數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)數(shù)電課設(shè)

數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)數(shù)電課設(shè)第1頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計(jì)題目數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)第2頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月目錄數(shù)字鐘的功能要求數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成方框圖主體電路設(shè)計(jì)功能擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)整機(jī)電路MCU控制的數(shù)字鐘第3頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)字鐘的功能要求1、基本功能準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間；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；校正時(shí)間。第4頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)字鐘的功能要求(續(xù))2、擴(kuò)展功能定時(shí)控制；仿廣播電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)；報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)；觸摸報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)；其他。第5頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖

該系統(tǒng)的工作原理是：振蕩器產(chǎn)生高穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)，作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，再經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)。秒計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按照“24翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)可以用校時(shí)電路進(jìn)行校時(shí)、校分、校秒。第6頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖（續(xù)）如圖2.1多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖第7頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、主體電路的設(shè)計(jì)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)。第8頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．振蕩器的設(shè)計(jì)振蕩器是數(shù)字鐘的核心。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。第9頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月振蕩器的設(shè)計(jì)方案一圖2.2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。第10頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月晶體振蕩器電路圖2.2晶體振蕩器電路第11頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月振蕩器的設(shè)計(jì)方案二 如果精度要求不高可以采用由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器。設(shè)振蕩頻率f0＝103Hz，電路參數(shù)如圖2.3所示。圖2.3555多諧振蕩器555第12頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月555多諧振蕩器原理電路555多諧振蕩器原理電路及工作波形第13頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．分頻器的設(shè)計(jì)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)展電路所需要的信號(hào)。選用3片中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器74LS90可以完成上述功能。第14頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月74LS90管腳圖

74LS90有兩個(gè)清零端MR1、MR2和兩個(gè)置9端MS1、MS2，其功能如表5.3.1所示。NEXTBACK74LS90結(jié)構(gòu)第15頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月A、兩片74LS90構(gòu)成的100分頻器：BACK第16頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．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作十位計(jì)數(shù)器，74LS90作個(gè)位計(jì)數(shù)器。再將它們級(jí)聯(lián)組成模數(shù)M=60的計(jì)數(shù)器。時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)“24進(jìn)制”的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器。第17頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月74LS92是二—六—十二進(jìn)制計(jì)算器。六十進(jìn)制計(jì)算器BACK74LS92結(jié)構(gòu)第18頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六進(jìn)制二進(jìn)制Q3Q1Q2Q0CLK1CLK0R02R0174LS92結(jié)構(gòu)圖BACK第19頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五進(jìn)制二進(jìn)制Q3Q1Q2Q0CLK1CLK0R02R01R90R9174LS90結(jié)構(gòu)圖BACK第20頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月BACK第21頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4．譯碼顯示電路設(shè)計(jì)

74LS47、74LS48為BCD—7段譯碼/驅(qū)動(dòng)器。其中，74LS47可用來驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極的發(fā)光二極管顯示器示器，而74LS48則用來驅(qū)動(dòng)共陰極的發(fā)光二極管顯示器。

74LS48的功能表如表2.4所示，其中，A3A2AlA0為8421BCD碼輸入端，a—g為7段譯碼輸出端。第22頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各使能端功能簡(jiǎn)介如下：

/LT燈測(cè)試輸入使能端。當(dāng)LT＝0時(shí)，譯碼器各段輸出均為高電平，顯示器各段亮，因此，LT＝0可用來檢查74LS48和顯示器的好壞。/RBI動(dòng)態(tài)滅零輸入使能端。在LT＝1的前提下，當(dāng)/RBI＝0且輸入A3A2AlA0＝000時(shí)，譯碼器各段輸出全為低電平，顯示器各段全滅，而當(dāng)輸人數(shù)據(jù)為非零數(shù)碼時(shí)，譯碼器和顯示器正常譯碼和顯示。利用此功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無意義位的零進(jìn)行消隱。74LS48功能表第23頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各使能端功能簡(jiǎn)介如下（續(xù)）：

/BI靜態(tài)滅零輸入使能端。只要BI＝0，不論輸入A3A2AlA0為何種電平，譯碼器4段輸出全為低電平，顯示器滅燈(此時(shí)/BI／RBO為輸入使能)。/RBO動(dòng)態(tài)滅零輸出端。在不使用/BI功能時(shí)，BI／RBO為輸出使能。該端主要用于多個(gè)譯碼器級(jí)聯(lián)時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)無意義的零進(jìn)行消隱。實(shí)現(xiàn)整數(shù)位的零消隱是將高位的RBO接到相鄰低位的RBI，實(shí)現(xiàn)小數(shù)位的零消隱是將低位的RBO接到相鄰高位的RBI。74LS48功能表第24頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月74LS48功能表BACK第25頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月74LS48構(gòu)成的1000進(jìn)制計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路第26頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

5．校時(shí)電路的設(shè)計(jì)

對(duì)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(duì)1Hz的校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)?！奥r(shí)”是用手動(dòng)產(chǎn)生單脈沖作校時(shí)脈沖。圖2.4為?！皶r(shí)”、?！胺帧彪娐贰Ｆ渲蠸1為?！胺帧庇玫目刂崎_關(guān)，S2為校“時(shí)”用的控制開關(guān)。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)可進(jìn)行“快校時(shí)”。第27頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖2.4?！皶r(shí)”、?！胺帧彪娐?/p>

