態(tài)就發(fā)生了變化，這個(gè)變化由于正反饋的作用越來越強(qiáng)烈,導(dǎo)致到達(dá)一個(gè)暫穩(wěn)態(tài).暫穩(wěn)態(tài)期間另一個(gè)三極管經(jīng)電容逐步充電后導(dǎo)通或者截止，狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn),到達(dá)另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài).這樣周而復(fù)始形成振蕩。振蕩器是數(shù)字鐘的核心。石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率調(diào)整。它還具有壓電效應(yīng)，在晶體某一方向加一電場，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，有了機(jī)械振動(dòng)，就會(huì)在相應(yīng)的垂直面上產(chǎn)生電場，從而使機(jī)械振動(dòng)和電場互為因果，這種循環(huán)過程一直持續(xù)到晶體的機(jī)械強(qiáng)度限制時(shí)，才達(dá)到最后穩(wěn)定，這種壓電諧的頻率即為晶體振蕩器的固有頻率如果精度要求不高，可采用集成電路555定時(shí)器與RC組成的多諧振蕩器。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。圖2晶體振蕩器電路如果精度要求不高也可以采用由集成邏輯門與RC組成的時(shí)鐘源振蕩器或由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器。這里設(shè)振蕩頻率fo=1kHz，電路參數(shù)如圖3所示：如圖2所示為電子手表集成電路（如5C702）中的晶體振蕩器電路，常取晶振的頻率為32768Hz，因其內(nèi)部有15級(jí)2分頻集成電路，所以輸出端正好可得到1Hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖圖3555振蕩器電路分頻器的設(shè)計(jì)提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)，如仿電臺(tái)報(bào)時(shí)用的1kHz的高音頻信號(hào)和500Hz的低音頻信號(hào)等。3.38421碼制,5421碼制表用四位二進(jìn)制碼的十六種組合作為代碼，取其中十種組合來表示0-9這十個(gè)數(shù)字符號(hào)。通常，把用四位二進(jìn)制數(shù)碼來表示一位十進(jìn)制數(shù)稱為二-十進(jìn)制編碼，也叫做BCD碼，見表1。表18421碼制和5421圖4分頻器設(shè)計(jì)電路3.3.1分頻器的具體工作原理從電路結(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(hào)通過而阻止低頻信號(hào)；低音通道正好相反，它只讓低音通過而阻止高頻信號(hào)；中音通道則是一個(gè)帶通濾波器，除了一低一高兩個(gè)分頻點(diǎn)之間的頻率可以通過，高頻成份和低頻成份分頻器原理都將被阻止。在實(shí)際的分頻器中，有時(shí)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(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，其目的是使音箱的阻抗曲線心理平坦一些，以便于功放驅(qū)動(dòng)。位于功率放大器之后，設(shè)置在音箱內(nèi)，通過LC濾波網(wǎng)絡(luò)，將功率放大器輸出的功率音頻信號(hào)分為低音，中音和高音，分別送至各自揚(yáng)聲器。連接簡單，使用方便，但消耗功率，出現(xiàn)音頻谷點(diǎn)，產(chǎn)生交叉失真，它的參數(shù)與揚(yáng)聲器阻抗有的直接關(guān)系，而揚(yáng)聲器的阻抗又是頻率的函數(shù)，與標(biāo)稱值偏離較大，因此誤差也較大，不利于調(diào)整。將音頻弱信號(hào)進(jìn)行分頻的設(shè)備，位于功率放大器前，分頻后再用各自獨(dú)立的功率放大器，把每一個(gè)音頻頻段信號(hào)給予放大，然后分別送到相應(yīng)的揚(yáng)聲器單元。因電流較小故可用較小功率的電子有源濾波器實(shí)現(xiàn)，調(diào)整較容易，減少功率損耗，及揚(yáng)聲器單元之間的干擾。使得信號(hào)損失小，音質(zhì)好。但此方式每路要用獨(dú)立的功率放大器，成本高，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)用于專業(yè)擴(kuò)聲系統(tǒng)二、分頻器與功率的分配構(gòu)成音箱的高、低音單元,各自的標(biāo)稱功率是不一樣的，而在實(shí)際節(jié)目信號(hào)的功率譜中，高頻、低頻信號(hào)的比例也是不一樣的，因此將各種信號(hào)統(tǒng)計(jì)平均后，就得到了圖1所示的模擬信號(hào)功率譜.