數(shù)字電子鐘的電路畢業(yè)設(shè)計說明

./航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書〔論文課題名稱數(shù)字電子鐘電路的設(shè)計專業(yè)航空電子設(shè)備維修班級081331溫曉俊學(xué)號081331048號指導(dǎo)老師賀國燦技術(shù)職稱____________20XX4月10日航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計〔論文任務(wù)書學(xué)生：溫曉俊班級：0813311.畢業(yè)設(shè)計〔論文題目：數(shù)字電子鐘電路的設(shè)計2.畢業(yè)設(shè)計〔論文使用的原始資料數(shù)據(jù)及設(shè)計技術(shù)要求：<1>數(shù)字電子鐘的邏輯框圖.<2>它由石英晶體振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器和校時電路組成.<3>石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為秒脈沖,秒脈沖送入計數(shù)器計數(shù),計數(shù)結(jié)果通過"時"、"分"、"秒"譯碼器顯示時間。3.畢業(yè)設(shè)計〔論文工作容及完成時間：<1設(shè)設(shè)計一個具有時、分、秒顯示的電子鐘。應(yīng)具有校時功能；〔2用小規(guī)模集成電路組成電子鐘；〔3設(shè)計顯示裝置。日期：自20XX12月11日至20XX4月10日指導(dǎo)老師評語：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________指導(dǎo)老師：___________系主任：___________目錄TOC\o"1-3"\u摘要4第一章緒論51.1數(shù)字電子鐘的背景51.2數(shù)字電子鐘的設(shè)計目的及意義61.3設(shè)計功能及要求71.4數(shù)字電子鐘的應(yīng)用7第二章設(shè)計總體方案82.1設(shè)計框架圖82.2總體設(shè)計方案說明8第三章電路設(shè)計93.1振蕩電路93.1.1振蕩器93.1.2分頻器113.2計數(shù)電路設(shè)計123.2.1六十進制計數(shù)器原理123.2.2二十四進制計數(shù)器原理133.3數(shù)碼顯示管設(shè)計133.3.1數(shù)碼顯示管譯碼輸出143.3.27448BCD-七段顯示譯碼器接口電路143.4電源.調(diào)時按鈕設(shè)15第四章電路分析174.1數(shù)字電子鐘的工作原理174.2元件清單174.3電路原理圖18體會心得19參考文獻20摘要數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率〔1Hz進行計數(shù)的計數(shù)電路。振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號經(jīng)過分頻器形成秒脈沖信號,秒脈沖信號輸入計數(shù)器進行計數(shù),并把累計結(jié)果以"時"、"分"、"秒"的數(shù)字顯示出來。秒計數(shù)器電路計滿60后觸發(fā)分計數(shù)器電路,分計數(shù)器電路計滿60后觸發(fā)時計數(shù)器電路,當計滿24小時后又開始下一輪的循環(huán)計數(shù)。一般由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼顯示器等幾部分組成。振蕩電路：主要用來產(chǎn)生時間標準信號,因為時鐘的精度主要取決于時間標準信號的頻率及穩(wěn)定度,所以采用石英晶體振蕩器。分頻器：因為振蕩器產(chǎn)生的標準信號頻率很高,要是要得到"秒"信號,需一定級數(shù)的分頻器進行分頻。計數(shù)器：有了"秒"信號,則可以根據(jù)60秒為1分,24小時為1天的進制,分別設(shè)定"時"、"分"、"秒"的計數(shù)器,分別為60進制,60進制,24進制計數(shù)器,并輸出一分,一小時,一天的進位信號。譯碼顯示：將"時""分""秒"顯示出來。將計數(shù)器輸入狀態(tài),輸入到譯碼器,產(chǎn)生驅(qū)動數(shù)碼顯示器信號,呈現(xiàn)出對應(yīng)的進位數(shù)字字型。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間〔如時間一致,故需要在電路上加一個校時電路可以對分和時進行校時。