課程設(shè)計(jì)之?dāng)?shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)

1、綜述數(shù)字電子鐘是一個(gè)將“ 時(shí)”，“分”，“秒”顯示于人的視覺(jué)器官的計(jì)時(shí)裝置。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、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路和振蕩器組成。主電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。本設(shè)計(jì)采用晶振電路和分頻電路結(jié)合長(zhǎng)生1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)。數(shù)字電子鐘采用數(shù)字集成電路，使電子鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字電子鐘用于定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播及自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域。1 構(gòu)成和工作原理 構(gòu)成數(shù)字電子鐘由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路等部分組成。 工作

2、原理數(shù)字鐘是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1Hz）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器形成秒脈沖信號(hào)，秒脈沖信號(hào)輸入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，并把累計(jì)結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來(lái)。秒計(jì)數(shù)器電路計(jì)滿60后觸發(fā)分計(jì)數(shù)器電路，分計(jì)數(shù)器電路計(jì)滿60后觸發(fā)時(shí)計(jì)數(shù)器電路，當(dāng)計(jì)滿24小時(shí)后又開(kāi)始下一輪的循環(huán)計(jì)數(shù)。由于在不同地方計(jì)時(shí)的需要，在電路上加一個(gè)校時(shí)電路可以對(duì)分和時(shí)進(jìn)行校時(shí)。具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒開(kāi)始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次?；具壿嫻δ芸驁D時(shí)顯示器分顯示器秒顯示器時(shí)譯碼器時(shí)計(jì)數(shù)器分譯碼器分計(jì)數(shù)器秒譯碼器秒計(jì)數(shù)器振蕩器分頻器校時(shí)電路整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路圖1-1 數(shù)字電子鐘的基本邏輯框圖2

3、 電路設(shè)計(jì)下面介紹設(shè)計(jì)電路具體方案。數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)分為秒信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)、時(shí)間計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)、譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路的設(shè)計(jì)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)、校時(shí)電路的設(shè)計(jì)幾個(gè)部分。2.1 秒信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)由石英晶體的阻抗頻率響應(yīng)可知，它的選頻特非常好，有一個(gè)極為穩(wěn)定的串聯(lián)諧振頻率，且等效品質(zhì)因數(shù)Q很高。只有頻率為的信號(hào)最容易通過(guò)，且其他頻率的信號(hào)均會(huì)被晶體所衰減。2.1.1 采用頻率3276Hz的石英晶體D1、D2是反相器，D1用于振蕩，D2用于緩沖整形。為反饋電阻（10100M），反饋電阻的作用是為CMOS反相器提供偏置，使其工作在放大狀態(tài)。C1是頻率微調(diào)電容，改變C1可對(duì)振蕩器頻率作微量調(diào)整，C1一般取

4、535pF。C2是溫度特性校正用的電容，一般取20405pF，電容C1、C2與晶體共同構(gòu)成型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩器頻率的控制，并提供必要的1800相移。最后輸出=32768Hz圖2-1 石英晶體振蕩電路2.1.2 多級(jí)分頻電路將32768Hz脈沖信號(hào)輸入到CD4060組成的脈沖振蕩的14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，所以從最后一級(jí)Q14輸出的脈沖信號(hào)頻率為： 32768/16384 = 2Hz 如圖2-2。再經(jīng)過(guò)二次分頻，得到1Hz的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)脈沖，即秒脈沖如圖2-3。圖2-2 CD4060內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2-3 分頻電路 圖2-4 秒信號(hào)發(fā)生電路原理圖2.2 時(shí)間計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)秒信號(hào)經(jīng)秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器之后

5、，分別得到“秒”個(gè)位、十位、“分”個(gè)位、十位以及“時(shí)”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)輸出信號(hào)，然后送至譯碼顯示電路，以便實(shí)現(xiàn)用數(shù)字顯示時(shí)、分、秒的要求?！懊搿焙汀胺帧庇?jì)數(shù)器應(yīng)為六十進(jìn)制，而“時(shí)”計(jì)數(shù)器應(yīng)為二十四進(jìn)制。采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS90來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。個(gè)位與十位計(jì)數(shù)器均接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)形式，采用同步級(jí)聯(lián)復(fù)位方式。選擇十進(jìn)制的輸出端和個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出端通過(guò)與非門(mén)控制兩片計(jì)數(shù)器的清零端，當(dāng)計(jì)數(shù)器的輸出端狀態(tài)為00100100，立即譯碼反饋清零，實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)；若選擇十位計(jì)數(shù)器的輸出端與個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出端經(jīng)與非門(mén)控制兩片計(jì)數(shù)器的清零端，當(dāng)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為00010010時(shí)，立即反饋清零，