將圖1的功率譜進(jìn)行計(jì)算，就得到了圖2所示的功率分配曲線.在選擇分頻點(diǎn)時(shí)，一定要考慮功率的分配問題,使高音單元留有一定的余量。圖2表示20Hz~20kHz的總功率規(guī)一化為100%，把20Hz至某頻率f所占功率為總功率的百分?jǐn)?shù)，應(yīng)用舉例如下。如分頻點(diǎn)為2?5kHz的二分頻系統(tǒng)，由圖2的橫座標(biāo)2?5kHz到曲線相交，從縱座標(biāo)讀出百分?jǐn)?shù)，則20Hz~2.5kHz的功率比例為87%，2?5kHz~20kHz的功率比例為13%。當(dāng)總功率為100W時(shí)，則低音功率W低=100×87%=87W，高音功率W高=100×13%=13W。使用上面的功率分配關(guān)系時(shí)，還請注意揚(yáng)聲器單元的功率標(biāo)準(zhǔn)。一般產(chǎn)品標(biāo)注是額定最大正弦功率(RMS)，而有的制造廠為了商業(yè)目的，,標(biāo)注峰值功率或稱為音樂功率，但數(shù)值一般卻是RMS功率的2~4倍。三、分頻方式的選擇分頻方式雖然有6dB/oct型、18dB/oct型、3dB降落點(diǎn)交叉型及12dB/oct型、6dB降落點(diǎn)交叉型等數(shù)種，但綜合考慮它們的優(yōu)缺點(diǎn)，建議使用12dB/oct型。四、分頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)分頻網(wǎng)絡(luò)時(shí)，如把負(fù)載單元加入RC阻抗補(bǔ)償電路，作為恒阻抗進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣當(dāng)然是最好，但筆者查閱大量書刊資料后，發(fā)現(xiàn)RC阻抗補(bǔ)償電路的計(jì)算方法有多種,而得出的RC值也不相同，讓人不易選擇，只好按頻點(diǎn)電阻法來進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，用圖3所示電路連接，測出高、低音單元在分頻點(diǎn)處的阻值(注意不要用單元標(biāo)稱阻抗代替，否則誤差會(huì)很大，然后進(jìn)行右上表中的計(jì)算和按圖將LC元件連接,即告初步制作完成。高、低音單元的靈敏度不平衡，可用電阻衰減調(diào)節(jié)(1997年《電子報(bào)》第15期有專門文章介紹)，制作時(shí)建議使用優(yōu)質(zhì)聚丙烯電容，優(yōu)化設(shè)計(jì)空芯電感，將元件用熱熔膠固定在印制板上，電感可用棉線或塑料扎扣帶加強(qiáng)固定，用搭棚焊的方法連接，做成高、低音通道各自獨(dú)立的分線分音方式。五、調(diào)試方法根據(jù)聲壓級(jí)平方反比定律,點(diǎn)聲源在自由空間中,距離增加一倍,聲壓級(jí)衰減6dB.利用這一定律,就可以進(jìn)行下面的實(shí)際操作.把音箱體和揚(yáng)聲器單元裝好,不接分頻器,用《雨果金碟》測試信號(hào),按正常的放音方式,用固定音量2~3W,重復(fù)播放分頻點(diǎn)處頻率f,用圖4自制的簡易聲壓測試儀,在2m處測試聲壓,調(diào)節(jié)話筒音量電位器使數(shù)字萬用表讀數(shù),為一容易記憶的整數(shù),記下備用.然后,接入分頻器低通網(wǎng)絡(luò),將聲壓計(jì)放在1m處,測試讀數(shù)與上次應(yīng)相同,否則,按讀數(shù)大(小)增大(減小)電容量,直到讀數(shù)相同(這時(shí)分頻點(diǎn)頻率f衰減6dB).然后,將信號(hào)重新直接輸入低音單元,將測試信號(hào)調(diào)節(jié)成高于分頻點(diǎn)頻率f的倍頻程信號(hào),用聲壓計(jì)在4m處測試聲壓,記下讀數(shù)備用.最后,接入分頻器低通網(wǎng)絡(luò),將聲壓計(jì)放在1m處,讀數(shù)與上次相同,否則,稍加微調(diào)(這時(shí)倍頻程頻率f衰減12dB),這樣,低音網(wǎng)絡(luò)就調(diào)試完畢.高音網(wǎng)絡(luò)重復(fù)以上操作步驟,調(diào)節(jié)電感,注意第二步輸入低于分頻點(diǎn)頻率f的倍頻程信號(hào).這樣,一套高質(zhì)量的分頻器就制作和調(diào)試完成.。分頻器的功能主要有兩個(gè):一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào);二是提供功能擴(kuò)展電路所需的信號(hào),如圖4所示，仿電臺(tái)報(bào)時(shí)用的1kHz的高音頻信號(hào)和500Hz的低音頻信號(hào)等.選用3片中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器74LS90可完成上述功能.因每片為1/10分頻,3片級(jí)聯(lián)則可獲得所需要的頻率信號(hào),即第一片的Q0端的輸出頻率為500Hz,第二片的Q3端輸出的是10Hz,第三片的Q3端輸出為1Hz.