另外,計時過程要具有報時功能,當時間到達整點前10秒開始,蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。為了使數(shù)字鐘使用方便,在設(shè)計上使用了一個變壓器和一個整流橋來實現(xiàn)數(shù)字鐘電能的輸入,使得可以方便地直接插入220V的交流電就可以正常地使用了。關(guān)鍵詞數(shù)字鐘振蕩計數(shù)校正報時第一章緒論1.1數(shù)字電子鐘的背景中國是世界上最早發(fā)明計時儀器的國家。有史料記載,漢武帝太初年間〔紀元前104-101年由落下閎創(chuàng)造了我國最早的表示天體運行的儀器——渾天儀。東漢時期〔公元130年衡創(chuàng)造了水運渾天儀,為世界上最早的以水為動力的觀測天象的機械計時器,是世界機械天文鐘的先驅(qū)。盛唐時代,公元725年遂〔又稱一行和梁令瓚等人創(chuàng)制了水運渾天銅儀,它不但能演示天球和日、月的運動,而且立了兩個木人,按時擊鼓,按時打鐘。第一個機械鐘的靈魂——擒縱器用于計時器,這是中國科學(xué)家對人類計時科學(xué)的偉大貢獻。它比十四世紀歐洲出現(xiàn)的機械鐘先行了六個世紀。隨著科學(xué)的進步,精密的電子元件不斷涌現(xiàn),石英鐘表也開始變得小巧精致,它既是實用品,也是裝飾品。它為人們的生活提供方便,更為人們的生活增添了新的色彩。在現(xiàn)行情況下根據(jù)簡單實用強的、走時準確進行設(shè)計。而實驗證明,鐘表的振蕩部分采用石英晶體作為時基信號源時,走時更精確、調(diào)整更方便。鐘是一種計時的器具,它的出現(xiàn)開拓了時間計量的新里程。提起時鐘大家都很熟悉,它是給我們指明時間的一種計時器,并且我們每天都要用到它。二十世紀八十年代中國的鐘表業(yè)經(jīng)歷了一場翻天覆地的大轉(zhuǎn)折。其表現(xiàn)在三個方面：〔1從生產(chǎn)機械表轉(zhuǎn)為石英電子表；〔2曾占據(jù)中國消費市場四十多年的大型國有企業(yè)突然被剛剛冒起的"組業(yè)"所取代,鐘表生產(chǎn)中心轉(zhuǎn)向中國南方沿海一帶；〔3中國鐘表業(yè)發(fā)展從以機芯為龍頭改為以手表外觀件為龍頭。這場轉(zhuǎn)折以迅雷不及掩耳的速度,沖擊著傳統(tǒng)的中國鐘表工業(yè)。中國的鐘表業(yè)從技術(shù)簡單、零件少的石英鐘機芯制造入手。最初石英鐘機芯全靠從日本、德國進口,1989年開始完全自己生產(chǎn),包括模具的制造加工。近十余年,逐漸提高機芯質(zhì)量的穩(wěn)定性,同時轉(zhuǎn)向?qū)κ直頇C芯研制與開發(fā)。目前石英鐘表機芯生產(chǎn)主要在省、、番禺；機械鐘表機芯在、等地。1.2數(shù)字電子鐘的設(shè)計目的及意義設(shè)計一種多功能數(shù)字鐘,該數(shù)字鐘具有基本功能和擴展功能兩部分。其中,基本功能部分的有準確計時,以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間和校時功能。擴展功能部分則具有：定時控制、仿廣播電臺正點報時、自動報整點時數(shù)和觸摸報正點的功能。數(shù)字鐘的電路也是由主體電路和擴展電路兩部分構(gòu)成,在電路中,基本功能部分由主體電路實現(xiàn),而擴展功能部電路實現(xiàn)。這兩部分都有一個共同特點就是它們都要用到振蕩電路提供的1Hz脈沖信號。在計時出現(xiàn)誤差時電路還可以進行校時和校分,為了使電路簡單所設(shè)計的電路不具備校秒的功能。并且要用數(shù)碼管顯示時、分、秒,各位均為兩位顯示,擴展部分要有相應(yīng)的響應(yīng)電路。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,廣泛用于個人家庭,車站,碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)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)生活帶來了極大的方便,而且大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、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等,所有這些,都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此,研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)用,有著非?，F(xiàn)實的意義。1.3設(shè)計功能及要求一．