數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)(完全數(shù)字電路)-64697

實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)PAGE文檔大全數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)姓名學(xué)號專業(yè)電子信息技術(shù)指導(dǎo)教師成績?nèi)掌诨?55的數(shù)字時(shí)鐘顯示摘要：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，通過555定時(shí)器改裝的多諧震蕩器發(fā)出的脈沖頻率具有一定的準(zhǔn)確性。在這次設(shè)計(jì)中對分頻器、計(jì)數(shù)器、、譯碼器和顯示器進(jìn)行研究編譯，并完成了各種器件的編譯工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的功能。有準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間和校時(shí)功能。秒和校時(shí)功能都有一個(gè)共同特點(diǎn)就是它們都要用到振蕩電路提供的1Hz脈沖信號。在計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)電路還可以進(jìn)行校時(shí)和校分，為了使電路簡單所設(shè)計(jì)的電路不具備校秒的功能。并且要用數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，各位均為兩位顯示。引言隨著科技的快速發(fā)展，數(shù)字電子鐘在實(shí)際生活中的應(yīng)用越來越廣泛，小到普通的電子表，大到航天器等高科技電子產(chǎn)品中的計(jì)時(shí)設(shè)備。數(shù)字鐘是一個(gè)將“時(shí)”，“分”,“秒”顯示于人的視覺器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，另外應(yīng)有整點(diǎn)報(bào)時(shí)附加功能。因此，一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時(shí)”，“分”，“秒”計(jì)數(shù)器、報(bào)時(shí)電路和振蕩器組成。作為電子技術(shù)的一名學(xué)生掌握并能夠獨(dú)立自主設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電子鐘是必要和必須的，既可以加深對課本上理論知識的理解又能鍛煉自己的思考和解決問題的能力。于是，經(jīng)過查閱許多相關(guān)書籍和瀏覽許多網(wǎng)絡(luò)TOC\o"1-2"\h\z\u未找到目錄項(xiàng)。資源，我做了這款簡單數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)。2方案論證2.1原理設(shè)計(jì)和功能描述 2.1.1數(shù)字計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)思想要想構(gòu)成數(shù)字鐘，首先應(yīng)選擇一個(gè)脈沖源——能自動地產(chǎn)生穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖信號。而脈沖源產(chǎn)生的脈沖信號地頻率較高，因此，需要進(jìn)行分頻，使得高頻脈沖信號變成適合于計(jì)時(shí)的低頻脈沖信號，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(jì)數(shù)器中進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于計(jì)時(shí)的規(guī)律是：60秒=1分，60分=1小時(shí)，24小時(shí)=1天，就需要分別設(shè)計(jì)60進(jìn)制，12進(jìn)制計(jì)數(shù)器，并發(fā)出驅(qū)動信號。各計(jì)數(shù)器輸出信號經(jīng)譯碼器、驅(qū)動器到數(shù)字顯示器，是“時(shí)”、“分”、“秒”得以數(shù)字顯示出來。2.1.2數(shù)字電子鐘總體框架圖圖1框架圖2.2單元電路的設(shè)計(jì)2.2.1振蕩電路數(shù)字電路中的時(shí)鐘是由振蕩器產(chǎn)生的，振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。方案一:石英晶振因?yàn)橄氲揭巩a(chǎn)生的脈沖較穩(wěn)定，我們首先想到了使用石英晶振電路，即采用37267Hz晶體震蕩器，電路圖如圖2：圖2石英晶振工作原理：由晶體振蕩器產(chǎn)生37268Hz的1KHz的脈沖經(jīng)集成塊CD4060分頻后變?yōu)?0Hz脈沖，再經(jīng)74LS160計(jì)數(shù)器分頻得到了所需要的1Hz穩(wěn)定脈沖。方案二：555定時(shí)器其中R2=8kΩ,R1=1KC1=68uF,C4=0.01uF,振蕩電路由555構(gòu)成的自激多諧振蕩器直接產(chǎn)生1000Hz時(shí)鐘脈沖頻率。圖3555定時(shí)器方案選擇：剛開始的時(shí)候覺得用石英晶振比較準(zhǔn)確，希望設(shè)計(jì)更好，雖然使用石英晶振產(chǎn)生頻率穩(wěn)定，但是電路圖很復(fù)雜，而且37268晶體振蕩器中阻值要求10MHz以上，還需要分頻電路。而555定時(shí)器是我們數(shù)字電路基礎(chǔ)中剛學(xué)的，對它的用法也很熟悉，并且可以由555構(gòu)成自激多諧振蕩器通過調(diào)節(jié)電阻直接產(chǎn)生1000Hz的脈沖，然后經(jīng)過分頻器得到1HZ的秒脈沖，經(jīng)過自己的慎重考慮，最終選用555，舍棄了之前的晶振方案。2.2.2計(jì)數(shù)電路數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路是用兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路和一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)可以用反饋清零法。當(dāng)計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)時(shí)，反饋門不起作用，只有當(dāng)進(jìn)位脈沖到來時(shí)，反饋信號將計(jì)數(shù)電路清零，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模的循環(huán)計(jì)數(shù)。以六十進(jìn)制為例，當(dāng)計(jì)數(shù)器從00，01，02，……，59計(jì)數(shù)時(shí)，反饋門不起作用，只有當(dāng)?shù)?0個(gè)秒脈沖到來時(shí)，反饋信號隨即將計(jì)數(shù)電路清零，實(shí)現(xiàn)模為60的循環(huán)計(jì)數(shù)。