電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)---多功能數(shù)字時(shí)鐘.doc

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.能直接顯示“時(shí)”、“分”、“秒”十進(jìn)制數(shù)字的石英數(shù)字鐘。2.可以24小時(shí)制或12小時(shí)制。3.具有校時(shí)功能?？梢詫?duì)小時(shí)和分單獨(dú)校時(shí)，對(duì)分校時(shí)的時(shí)候，停止分向小時(shí)進(jìn)位。校時(shí)時(shí)鐘源可以手動(dòng)輸入或借用電路中的時(shí)鐘。4.整點(diǎn)能自動(dòng)報(bào)時(shí)，要求報(bào)時(shí)聲響四低一高，最后一響為整點(diǎn)。5.走時(shí)精度高于普通機(jī)械時(shí)鐘（誤差不超過1s/d）。二、方案設(shè)計(jì)與認(rèn)證1、課題分析數(shù)字時(shí)鐘一般由6個(gè)部分組成，其中振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)的秒信號(hào)發(fā)生器，由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，譯碼器和顯示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。秒信號(hào)送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，把累計(jì)的結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的十進(jìn)制數(shù)字顯示出來?！皶r(shí)”顯示由二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器構(gòu)成，“分”、“秒”顯示分別由六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器構(gòu)成。其原理框圖如圖1所示。時(shí)顯示器時(shí)譯碼器時(shí)計(jì)數(shù)器分顯示器分譯碼器分計(jì)數(shù)器秒顯示器秒譯碼器秒計(jì)數(shù)器校時(shí)電路分頻器振蕩器整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路圖12、方案認(rèn)證（1）振蕩器振蕩器是計(jì)時(shí)器的核心，主要用來產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，也叫時(shí)基信號(hào)。數(shù)字鐘的精度，主要取決于時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率及穩(wěn)定度。振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)的精度就越高，但耗電量將增大。一般采用石英晶體振蕩器經(jīng)過分頻后得到這一信號(hào)，也可采用由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。（2）分頻器振蕩器產(chǎn)生的時(shí)基信號(hào)通常頻率都很高，要使它變成能用來計(jì)時(shí)的“秒”信號(hào)，需由分頻器來完成。分頻器的級(jí)數(shù)和每級(jí)的分頻次數(shù)要根據(jù)時(shí)基頻率來定。例如，目前石英電子鐘多采用32768Hz的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，將此信號(hào)經(jīng)過15級(jí)二分頻即可得到周期為1s的“秒”信號(hào)。也可選用其他頻率的時(shí)基信號(hào)，確定好分頻次數(shù)后再選擇合適的集成電路。（3）計(jì)數(shù)器數(shù)字鐘的“秒”、“分”信號(hào)產(chǎn)生電路都由六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成，“時(shí)”信號(hào)產(chǎn)生電路由二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成?！懊搿焙汀胺帧庇?jì)數(shù)器用兩塊十進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)是很容易的，它們的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制，這樣，符合人們通常計(jì)數(shù)習(xí)慣?！皶r(shí)”計(jì)數(shù)也可以用兩塊十進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，只是做成二十四進(jìn)制。上述計(jì)數(shù)器均可用反饋清零法來實(shí)現(xiàn)。