數字時鐘的設計課程.doc

河南質量工程學院08級電子技術課程設計0電子技術課程設計題目：數字時鐘的設計系別：機電工程系專業(yè)：機電一體化班級：機電3班學生姓名：指導老師：完成日期：2010年1月9日河南質量工程職業(yè)學院河南質量工程學院08級電子技術課程設計1目錄一設計目的.2二設計方案.2三設計原理及其框圖.23.1數字鐘的構成3-53.2數字鐘的工作原理5-63.3時間計數單元6-73.4譯碼驅動及顯示單元.73.5校時電源電路.73.6整點報時電路.7-8四.元器件84.1實驗中所需的器材.84.2芯片內部結構圖及引腳圖.9-104.3面包板內部結構圖11五功能塊電路圖.11-9六總結.11河南質量工程學院08級電子技術課程設計2一、設計目的1.熟悉集成電路的引腳安排。2.掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。3.了解面包板結構及其接線方法。4.了解數字鐘的組成及工作原理。5.熟悉數字鐘的設計與制作。二、設計方案1設計指標時間以24小時為一個周期；顯示時、分、秒；有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間；計時過程具有報時功能，當時間到達整點前5秒進行蜂鳴報時；為了保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號。2設計要求畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；元器件及參數選擇；電路仿真與調試；3編寫設計報告寫出設計與制作的全過程，附上有關資料和圖紙，有心得體會。河南質量工程學院08級電子技術課程設計3三、設計原理及其框圖1數字鐘的構成數字鐘是一個將“時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，另外應有校時功能和一些顯示星期、報時、停電查看時間等附加功能。因此，一個基本的數字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”，“星期”計數器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。數字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數的計數電路。由于計數的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）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。通常使用石英晶體振蕩器電路構成數字鐘。圖3-1所示為數字鐘的一般構成框圖晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路給數字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768z的方波信號，可保證數字鐘的走時準確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。分頻器電路分頻器電路將32768z的高頻方波信號經32768（）次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計數器進行計數。分頻器實際上也就是計數器。河南質量工程學院08級電子技術課程設計4時間計數器電路時間計數電路由秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器及時個位和時十位計數器電路構成，其中秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器為60進制計數器，而根據設計要求，時個位和時十位計數器為12進制計數器。譯碼驅動電路譯碼驅動電路將計數器輸出的8421BCD碼轉換為數碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數碼管正常工作提供足夠的工作電流。數碼管數碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數碼管和液晶（LCD）數碼管，本設計提供的為LED數碼管。數字鐘的工作原理）晶體振蕩器電路）晶體振蕩器是構成數字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準確及穩(wěn)定。）圖3-2所示電路通過非門構成的輸出為方波的數字式晶體振蕩電路，這個電路中，非門與晶體、電容和電阻構成晶體振蕩器電路，實現整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉換為較理想的方波。輸出反饋電阻為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容、與晶體構成一個諧振型網絡，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個度相移，從而和非門構成一個正反饋網絡，實現了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準確。）晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數字鐘電路而設計，其頻率較低，有利于減少分頻器級數。從有關手冊中，可查得C1、C2均為30pF。當要求頻率準確度和穩(wěn)定度更高時，還可接入校正電容并采取溫度補償措施。由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為10M。較高的河南質量工程學院08級電子技術課程設計5反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性，非門電路可選74HC00。圖3-2COMS晶體振蕩器）分頻器電路通常，數字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到z的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進行分頻。通常實現分頻器的電路是計數器電路，一般采用多級進制計數器來實現。例如，將z的振蕩信號分頻為Z的分頻倍數為（），即實現該分頻功能的計數器相當于極進制計數器。常用的進制計數器有等。本實驗中采用CD4060來構成分頻電路。CD4060在數字集成電路中可實現的分頻次數最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。計數為級進制計數器，可以將Z的信號分頻為Z，其內部框圖如圖3-3所示，從圖中可以看出，的時鐘輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實現振蕩和分頻的功能。圖3-3CD4046內部框圖時間計數單元有時計數、分計數和秒計數等幾個部分。時計數單元一般為進制計數器計數器，其輸出為兩位碼形式；分計數和秒計數單元為進制計數器，其輸出也為碼。河南質量工程學院08級電子技術課程設計6一般采用10進制計數器74HC390來實現時間計數單元的計數功能。為減少器件使用數量，可選，其內部邏輯框圖如圖.所示。該器件為雙異步計數器，并且每一計數器均提供一個異步清零端（高電平有效）。圖3-474HC390(1/2)內部邏輯框圖秒個位計數單元為進制計數器，無需進制轉換，只需將與（下降沿有效）相連即可。（下降沒效）與Z秒輸入信號相連，可作為向上的進位信號與十位計數單元的相連。秒十位計數單元為進制計數器，需要進制轉換。將進制計數器轉換為進制計數器的電路連接方法如圖3-5所示，其中可作為向上的進位信號與分個位的計數單元的相連。圖3-510進制6進制計數器轉換電路分個位和分十位計數單元電路結構分別與秒個位和秒十位計數單元完全相同，只不過分個位計數單元的作為向上的進位