時(shí)分秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)分和秒計(jì)數(shù)器都是模數(shù)M=60的計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)規(guī)律為00—01—…—58—59—00…選74LS92作為十位計(jì)數(shù)器，74LS90作為個(gè)位計(jì)數(shù)器，再將他們級(jí)聯(lián)組成模數(shù)M=60的計(jì)數(shù)器。圖5分秒計(jì)數(shù)器邏輯電路圖時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)“12翻1”的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到12時(shí)59分59秒，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖時(shí)，數(shù)字鐘應(yīng)自動(dòng)顯示為01時(shí)00分00秒，實(shí)現(xiàn)日常生活中習(xí)慣常用的計(jì)時(shí)規(guī)律。選用74LS191和74LS74。圖6時(shí)計(jì)數(shù)器邏輯電路圖校時(shí)電路的設(shè)計(jì)當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)數(shù)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間。校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能。一般電子手表都具有時(shí)，分，秒等校時(shí)功能。為了使電路簡單，這里只進(jìn)行分和小時(shí)的校時(shí)。如圖7所示為校時(shí)電路邏輯圖。對校時(shí)電路的要求是，在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。校時(shí)方式有“快校時(shí)”和“慢校時(shí)”兩種，“快校時(shí)”是通過開關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器對1Hz的校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。“慢校時(shí)”是用手動(dòng)產(chǎn)生單脈沖作為校時(shí)脈沖。圖8示電路為校“時(shí)”，?！胺帧彪娐贰Ｆ渲蠸1為?！胺帧庇玫目刂崎_關(guān)，S2為?！皶r(shí)”用的控制開關(guān)，他們的控制功能如圖表示。校時(shí)脈沖采用分頻器輸出的1Hz脈沖，當(dāng)S1或S2分別為“0”時(shí)可以進(jìn)行快校時(shí)。如果校時(shí)脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供，則可以進(jìn)行慢校時(shí)。S1S2功能111001計(jì)數(shù)校分校時(shí)需要注意的是，校時(shí)電路是由與非們構(gòu)成的組合邏輯電路，開S1或S2為“1”或“0”時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，接電容C1，C2可緩解抖動(dòng)。所以實(shí)際使用時(shí)，一般會(huì)接一個(gè)RS觸發(fā)器，將其改為去抖動(dòng)開關(guān)電路。圖7校時(shí)電路邏輯圖圖8校時(shí)開關(guān)的功能圖.1.2.2校時(shí)開圖8校時(shí)開關(guān)的功能主體電路的裝調(diào)①根據(jù)數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖，按照信號(hào)的流向分級(jí)安裝，逐級(jí)級(jí)聯(lián)，這里的每一級(jí)是指組成數(shù)字鐘的各功能電路。②級(jí)聯(lián)時(shí)如果出現(xiàn)時(shí)序配合不同步，或尖峰脈沖干擾，引起邏輯錯(cuò)亂，則可以增加多級(jí)邏輯門來延時(shí)。如果顯示字符變化很快，模糊不清，這可能是電源電流的跳變引起的，則可在集成電路期間的電源端Vcc加退耦濾波電容。通常用幾十個(gè)微法的大電容與0.01F的小電容相并聯(lián)作為退耦濾波電路。③畫數(shù)字鐘的主體邏輯電路圖。經(jīng)過級(jí)聯(lián)并糾正設(shè)計(jì)方案中的錯(cuò)誤不不足之處后，再測試電路的邏輯功能是否滿足設(shè)計(jì)要求。最后畫出滿足設(shè)計(jì)要求的總體邏輯電路圖，如果因?yàn)閷?shí)驗(yàn)器材有限，則其中秒計(jì)數(shù)器的個(gè)位和時(shí)計(jì)數(shù)器的十位可采用發(fā)光二極管指示，因而可以省去2片譯碼器賀2片數(shù)碼顯示器。