計(jì)時(shí)器的發(fā)展與應(yīng)用優(yōu)選材料

1、1 . 引言人類(lèi)對(duì)計(jì)時(shí)器的應(yīng)用已有幾千年的歷史了， 從遠(yuǎn)古的日密和漏壺到現(xiàn)在的時(shí) 鐘和秒表，計(jì)時(shí)器從重量、功能、外觀、應(yīng)用范圍發(fā)生了巨大的變化。本文設(shè)計(jì) 了一種多功能計(jì)時(shí)器，該計(jì)時(shí)器的整個(gè)系統(tǒng)由五部分功能電路組成，為：脈沖發(fā)生 電路，計(jì)時(shí)電路，校分電路，清零電路和報(bào)時(shí)電路。本設(shè)計(jì)報(bào)告對(duì)每部分電路的原 理圖，功能描述，工作原理及所用的器件都作了詳細(xì)敘述。該系統(tǒng)可以完成的功能 為:00秒到9分59秒的計(jì)時(shí)功能；能分別在9分53秒,9分55秒和9分57秒發(fā) 三聲低音,并且在9分59秒發(fā)一聲高音；能完成快速校分功能；還有開(kāi)機(jī)清零,并 在任何時(shí)候按動(dòng)清零開(kāi)關(guān)使系統(tǒng)清零功能。2 .計(jì)時(shí)器的發(fā)展史2.1 中

2、國(guó)計(jì)時(shí)器的發(fā)展中國(guó)是世界上最早發(fā)明計(jì)時(shí)儀器的國(guó)家。 遠(yuǎn)古時(shí)代的日密和漏壺是我們祖先 創(chuàng)造的最簡(jiǎn)單的計(jì)時(shí)器，利用太陽(yáng)的影子和滴水或流沙的恒定交流量計(jì)算時(shí)刻。 有史料記載，漢武帝太初年間（紀(jì)元前104-101年）由落下閔創(chuàng)造了我國(guó)最早的 表示天體運(yùn)行的儀器一一渾天儀。東漢時(shí)期（公元130年）張衡創(chuàng)造了水運(yùn)渾天 儀，為世界上最早的以水為動(dòng)力的觀測(cè)天象的機(jī)械計(jì)時(shí)器，是世界機(jī)械天文鐘的先驅(qū)。盛唐時(shí)代，公元725年張遂（又稱(chēng)一行）和梁令瓚等人創(chuàng)制了水運(yùn)渾天銅 儀，它不但能演示天球和日、月的運(yùn)動(dòng)，而且立了兩個(gè)木人，按時(shí)擊鼓，按時(shí)打 鐘。第一個(gè)機(jī)械鐘的靈魂一擒縱器用于計(jì)時(shí)器。宋朝（公元1092年）蘇頌和韓公廉

3、等創(chuàng)制了著名的水運(yùn)儀象臺(tái)， 它把渾儀、 渾象和機(jī)械性計(jì)時(shí)器都組合在一起，成為世界上第一座以水為動(dòng)力，裝有擒縱裝 置的自嗚機(jī)械天文鐘，但最有價(jià)值的還是蘇頌為 水運(yùn)儀象臺(tái)撰寫(xiě)了詳細(xì)設(shè)計(jì) 說(shuō)明編成新儀象法要一書(shū)，記載了水運(yùn)儀象臺(tái)的全部結(jié)構(gòu)，并繪制了 60多 輻150多種零部件的附圖，這是世界上第一部圖文并茂的天文計(jì)時(shí)器專(zhuān)著。明末清初，歐洲的鐘表開(kāi)始進(jìn)入宮廷，并逐漸占據(jù)中國(guó)市場(chǎng)，帶動(dòng)了我國(guó) 鐘表制造業(yè)的發(fā)展。解放后，人民生活水平不斷提高，國(guó)家根據(jù)需要，在制鐘工業(yè)原有基礎(chǔ)上， 先后建立了很多鐘表工業(yè)基地，使鐘表生產(chǎn)迅速發(fā)展。在輕工業(yè)部的領(lǐng)導(dǎo)下，設(shè) 計(jì)出了全國(guó)擺鐘、鬧鐘、手表、電子鐘、石英鐘的“統(tǒng)一機(jī)芯”

4、為滿(mǎn)足市場(chǎng)需要， 鐘表產(chǎn)品不斷創(chuàng)新，花色品種日新月異，使中國(guó)成為世界鐘表生產(chǎn)大國(guó)，為國(guó)民 經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。2.2 西方計(jì)時(shí)器的發(fā)展西方的計(jì)時(shí)器也是經(jīng)過(guò)水鐘和機(jī)械鐘兩個(gè)階段。但一直到十三世紀(jì)還沒(méi)有脫 離水鐘的階段。到十四世紀(jì)（約 1370年）在法國(guó)著名的亨利德維克創(chuàng)制的鐘 上才采用了比較完備的齒輪系，并用重錘代替水力，經(jīng)過(guò)約兩個(gè)世紀(jì)的漫長(zhǎng)時(shí)間， 才造出了比較現(xiàn)代的機(jī)械時(shí)鐘。1583年，著名的意大利物理學(xué)家伽利略在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了 “擺”的等時(shí)性， 1656年，荷蘭數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和天文學(xué)家惠更斯繼續(xù)伽利略的理論研究，建 立了數(shù)學(xué)擺的力學(xué)原理，創(chuàng)造了 “擺鐘”理論，開(kāi)創(chuàng)了精密計(jì)時(shí)學(xué)的新紀(jì)元。1