（4）譯碼顯示電路因本設(shè)計(jì)選用的計(jì)數(shù)器全部采用二十進(jìn)制集成塊，因而計(jì)數(shù)器的譯碼顯示均采用BCD七段顯示譯碼器，顯示器采用共陰極或共陽極的七段顯示數(shù)碼管。（5）校時(shí)電路在剛開機(jī)接通電源或計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。校“時(shí)”電路的基本原理是將周期為0.5s的脈沖信號(hào)直接引進(jìn)“時(shí)”計(jì)數(shù)器，同時(shí)將“分”計(jì)數(shù)器置零，讓“時(shí)”計(jì)數(shù)器快速計(jì)數(shù)，在“時(shí)”的指示達(dá)到需要的數(shù)字后，切斷0.5s的脈沖信號(hào)。（6）整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路數(shù)字鐘整點(diǎn)報(bào)時(shí)是最基本的功能之一。此電路要求每當(dāng)“分”和“秒”計(jì)數(shù)器計(jì)到59分50秒時(shí)，便自動(dòng)驅(qū)動(dòng)音響電路，在10s內(nèi)自動(dòng)發(fā)出5次鳴叫聲。要求每隔1s叫一次，每次持續(xù)時(shí)間為1s，共響5次，并且前四次為低音，最后一響為高音，此時(shí)計(jì)數(shù)器正好為整點(diǎn)（“0”分“0”秒）。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算（1）振蕩器及分頻器方案一：石英晶體的振蕩頻率為4MHz，不能用來作為數(shù)字時(shí)鐘的輸入信號(hào)，必須將它變?yōu)?s的脈沖信號(hào)。所以，還要對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行分頻。由圖2可知，4MHz晶振的輸出送到U1芯片分頻。U1芯片選用MCI406414級(jí)二分頻器，由輸出端Q14得到214分頻的脈沖信號(hào)，fQ144MHz/214=4MHz/16384244.141Hz。再經(jīng)U2（仍選用MCI4060）芯片進(jìn)行28分頻，由輸出端Q8可得到周期為1s的脈沖信號(hào)，fQ8244.141Hz/2560.594Hz，其周期為1/fQ8=1/0.594Hz1.048s?？梢杂肬1芯片的Q12、Q13端為整點(diǎn)報(bào)時(shí)提供頻率分別為1000Hz和500Hz的信號(hào)，因?yàn)閒Q12=4/212MHz=4/4096MHz=976.56Hz,fQ13=4/213MHz=4/8192MHz=488.281。方案二：圖3中采用555定時(shí)器與RC組成的多諧振蕩器，振蕩頻率f0=1KHz。Rp為可調(diào)電位器，微調(diào)Rp可以調(diào)整振蕩器的輸出頻率f0。電路的振蕩周期T0t1+t2=1ms,其中t1=0.7(R1+R2+Rp)C2,t2=0.7R2C2。如果選定脈沖占空比q=t1/T0=0.6，則t1=0.6T0=0.6ms,t2=T0-t1=0.4ms。若選擇電容C20.1uF，則R2=t2/0.7C2=0.410-3/0.70.110-6=5.17k，取標(biāo)稱阻值R25.1k。由R1+Rp=(t1/0.7C2)-R2=0.610-3/0.70.110-6-5.110-3=3.47k，可取R13k，Rp=2k。555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生的1KHz振蕩頻率，需要用功片74LS90組成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行級(jí)聯(lián)后分頻，每片均為十分頻電路，經(jīng)過3片74LS90級(jí)聯(lián)后，可獲得周期為1s的脈沖信號(hào)，如圖3所示。（2）時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)電路有了秒脈沖信號(hào)，則可按照60s為1min，60min為1h，24h為一天來設(shè)定時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)電路。分和秒計(jì)數(shù)器都是模為60的計(jì)數(shù)器，采用中規(guī)模集成電路十進(jìn)制計(jì)數(shù)器至少需要兩片?！懊搿眰€(gè)位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘CP信號(hào)是由分頻器提供的周期為1s的脈沖信號(hào)，“分”個(gè)位計(jì)數(shù)器的CP信號(hào)是由秒計(jì)數(shù)器提供的進(jìn)位信號(hào)，“分”計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)送至“時(shí)”個(gè)位計(jì)數(shù)器的CP端。