圖9數(shù)字鐘主體電路邏輯圖④數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，可以由許多中小規(guī)模集成電路組成，所以可以分成許多獨(dú)立的電路。由石英晶體振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器和校時(shí)電路組成，石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果通過"時(shí)"、"分"、"秒"譯碼器顯示時(shí)間。其中以校正電路代替時(shí)間計(jì)數(shù)電路中的時(shí)、分、秒之間的進(jìn)位，當(dāng)校時(shí)電路處于正常輸入信號(hào)時(shí)，時(shí)間計(jì)數(shù)電路正常計(jì)時(shí)，但當(dāng)分校正時(shí)，其不會(huì)產(chǎn)生向時(shí)進(jìn)位，而分與時(shí)的校位是分開的，而校正電路也是一個(gè)獨(dú)立的電路。電路的信號(hào)輸入由晶振電路產(chǎn)生，并輸入各電路。整個(gè)數(shù)字鐘主體電路邏輯如圖9所示。圖9數(shù)字鐘主體電路邏輯圖4.功能擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)4.1定時(shí)控制電路的設(shè)計(jì)數(shù)字鐘在指定的時(shí)刻發(fā)出信號(hào)，或驅(qū)動(dòng)音響電路“鬧時(shí)”（這里用可用指示燈來代替音響電路）；或?qū)δ逞b置的電源進(jìn)行接通或斷開“控制”。不管是鬧還是控制，都要求時(shí)間準(zhǔn)確，即信號(hào)的開始時(shí)刻與持續(xù)時(shí)間必須滿足規(guī)定的要求。例如要求6時(shí)59分發(fā)出鬧鐘信號(hào)，持續(xù)時(shí)間為1分鐘這是對應(yīng)數(shù)字中的時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)=0110，分十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為=0101,分個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為=1001。若將上述技術(shù)其輸出為1的所有輸出端經(jīng)過與門電路去控制指示燈，可以使指示燈正好在6點(diǎn)59分亮，持續(xù)1分鐘后熄滅，所以鬧時(shí)控制信號(hào)Z的表達(dá)式為Z=圖10定時(shí)電路示意圖4.2仿廣播電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)仿廣播電臺(tái)正電報(bào)時(shí)的電路的設(shè)計(jì)要求是：每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)塊要到正點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時(shí)刻為正點(diǎn)時(shí)刻。仿廣播電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)的電路如圖11所示。這里采用的都是TTL與非門，如果用其他器件，則報(bào)時(shí)電路還會(huì)簡單一些。圖11仿電臺(tái)報(bào)時(shí)電路圖11仿電臺(tái)報(bào)時(shí)電路圖設(shè)4聲低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分51秒，53秒，55秒和57秒，最后一聲高音（約1KHz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時(shí)間均為1秒。如表2所示CP/sQ3s1Q2s1Q1s1Q0s1功能500000510001鳴低音520010停530011鳴低音540100停550101鳴低音560110停570111鳴低音581000停591001鳴高音001010停表2秒個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)4.3報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)電路的設(shè)計(jì)報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)電路的功能是：每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)到整點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲音，且?guī)c(diǎn)響幾聲。實(shí)現(xiàn)這一功能的電路主要由以下幾個(gè)部分組成?！駵p法計(jì)數(shù)器完成幾點(diǎn)響幾聲的功能。即從小時(shí)計(jì)數(shù)器的整點(diǎn)開始進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，直到零為止。