5、658 年，以“擺”做為鐘表調(diào)速器的惠更斯擺鐘問(wèn)世，從此，擺鐘就成為座鐘的一個(gè)主要形式，目前廣泛使用的就是這種擺鐘。盤(pán)簧（發(fā)條）的發(fā)明給時(shí)鐘的小型化 創(chuàng)造了條件，而擺的發(fā)明進(jìn)一步提高了時(shí)鐘走時(shí)的準(zhǔn)確性， 使擺鐘長(zhǎng)期以來(lái)被作 為最好的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。1675年，惠更斯又采用擺輪游絲系統(tǒng)造出了一種便于攜帶 的鐘表。也就是現(xiàn)代鬧鐘的前身。隨著自由錨式擒縱器的發(fā)明和懷表的微型化， 十八世紀(jì)末由瑞士鐘表匠制成 了世界上第一塊手表。第一只石英鐘出現(xiàn)在二十世紀(jì)二十年代，從三十年代開(kāi)始 得到了推廣，從六十年代開(kāi)始，由于應(yīng)用半導(dǎo)體技術(shù)，成功地解決了制造日用石 英鐘問(wèn)題，石英電子技術(shù)在計(jì)時(shí)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 并取代

6、機(jī)械鐘作了更精 確的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。3 .計(jì)時(shí)器的組成跟據(jù)計(jì)時(shí)器的功能特點(diǎn)，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)可劃分為6個(gè)子模塊：鍵輸入模塊，時(shí)鐘分頻模塊，控制模塊，秒表計(jì)時(shí)模塊，計(jì)時(shí)存儲(chǔ)模塊和顯示模塊。各模塊的 功能獨(dú)立，可擴(kuò)充性強(qiáng)，具有再次開(kāi)發(fā)的潛力。3.1 鍵輸入模塊計(jì)時(shí)器的輸入控制為按鍵方式，由于手動(dòng)按鍵，會(huì)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)簧片反彈引起的 電平抖動(dòng)現(xiàn)象，為保證系統(tǒng)能捕捉到輸出脈沖，在每一個(gè)開(kāi)關(guān)后面安排一個(gè)消抖 和同步電路，以并保證每按一鍵，只形成一個(gè)寬度為系統(tǒng)時(shí)鐘周期的脈沖。3.2 時(shí)鐘分頻模塊時(shí)鐘分頻模塊的功能是將頻率為1000Hz的外部時(shí)鐘信號(hào)clk進(jìn)行分頻，從 而產(chǎn)生用來(lái)消除抖動(dòng)的 25Hz的時(shí)鐘信號(hào)clkl和用于計(jì)

7、時(shí)器內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)的 100Hz的時(shí)鐘信號(hào)clk0。由于計(jì)時(shí)器系統(tǒng)使用的時(shí)鐘信號(hào)clkl和時(shí)鐘信號(hào)clk0的有效脈沖寬度均為1ms,則需對(duì)分頻產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行處理3.3 控制模塊控制模塊的功能是用來(lái)控制計(jì)時(shí)模塊的工作。3.4 秒表計(jì)時(shí)模塊秒表計(jì)時(shí)模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)秒表內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)功能。3.5 時(shí)間存儲(chǔ)模塊時(shí)間存儲(chǔ)模塊的作用是對(duì)計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)存儲(chǔ)鍵未按下時(shí)，系統(tǒng)將 計(jì)時(shí)模塊產(chǎn)生的計(jì)時(shí)值送入存儲(chǔ)模塊進(jìn)行鎖存同時(shí)送給顯示模塊進(jìn)行顯示；當(dāng)存儲(chǔ)鍵按下時(shí)，存儲(chǔ)模塊則不鎖存計(jì)時(shí)值，而保留按鍵時(shí)刻的時(shí)間并送給顯示模塊， 實(shí)現(xiàn)中途計(jì)時(shí)的功能。當(dāng)存儲(chǔ)按鍵復(fù)位時(shí)，存儲(chǔ)模塊再一次重復(fù)前面的過(guò)程，實(shí) 現(xiàn)對(duì)下一中途時(shí)刻進(jìn)行計(jì)

8、時(shí)。3.6 顯示譯碼模塊顯示模塊用來(lái)顯示計(jì)時(shí)模塊輸出的即時(shí)計(jì)時(shí)和中途計(jì)時(shí)結(jié)果。模塊由四個(gè)部分構(gòu)成：八進(jìn)制計(jì)數(shù)器 count8 計(jì)時(shí)位選擇電路、七段顯示譯碼電路和顯示位 選擇譯碼電路。對(duì)于計(jì)時(shí)位選擇電路，由于其輸出端口的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù) q的位數(shù)既有2位的、3 位的還有4位的，而七段顯示譯碼電路的輸入端口接收四位寬度數(shù)據(jù)， 因此在計(jì) 時(shí)位選擇電路中還需將計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 4位寬度的數(shù)據(jù)。4 .設(shè)計(jì)電路功能總體要求4.1 設(shè)計(jì)電路功能的步驟1 .設(shè)計(jì)一個(gè)脈沖發(fā)生電路為計(jì)時(shí)器提供秒脈沖為報(bào)時(shí)電路提供驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的脈沖信號(hào)。2 .設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)電路完成0分00秒一一9分59秒的計(jì)時(shí)功能。3 .設(shè)計(jì)報(bào)時(shí)電路使數(shù)字計(jì)時(shí)器從 9分53秒開(kāi)始報(bào)時(shí)，每隔一秒發(fā)一聲，共 發(fā)三聲低音，一聲高音：即9分53秒、9分55秒、9分57秒發(fā)低音（頻率1KH, 9分59秒發(fā)高音（頻率2KH。4 .設(shè)計(jì)校分電路在任何時(shí)候，撥動(dòng)校分開(kāi)關(guān)，可進(jìn)行快速校分。5 .設(shè)計(jì)清零電