它們的個(gè)位是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而十位是六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)規(guī)律為0001585900，當(dāng)計(jì)滿60時(shí)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)。因此，可選用一片雙重BCD加法計(jì)數(shù)器CC4518。采用反饋清零的方法實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其電路如圖4所示。“時(shí)”計(jì)數(shù)器是二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，也可選用一片CC4518采用反饋清零的方法實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制。其電路如圖5所示。（3）譯碼顯示電路譯碼顯示電路的功能是將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器輸出的4位代碼翻譯并顯示相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)的狀態(tài)，通常譯碼器和顯示器是配套使用的，如果選用共陰極發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器BS201/202，則譯碼顯示電路可采用CC4511BCD七段譯碼驅(qū)動(dòng)器。其引腳排列如圖6所示。（4）校時(shí)電路校時(shí)電路如圖7所示。3個(gè)控制開關(guān)S1、S2、S3分別用來實(shí)現(xiàn)“時(shí)”、“分”、“秒”的校準(zhǔn)。開關(guān)處于正常位置時(shí)，分別接高電平，門3、門6、門8被封鎖，校準(zhǔn)信號(hào)不能通過3個(gè)門，所以“時(shí)”、“分”、“秒”的計(jì)數(shù)器按正常計(jì)數(shù)。當(dāng)按下S1至“校時(shí)”位置時(shí)，S1閉合，門3打開，由分頻器CC4060送來0.5s的脈沖信號(hào)直接進(jìn)入“時(shí)”計(jì)數(shù)器，使小時(shí)指示每0.5s計(jì)一個(gè)字，達(dá)到快速校時(shí)的目的，同時(shí)0.5s的脈沖信號(hào)送入“分”計(jì)數(shù)器的置0端，使“分”置0?！皶r(shí)”校準(zhǔn)后，放開開關(guān)S1。當(dāng)按下開關(guān)S2至“校分”位置時(shí)，和“校時(shí)”的原理一樣，將0.5s的脈沖信號(hào)直接送入“分”計(jì)數(shù)器的CPA端的“秒”計(jì)數(shù)器的置0端，使“分”指示快速計(jì)數(shù)，同時(shí)將“秒”計(jì)數(shù)器置0?！胺帧毙?zhǔn)后，放開開關(guān)S2.“秒”校準(zhǔn)控制著一個(gè)RS觸發(fā)器（實(shí)際電路可用雙D觸發(fā)器74LS74集成塊中的一個(gè)D觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)RS的功能）的狀態(tài)。當(dāng)S3處于正常位置時(shí)，觸發(fā)器置“1”，Q/端輸出低電平，關(guān)閉門8，Q端輸出高電平，使門7打開，“秒”信號(hào)正常進(jìn)入“秒”計(jì)數(shù)器，使時(shí)鐘正常計(jì)時(shí)。當(dāng)按下開關(guān)S3至“校秒”位置則觸發(fā)器置“0”，Q端輸出低電平，關(guān)閉門7，Q/端輸出高電平，打開門8使0.5s的脈沖信號(hào)進(jìn)入“秒”計(jì)數(shù)器，此時(shí)，“秒”計(jì)數(shù)器快速計(jì)時(shí)，待“秒”校準(zhǔn)后，放開按鍵S3，使其恢復(fù)正常位置。（5）整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路如圖8所示，包括控制門電路和音響電路兩部分。第一部分為控制門電路部分。當(dāng)“分”和“秒”計(jì)數(shù)器計(jì)到59分50秒時(shí)，從59分50秒到59分59秒之間，只有“秒”個(gè)位在計(jì)數(shù)，而“秒”的十位，“分”的個(gè)位，“分”的十位中CQC4=QA4=QD3=QA3=QC2=QA2=1不變。將它們相與，即CQC4QA4QD3QA3QC2QA2作為控信號(hào)，去控制門15和門16。在每小時(shí)的最后10s內(nèi)C1。門15輸入端加有頻率2048Hz的信號(hào)B（可取自分頻器CC4060的Q4端），同時(shí)又受QD1和QA1的控制，即C在59s時(shí)，QD1QA1C1，門16被關(guān)閉，門15打開，B信號(hào)通過門15；門16輸入端加有頻率1024Hz的信號(hào)A（可取自分頻器Q5端），同時(shí)又受QD1和QA1控制，即C在51s、53s、55s、57s時(shí)，QD1/QA1C1,門15被關(guān)閉，門16打開，A信號(hào)通過門16。則ZQD1QA