電子時鐘設(shè)計報告書

-.z.目錄1前言………………12設(shè)計目的…………13設(shè)計任務………………………14設(shè)計方案…………15數(shù)字鐘電路設(shè)計原理……………25.1設(shè)計步驟……………………25.2數(shù)字鐘的構(gòu)成…………………25.3數(shù)字鐘的工作原理……………46總結(jié)……………87.附錄……………108.參考文獻………………………119.致謝……………13一、前言數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時、分、秒數(shù)字顯示的計時裝置，以其顯示的直觀性、走時準確穩(wěn)定而受到人們的歡送，廣泛用于個人家庭、車站、碼頭、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來了極大的方便，已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?，由于?shù)字集成電路的開展和石英晶體與555振蕩器的廣泛應用，使得數(shù)字鐘的精度遠遠超過老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極人的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時播送、通斷動力設(shè)備、以及各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為根底的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非常現(xiàn)實的意義。二、設(shè)計目的1.掌握數(shù)字鐘的設(shè)計方法。2熟悉集成電路的使用方法。3通過實訓學會數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法；4通過實訓學習元器件的選擇及集成電路手冊查詢方法；5通過實訓掌握電子電路調(diào)試及故障排除方法；6熟悉數(shù)字實驗箱的使用方法。三、設(shè)計任務及指標〔1〕設(shè)計制作一個數(shù)字電子鐘?！?〕時間計數(shù)電路采用24進制，從00開場到23后再回到00；〔3〕各用2位數(shù)碼管顯示時、分、秒；〔4〕具有手動校時、校分功能，可以分別對時、分進展單獨校正；〔5〕計時過程具有報時功能，當時間到達整點前10秒開場，蜂鳴器響1秒停1秒地響5次；四、設(shè)計方案一個根本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、"時〞，"分〞，"秒〞計數(shù)器和定時器組成。干電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、"時、分、秒、〞計數(shù)器、譯碼器及顯示器、電路組成。首先構(gòu)成一個由32768Hz的石英晶體振蕩器和由CD4060構(gòu)成的分頻器構(gòu)成的產(chǎn)生震蕩周期為一秒的標準秒脈沖，由74LS161采用清零法分別組成六十進制的秒計數(shù)器、六十進制分計數(shù)器、二十四進制時計數(shù)器和七進制的周計數(shù)器。使用由32768Hz的石英晶體振蕩器和由CD4060構(gòu)成的分頻器構(gòu)成的產(chǎn)生震蕩周期為一秒的標準秒脈沖，把秒計數(shù)器地進位輸出作為分計數(shù)器的CP脈沖，分計數(shù)器的進位輸出作為時計數(shù)器的CP脈沖，時計數(shù)器的進位輸出作為周計數(shù)器的CP脈沖。使用74LS48為驅(qū)動器，BS201A數(shù)碼管作為顯示器。五、數(shù)字鐘電路設(shè)計原理5.1設(shè)計步驟1、設(shè)計一個精準的秒脈沖產(chǎn)生電路；2、設(shè)計60進制、24進制計數(shù)器；3、設(shè)計譯碼顯示電路； 4、設(shè)計校時電路；5、設(shè)計整點報時電路。5.2數(shù)字鐘的構(gòu)成數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率〔1HZ〕進展計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)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(gòu)成數(shù)字鐘。下列圖為數(shù)字鐘的構(gòu)成框圖。圖15.2.1石英晶體振蕩器石英晶體本身并非振蕩器，它只有借助于有源鼓勵和無源電抗網(wǎng)絡(luò)方可產(chǎn)生振蕩。晶體的頻率〔基頻或n次諧波頻率〕及其溫度特性在很大程度上取決于其切割取向。振蕩器是數(shù)字鐘的核心，石英晶體振蕩器的特點是振蕩的頻率準確，電路構(gòu)造簡單，頻率易于調(diào)整。石英晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768Ｈz的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(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。5.2.2分頻器在數(shù)字電路中，分頻器是一種可以進展頻率變換的電路，其輸入、輸出信號是頻率不同的脈沖序列。輸入、輸出信號頻率的比值稱為分頻比。例如，2分頻器的輸出信號頻率是輸入信號頻率的，8分頻器的輸出信號頻率是輸入信號頻率的。分頻器電路將32768Ｈz的高頻方波信號經(jīng)32768〔〕次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計數(shù)器進展計數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。5.2.3計數(shù)器在數(shù)字鐘電路中，時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為24進制計數(shù)器，周計數(shù)器為7進制計數(shù)器。有了時間標準"秒〞信號后，就可以根據(jù)"60秒為1分〞、"60分為1小時〞、"24小時為1天〞、"7天為1周〞的計數(shù)周期，分別組成。將這些計數(shù)器適當連接，就可以實現(xiàn)"秒〞、"分〞、"時〞、"周〞的計時功能。