接電容C1、C2可以緩解抖動(dòng)。必要時(shí)還應(yīng)將其改為去抖動(dòng)開關(guān)電路。第28頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、功能擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)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)”；或?qū)δ逞b置的電源進(jìn)行接通或斷開“控制”。不管是鬧時(shí)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。

第29頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、功能擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)（續(xù)）

例要求上午7時(shí)59分發(fā)出鬧時(shí)信號(hào)，持續(xù)時(shí)間為1分鐘。

7時(shí)59分對(duì)應(yīng)數(shù)字鐘的時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為(Q3Q2Q1Q0)H1＝0111，分十位計(jì)數(shù)狀態(tài)為(Q3Q2Q1Qo)M2＝0101，分個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為(Q3Q2QlQ0)M1＝1001。所以鬧時(shí)控制信號(hào)Z的表達(dá)式為:Z=(Q2Q1Q0)H1(Q2Q0)M2(Q3Q0)M1第30頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、功能擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)（續(xù)）式中，M為上午的信號(hào)輸出，要求M＝1。如果用與非門實(shí)現(xiàn)邏輯功能，則可以將Z進(jìn)行變換,實(shí)現(xiàn)上式的邏輯電路如圖2.6所示，其中74LS20為4輸入二與非門，74LS03為集電極開路(OC門)的2輸入四與非門，因OC門的輸出端可以進(jìn)行“線與”，使用時(shí)在它們的輸出端與電源十5V端之間應(yīng)接一電阻RL，取RL＝3.3k。第31頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由圖可見上午7點(diǎn)59分時(shí)，音響電路的晶體管導(dǎo)通，則揚(yáng)聲器發(fā)出1kHz的聲音。持續(xù)1分鐘到8點(diǎn)整晶體管因輸入端為“0”而截止，電路停鬧。圖2.6鬧時(shí)電路第32頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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)正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的功能要求是：每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快要到正點(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。表2.2秒個(gè)位計(jì)算器狀態(tài)第33頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．仿廣播電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)（續(xù)）設(shè)4聲低音(約500Hz)分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及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2.2所示。由表2.2可得：Q3S1=“0”時(shí)500Hz輸入音響；Q3S1=“1”

1kHz輸入音響。第34頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2．仿廣播電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)（續(xù)）只有當(dāng)分十位的Q2M2Q0M2＝11，分個(gè)位的Q3M1、Q0M1＝11。秒十位的Q2s2Qos2＝11及秒個(gè)位的Q0S1＝1時(shí)，音響電路才能工作。仿電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)的電路如圖2.7所示。第35頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖2.7仿廣播電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路第36頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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)出音響，且?guī)c(diǎn)響幾聲。實(shí)現(xiàn)這一功能的電路主要由以下幾部分組成：

（1）減法計(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。

（2）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所需的BCD碼。

第37頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3．報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)電路的設(shè)計(jì)（續(xù)）（3）邏輯控制電路控制減法計(jì)數(shù)器的清“0”與置數(shù)?？刂埔繇戨娐返妮斎胄盘?hào)。根據(jù)以上要求，采用了如圖2.8所示的報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)的電路。其中編碼器是由與非門實(shí)現(xiàn)的組合邏輯電路，其輸出端的邏輯表達(dá)式由5變量的卡諾圖可得。D1的邏輯表達(dá)式：第38頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表2.3編碼器真值表第39頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第40頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

減法計(jì)數(shù)器選用74LSl91，各控制端的作用如下：

/LD為置數(shù)端。/RC為溢出負(fù)脈沖輸出端。U/D為加減控制器。CPA為減法計(jì)數(shù)脈沖，兼作音響電路的控制脈沖。邏輯控制電路由D觸發(fā)器741S74與多級(jí)與非門組成，如圖2.8所示。第41頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖2.8仿電臺(tái)報(bào)時(shí)電路及時(shí)序第42頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電路的工作原理是：

接通電源后按觸發(fā)開關(guān)S，使D觸發(fā)器清“0”。當(dāng)分十位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖Q2M2的下降沿來到時(shí)，經(jīng)G1反相，小時(shí)計(jì)數(shù)器加1。新的小時(shí)數(shù)置入74LSl91。Q2M2的下降沿同時(shí)又使74LS74的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，1Q經(jīng)G3、G4延時(shí)后使/LD＝1、此時(shí)74LSl91進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖由CP0提供。CP0＝1時(shí)音響電路發(fā)出1kHz聲音，CP0＝0時(shí)停響。第43頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電路的工作原理是（續(xù)）：

當(dāng)減法計(jì)數(shù)到0時(shí)，使D觸發(fā)器的1CP＝0，但觸發(fā)器狀態(tài)不變。當(dāng)/RC＝1時(shí)，因Q2M2仍為0，CPH＝1，使D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)復(fù)“0”，74LSl91又回到置數(shù)狀態(tài)，直到下一個(gè)Q2M2的下降沿來到。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)的功能。如果出現(xiàn)某些整點(diǎn)數(shù)不準(zhǔn)確，其主要原因是邏輯控制電路中的與非門延時(shí)時(shí)間不夠，產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，可以適當(dāng)增加與非門的級(jí)數(shù)或接人小電容進(jìn)行濾波。第44頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、整機(jī)電路第45頁(yè)，課件共54頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路校