在計(jì)數(shù)部分我們同樣采用了兩種方案，分別是使用74ls160和74ls90，74LS191,74LS74.以下是對兩種芯片連接成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器和12進(jìn)制計(jì)數(shù)器的介紹。方案一：數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路是用兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路和一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)的，但是考慮到對74LS90比較熟悉，覺得用兩個(gè)74LS90來分別控制秒和分的十位和個(gè)位。個(gè)位采用十進(jìn)制，十位采用六進(jìn)制就能完美解決六十進(jìn)制的秒計(jì)數(shù)。然后再用74ls191和74ls74來分別控制時(shí)的個(gè)位和十位。圖490十進(jìn)制計(jì)數(shù)器方案二：采用74LS160分別連成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器圖560進(jìn)制計(jì)數(shù)器圖624進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)部分方案選擇：因?yàn)閷?4ls90用法很熟悉，但是其最大是十進(jìn)制，所以我們通過把時(shí)分秒的十位和個(gè)位分開來分別計(jì)數(shù)。想法很有新意，雖然比其他的電路多了芯片，但是原理很簡單。所以就選用74LS90和74ls191，74ls74來作為計(jì)數(shù)器。2.2.3譯碼與顯示電路圖7譯碼是編碼的相反過程，譯碼器是將輸入的二進(jìn)制代碼翻譯成相應(yīng)的輸出信號以表示編碼時(shí)所賦予原意的電路。常用的集成譯碼器有二進(jìn)制譯碼器、74ls48制譯碼器和BCD—7段譯碼器、顯示模塊用來顯示計(jì)時(shí)模塊輸出的結(jié)果。a.譯碼器CD4511譯碼器是一個(gè)多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的工作是把給定的代碼進(jìn)行“翻譯”，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示，還用于數(shù)字分配，存儲器尋址和組合控制信。圖8譯碼器b.顯示器在此電路圖中所用的顯示器是共陰極形式，陰極必須接地。圖9顯示器2.2.4校時(shí)電路數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號與校正信號可以隨時(shí)切換的電路接入其中。用與或非門實(shí)現(xiàn)的時(shí)或分校時(shí)電路，校正信號可直接取自分頻器產(chǎn)生的1HZ信號；輸出端則與分或時(shí)個(gè)位計(jì)時(shí)輸入端相連。當(dāng)開關(guān)不動時(shí)，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。圖10電路原理圖，PCB圖和實(shí)物調(diào)試3.1電路部分仿真圖圖113.2電路原理圖圖123.3電路PCB圖圖133.4實(shí)物調(diào)試圖14圖153.5設(shè)計(jì)總結(jié)本數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)是由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器所組成。但本設(shè)計(jì)電路的缺點(diǎn)是：沒有整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路，即據(jù)該方案進(jìn)行生產(chǎn)得到的產(chǎn)品并無報(bào)時(shí)功能。該設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)是：采用北京時(shí)間計(jì)時(shí)，直接將時(shí)間以數(shù)字形式表現(xiàn)出來、精確度較高、走時(shí)穩(wěn)定、使用方便。本設(shè)計(jì)采用有集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器組成，由它得到高頻信號；再將此信號傳至由3片中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器74LS90相串聯(lián)得到的分頻器中，從而得到我們計(jì)時(shí)所需要的秒信號（頻率為1Hz的秒信號）；之后再將該信號傳至計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性直接影響數(shù)字表的準(zhǔn)確，且計(jì)數(shù)器部分是我們《電子技術(shù)》課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，計(jì)數(shù)器包括兩部分，即12進(jìn)制計(jì)數(shù)和60進(jìn)制計(jì)數(shù)，本設(shè)計(jì)12進(jìn)制計(jì)數(shù)采用74LS191和74LS74共同來實(shí)現(xiàn)，60進(jìn)制采用兩片74LS90分別控制個(gè)位和十位來實(shí)現(xiàn)；經(jīng)過準(zhǔn)確計(jì)數(shù)后，再將信號傳至譯碼器，由于我對74LS48的用法非常熟悉，所以就選用它作譯碼器來進(jìn)行對來自計(jì)數(shù)器信號的譯碼；最后將時(shí)間以數(shù)字形式體現(xiàn)在顯示器上，顯示器由七段發(fā)光二極管采用共陰極接法組成。結(jié)論通過這次對數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計(jì)，我覺著最大的收獲就是增強(qiáng)了自己獨(dú)立收集資料的能力，鍛煉了自己獨(dú)立思考、獨(dú)立解決問題的能力。雖然我們至此已經(jīng)完成了電子技術(shù)課程（模電部分和數(shù)電部分）的學(xué)習(xí)，但在本次課設(shè)的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中仍然遇到了很多未曾想到的問題。實(shí)際操作是我們的目的，而理論知識是我們實(shí)際操作的基礎(chǔ)，這使我更加體會到了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，同時(shí)也增加了自己解決實(shí)際問題的能力，對獨(dú)立設(shè)計(jì)電路的過程、對各個(gè)分塊電路的工作原理和功能的實(shí)現(xiàn)過程都