數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì).docVIP

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題:數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)姓名:學(xué)院:工學(xué)院專(zhuān)業(yè):電子信息工程班級(jí):06級(jí)（1）班學(xué)號(hào):日期2008年12月22日2009年1月3日指導(dǎo)教師:馬德貴安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院機(jī)電工程系目錄1設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求12.方案論證與選擇13.單元電路的設(shè)計(jì)和元器件的選擇53.1六進(jìn)制電路的設(shè)計(jì)63.2十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)63.3六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)63.4雙六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)73.5時(shí)間計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)83.6校正電路的設(shè)計(jì)83.7時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)83.8整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)93.9主要元器件的選擇104.系統(tǒng)電路總圖及原理105.經(jīng)驗(yàn)體會(huì)10參考文獻(xiàn)11附錄A：系統(tǒng)電路原理圖12附錄B：元器件清單131數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求數(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(wú)機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)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)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(guò)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(guò)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。1.1設(shè)計(jì)指標(biāo)1.時(shí)間以12小時(shí)為一個(gè)周期；2.顯示時(shí)、分、秒；3.具有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；4.計(jì)時(shí)過(guò)程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)；5.為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。1.2設(shè)計(jì)要求1.畫(huà)出電路原理圖（或仿真電路圖）；2.元器件及參數(shù)選擇；3.編寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告寫(xiě)出設(shè)計(jì)的全過(guò)程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。2.方案論證與選擇2.1數(shù)字鐘的系統(tǒng)方案數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)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。2圖1數(shù)字電子鐘方案框圖2.2晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768HZ的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。一般輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩器電路通常有兩類(lèi)，一類(lèi)是用TTL門(mén)電路構(gòu)成；另一類(lèi)是通過(guò)CMOS非門(mén)構(gòu)成的電路，本次設(shè)計(jì)采用了后一種。如圖（b）所示，由CMOS非門(mén)U1與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，U2實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電阻為非門(mén)提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門(mén)的功能近似于一個(gè)高增益的反相放大器。電容C1、C2與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)180度相移，從而和非門(mén)構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。3圖2CMOS晶體振蕩器（仿真電路）2.3時(shí)間計(jì)數(shù)電路一般采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器如74HC290、74HC390等來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。本次設(shè)計(jì)中選擇74HC390。由其內(nèi)部邏輯框圖(如圖3)可知，其為雙2-5-10異步計(jì)數(shù)器，并每一計(jì)數(shù)器均有一個(gè)異步清零端（高電平有效）。圖374HC390內(nèi)部功能圖秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無(wú)需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將與（下降沿有效）相連即可。（下降沒(méi)效）與Z秒輸入信號(hào)相連，可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與十位計(jì)數(shù)單元的相連。秒十位計(jì)數(shù)單元為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將十進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路連接方法如圖4所示，其中可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的相連。圖4十進(jìn)制-六進(jìn)制轉(zhuǎn)換電路分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同，只不過(guò)分個(gè)位計(jì)數(shù)單元的作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與分十位計(jì)數(shù)單元的相連，分十位計(jì)數(shù)單元的作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的4相連。時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個(gè)位計(jì)數(shù)單元相同，但是要求，整個(gè)時(shí)計(jì)數(shù)單元應(yīng)為十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，不是10的整數(shù)倍，因此需將個(gè)位和十位計(jì)數(shù)單元合并為一個(gè)整體才能進(jìn)行十二進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用片74HC390實(shí)現(xiàn)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)功能的電路如圖5所示。圖5十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路另外，圖5所示電路中，尚余個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)單元，正好可作為分頻器2Z輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為1Z信號(hào)之用。2.4譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元電路選擇CD4511作為顯示譯碼電路；選擇LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。由CD4511把輸進(jìn)來(lái)的二進(jìn)制信號(hào)翻譯成十進(jìn)制數(shù)字，再由數(shù)碼管顯示出來(lái)。這里的LED數(shù)碼管是采用共陰的方法連接的。計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)并以8421BCD碼的形式輸送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD碼轉(zhuǎn)變?yōu)槠叨螖?shù)碼送到數(shù)碼管中顯示出來(lái)。2.5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(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中。即為用COMS與或非門(mén)實(shí)現(xiàn)的時(shí)或分校時(shí)電路，In1端與低位的進(jìn)位信號(hào)相連；In2端與校正信號(hào)相連，校正信號(hào)可直接取自分頻器產(chǎn)生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信號(hào)；輸出端則與分或時(shí)個(gè)位計(jì)時(shí)輸入端相連。當(dāng)開(kāi)關(guān)打向下時(shí)，因?yàn)樾Ｕ盘?hào)和0相與的輸出為0，而開(kāi)關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號(hào)可以順利通過(guò)與或門(mén)，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)開(kāi)關(guān)打向上時(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)。5實(shí)際使用時(shí)，因?yàn)殡娐烽_(kāi)關(guān)存在抖動(dòng)問(wèn)題，所以一般會(huì)接一個(gè)RS觸發(fā)器構(gòu)成開(kāi)關(guān)消抖動(dòng)電路，所以整個(gè)較時(shí)電路就如圖6。圖6帶有消抖電路的校正電路2.6整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開(kāi)始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào)。當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計(jì)數(shù)器十位的Q和Q、個(gè)位的Q和Q及秒計(jì)數(shù)器十位的Q和Q相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)。報(bào)時(shí)電路可選74HC30來(lái)構(gòu)成。74HC30為8輸入與非門(mén)。12345611128U174HC30DIO1IO2IO3IO4IO5IO6說(shuō)明：當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為5，9和5；因此，可以將分計(jì)數(shù)器十位的Qc和QA，個(gè)位的QD和QA及秒計(jì)數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信