減法計(jì)數(shù)器選用74LS191組成，各控制端的作用如下☉為置數(shù)端。當(dāng)=0時(shí)將小數(shù)計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)數(shù)據(jù)輸出端的數(shù)據(jù)置入☉為溢出負(fù)脈沖輸入端，當(dāng)減計(jì)數(shù)到0時(shí)，輸出一個(gè)負(fù)脈沖☉為加/減控制器。=1時(shí)減法計(jì)數(shù)☉為減法計(jì)數(shù)脈沖，兼作音響電路的控制脈沖●編碼器將小時(shí)計(jì)數(shù)器的5個(gè)輸出端Q4，Q3，Q2，Q1，Q0按照“12翻1”的編碼要求轉(zhuǎn)換為減法計(jì)數(shù)器的4個(gè)輸入端D3，D2，D1，D0所需要的BCD碼。編碼器的真值表如表3所示分進(jìn)位脈沖小時(shí)計(jì)數(shù)器輸出減法計(jì)數(shù)器輸入CPQ4Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0100001000120001000103000110011400100010050010101016001100110700111011180100010009010011001101000010101110011101112101001100表3編碼器的真值表表3編碼器的真值表●邏輯控制電路控制減法計(jì)數(shù)器的清零和置數(shù)?？刂埔繇戨娐返妮斎胄盘?hào)。圖12圖12報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)的電路根據(jù)以上要求，采用了如圖12所示的報(bào)時(shí)整點(diǎn)時(shí)數(shù)的電路。其中編碼器時(shí)由與非門實(shí)現(xiàn)的組合邏輯電路，其輸出的邏輯表達(dá)式由5變量的卡諾圖可得。圖圖13各點(diǎn)的波形4.4觸摸報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)電路的設(shè)計(jì)在有些場合（如夜間），不便于直接看顯示時(shí)間，希望數(shù)字鐘有觸摸報(bào)時(shí)功能。即觸摸數(shù)字鐘的某端，能夠報(bào)當(dāng)時(shí)的整點(diǎn)時(shí)數(shù)。根據(jù)功能要求，不難設(shè)想在圖9所示的電路基礎(chǔ)上，增加一些觸發(fā)脈沖控制電路，或?qū)⒆詣?dòng)報(bào)時(shí)改為觸摸報(bào)時(shí)電路即可。產(chǎn)生觸摸控制脈沖的電路有單次脈沖產(chǎn)生器，555集成電路定時(shí)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等。5電路仿真調(diào)試5.1實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題及解決方法5.1.1面包板和芯片的測試測試面包板各觸點(diǎn)是否接通；有時(shí)電路不通的原因是因芯片引腳接觸不良而造成的，因此，確認(rèn)芯片是否接觸良好是非常重要的。5.1.2時(shí)間計(jì)數(shù)電路的連接與測試六進(jìn)制、十進(jìn)制都沒有什么大的問題，只是芯片引腳的問題，只要重新插過芯片就可以解決了。但在六十進(jìn)制時(shí)，按圖接線后發(fā)現(xiàn)，顯示器上的數(shù)字總是100進(jìn)制的，而不是六十進(jìn)制，檢測后發(fā)現(xiàn)無論是線路的連通還是芯片的接觸都沒有問題。最后，在重對連線時(shí)發(fā)現(xiàn)是線路接錯(cuò)引腳造成的，改過之后，顯示就正常了。5.1.3校正電路因引腳接錯(cuò)而造成錯(cuò)誤，所以校正電路是完全按照仿真圖所連的，在測試時(shí)，開始進(jìn)行時(shí)校時(shí)時(shí)，沒有出現(xiàn)問題，但當(dāng)進(jìn)行到分校時(shí)時(shí)，發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)電路的秒電路開始亂跳出錯(cuò)。因此，電路一定是有地方出錯(cuò)了，在反復(fù)對照后，發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樵诮尤胄Ｕ娐窌r(shí)忘了把秒十位和分個(gè)位之間的連線拿掉而造成的，因此，在接線時(shí)一定要注意把多余的線拿掉。6總結(jié)6.1心得體會(huì)20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。時(shí)間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌容易使人忽略了時(shí)間，忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候，這種遺忘無