5.2.4譯碼器要將"秒〞、"分〞、"時〞、"周〞的狀態(tài)顯示成清晰的數(shù)字符號，就需要將計數(shù)器的狀態(tài)經(jīng)譯碼器進展譯碼，并通過顯示器將其顯示出來。譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。5.2.5數(shù)碼管數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管〔LED〕數(shù)碼管和液晶〔LCD〕數(shù)碼管，本設(shè)計提供的為ＬＥＤ數(shù)碼管。5.3數(shù)字鐘的工作原理5.3.1分頻電路本次課程設(shè)計中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。CD4060計數(shù)器為１４級２進制計數(shù)器，可以將３２７６８ＨZ的信號分頻為２ＨZ，其內(nèi)部框圖如下圖，從圖中可以看出，CD4060的時鐘輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功能。圖2分頻電路要得到1Hz的秒信號，可以將2Hz的信號輸入到2分頻電路中，本次課程設(shè)計采用74LS74D觸發(fā)器作為2分頻電路，從輸出端可得到1Hz的秒脈沖。圖3秒脈沖電路如上圖所示，電路由14級二進制串行計數(shù)器CC4060和晶體、電阻及電容構(gòu)成。CC4060內(nèi)部所含的門電路和外接元件構(gòu)成振蕩頻率為32768Hz的振蕩器。經(jīng)計數(shù)器作14級分頻后得到頻率為1Hz〔周期為1s〕的脈沖。5.3.2計數(shù)器電路a.六十進制計數(shù)。秒計數(shù)器的電路形式很多，一般都是由一級十進制計數(shù)器和一級六進制計數(shù)器組成。下列圖所示是用兩塊中規(guī)模集成電路74LS161按反應置零法串接而成。秒計數(shù)器的十位和個位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時還作為"分〞計數(shù)器的輸入信號。分計數(shù)器電路與秒計數(shù)器一樣。圖4六十進制計數(shù)b.二十四進制計數(shù)。下列圖所示為二十四進制小時計數(shù)器，是用兩片74LS161組成的。圖5二十四進制計數(shù)5.3.3譯碼和顯示電路計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用74LS247作為顯示譯碼電路，選用LED七段數(shù)碼管作為顯示單元電路。圖6譯碼和顯示電路5.3.4校準電路圖7校準電路數(shù)字鐘應具有分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。即為用COMS與或非門實現(xiàn)的時或分校時電路，In1端與低位的進位信號相連；In2端與校正信號相連，校正信號可直接取自分頻器產(chǎn)生的1HZ或2HZ〔不可太高或太低〕信號；輸出端則與分或時個位計時輸入端相連。當開關(guān)打向下時，因為校正信號和0相與的輸出為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時電路處于正常計時狀態(tài)；當開關(guān)打向上時，情況正好與上述相反，這時校時電路處于校時狀態(tài)。實際使用時，因為電路開關(guān)存在抖動問題，所以一般會接一個RS觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)消抖動電路，所以整個較時電路就如圖5.3.5報時電路圖8報時電路電路應在整點前10秒鐘內(nèi)開場整點報時，即當時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。當時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數(shù)器十位的QＣ和QＡ、個位的QＤ和QＡ及秒計數(shù)器十位的QＣ和QＡ相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。報時電路可選74HC30來構(gòu)成。74HC30為8輸入與非門。六、總結(jié)在連接六十進制的進位及二十四進制的接法中,要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,則在電路出錯時便能準確地找出錯誤所在并及時糾正了.通過這次對數(shù)字鐘的設(shè)計與制作，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計理念，加強了我們動手、思考、合作和解決問題的能力。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。設(shè)計也是一個團隊的任務，一起工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，大學里一年的相處還趕不上這十來天的合作，我感覺我和同學們之間的距離更加近了。團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié)協(xié)作的精神。團結(jié)協(xié)作是成功的一項非常重要的保證。對我們而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。通過這次課程設(shè)計，我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會效勞，從而提高自己的實際運用能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的缺乏之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠結(jié)實。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多專業(yè)知識問題，最后在教師的辛勤指導下，終于迎刃而解。同時，在教師的身上我們也學到很多實用的知識，在此表示感謝！同時，對給過我?guī)椭乃薪處熀屯瑢W表示衷心的感謝！附錄表1元器件清單器件名稱規(guī)格數(shù)量CD45116CD4060174LS00574LS30174LS90674LS74174LS0411K電阻2 .3K電阻410M電阻130-50pF可調(diào)電容2二位數(shù)碼管3晶振〔32768〕1開關(guān)〔自鎖〕1開關(guān)〔無鎖〕2蜂鳴器