6、實(shí)現(xiàn)十二進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)。敲擊Q鍵可實(shí)現(xiàn)十二進(jìn)制與二十四進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器的轉(zhuǎn)換。圖2-5 74LS90實(shí)現(xiàn)的時(shí)間計(jì)數(shù)單元2.3 譯碼顯示電路采用陰極七段數(shù)碼管將譯碼顯示電路是將計(jì)數(shù)器輸出的8421 BCD碼譯成數(shù)碼管顯示所需要的高低電平。譯碼電路就應(yīng)選接與它配套的共陰極七段數(shù)碼驅(qū)動(dòng)器。譯碼顯示電路采用CD4511BC-7段譯碼驅(qū)動(dòng)器，其芯片引腳如圖2-6所示。譯碼器A、B、C、D與十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的四個(gè)輸出端相連接，a、b、c、d、e、f、g即為驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼顯示器的信號(hào)。根據(jù)A、B、C、D所得的計(jì)數(shù)信號(hào)，數(shù)碼管顯示的相對(duì)應(yīng)的字型。 圖2-6 CD4511BC芯片引腳圖圖2-7 用CD4511BC芯片實(shí)現(xiàn)

7、的譯碼顯示電路2.4 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)當(dāng)中要求當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒開(kāi)始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。即當(dāng)時(shí)間達(dá)到xx時(shí)59分50秒時(shí)蜂鳴器開(kāi)始響第一次，并持續(xù)一秒鐘，然后停鳴一秒，這樣響五次。利用與非門(mén)的相與功能，而已把分十位的QC 、QA ,分個(gè)位的QD、QA，秒十位的QC、QA 和秒個(gè)位的QA相“與非”作為控制信號(hào)控制與非門(mén)的開(kāi)斷，從而控制蜂鳴器的響和停。本設(shè)計(jì)中采用74LS00與非門(mén)構(gòu)成整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路，如圖2-8所示。圖2-8 用74LS00與非門(mén)實(shí)現(xiàn)的整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路時(shí)鐘出現(xiàn)誤差時(shí)，需校準(zhǔn)，這個(gè)時(shí)候分四個(gè)步驟：把小時(shí)計(jì)數(shù)器置到所需的數(shù)字；將分計(jì)數(shù)器置到所需數(shù)；將秒計(jì)數(shù)器在零時(shí)停計(jì)數(shù)，

8、處于等待啟動(dòng)；當(dāng)選定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻到達(dá)的瞬間，按起動(dòng)按鈕，電路則從所預(yù)置時(shí)間開(kāi)始計(jì)數(shù)。校時(shí)電路的設(shè)計(jì)如圖2-9所示：圖2-9 數(shù)字電子鐘的校時(shí)電路3 心得體會(huì)在大二的期末我們做了數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的是數(shù)字電子鐘，這是一次很重要的實(shí)踐活動(dòng)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅鍛煉了我積極思考的好習(xí)慣，而且培養(yǎng)了我一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神。為了讓自己的設(shè)計(jì)能夠很完善，我在設(shè)計(jì)過(guò)程中翻閱了大量的書(shū)籍，與自己的想法相集合，形成了自己的理論。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要掌握一些必要的辦公軟件和畫(huà)圖軟件，這對(duì)我們提高個(gè)人能力有很大的幫助。自己認(rèn)真的對(duì)待了這次課程設(shè)計(jì)，使我受益匪淺。由于系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)合理，功能

9、電路實(shí)現(xiàn)較好，系統(tǒng)性能優(yōu)良、穩(wěn)定，較好地達(dá)到了題目要求的各項(xiàng)指標(biāo)。數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)用到了大學(xué)數(shù)電課中學(xué)到的很多器件，包括有：譯碼器、觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、顯示器、基本的邏輯門(mén)、復(fù)合邏輯門(mén)等。通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)的制作，進(jìn)一步加深并鞏固了我數(shù)字電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，與此同時(shí)我也了解到，扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)是多么的重要，平時(shí)我們開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)也是需要我們加以重視的。第一次撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，開(kāi)始了解了畢業(yè)論文的寫(xiě)作規(guī)范，為我以后撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文或以后設(shè)計(jì)創(chuàng)新打下了一定的基礎(chǔ)。我通過(guò)一些設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)過(guò)程中失敗的例子，學(xué)會(huì)了總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，反思學(xué)習(xí)。最后要感謝指導(dǎo)老師曹媛老師的指導(dǎo)幫助。參考文獻(xiàn)1 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.第五版.北京:高等教育出版社,2006.2 張國(guó)軍,馬玉芳,樸中華.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)M.遼寧：電工與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心，2011.3 童詩(shī)白, 華成英.模擬電子技術(shù)基