設(shè)計功能基本功能：〔1時的計時要求為"12翻1",分和秒的計時要求為60進制〔2準確計時,以數(shù)字形式顯示時,分,秒的時間〔3校正時間擴展功能：〔1定時控制；〔2仿廣播電臺報時功能；〔3自動報整點時數(shù)；〔4觸摸報整點時數(shù)；二．設(shè)計要求采用555定時器提供1HZ的定時脈沖使用8段數(shù)碼顯示管顯示時,分,秒使用74160,74ls290來進行時間計數(shù)使用7448數(shù)碼管譯碼器進行譯碼輸出到數(shù)碼管帶小時調(diào)時,分調(diào)試時功能帶斷電保護功能1.4數(shù)字電子鐘的應(yīng)用數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所,給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進的石英技術(shù),使數(shù)字鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點,它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領(lǐng)域。第二章設(shè)計總體方案2.1設(shè)計框架圖備用電源1HZ定時脈沖分調(diào)時時調(diào)時秒分頻器分分頻器時分頻器主電源7448數(shù)碼顯示管譯碼器八段數(shù)碼顯示管備用電源1HZ定時脈沖分調(diào)時時調(diào)時秒分頻器分分頻器時分頻器主電源7448數(shù)碼顯示管譯碼器八段數(shù)碼顯示管圖2.12.2總體設(shè)計方案說明設(shè)計框架圖如圖2.1所示總共分為7小部分：時間顯示部分,譯碼部分,分頻器部分,調(diào)時部分,1HZ脈沖定時部分,主電源部分,備用電源部分本設(shè)計各部分由統(tǒng)一電源集中供電,外加被用電源確保主電源斷電時備用電源及時供電避免時間的丟失555定時器采用的分立元件才用5環(huán)高精度的電阻,以及受溫度影響較小的固態(tài)鋁質(zhì)電解電容確時的精確性分頻器采用74160,74LS290使用方便,而其容易購買顯示部分采用LED八段數(shù)碼顯示管,具有顯示明亮,容易識別,價格便宜等優(yōu)點,調(diào)時部分采用普通的按建開關(guān)。第三章電路設(shè)計數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率〔1HZ進行計數(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。數(shù)字電子鐘的設(shè)計方法很多種,例如,可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘；也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘；還可以利用單片機來實現(xiàn)電子鐘等。在本次設(shè)計,電路是由許多單元電路組成的,因此首先必須對各個單元電路進行設(shè)計。主體電路部分的電路主要由振蕩電路、計數(shù)電路、顯示電路以及校時電路四大部分組成。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能,擴展電路完成數(shù)字鐘的擴展功能。3.1振蕩電路振蕩電路由振蕩器和分頻器產(chǎn)生1Hz時鐘脈沖和擴展部分所需的頻率,下面對振蕩器和分頻器兩部分進行介紹。3.1.1振蕩器數(shù)字電路中的時鐘是由振蕩器產(chǎn)生的,振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度,一般來說,振蕩器的頻率越高,計時精度越高。它利用某種反饋方式產(chǎn)生時鐘信號。對數(shù)字電路來說,振蕩器的輸出的幅度圍為0v—5v的方波信號而不是鋸齒波、三角波或其他形式。555定時器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典。兩個比較器C1和C2各有一個輸入端連接到三個電阻R組成的分壓器上,比較器的輸出接到RS觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管。輸出級的驅(qū)動電流可達200mA。當接通電源后,未加負脈沖,,而C充電,上升,當時,電路輸出為低電平,放電管T導(dǎo)通,C快速放電,使=0。這樣,在加負脈沖前,為低電平,=0,這是電路的穩(wěn)態(tài)。在t=t0時刻負跳變〔端電平小于,而=0〔TH端電平小于,所以輸出翻為高電平,T截止,C充電。按指數(shù)規(guī)律上升。t=t1時,負脈沖消失。t=t2時上升到〔此時TH端電平大于,端電平大于,又自動翻為低電平。在這段時間電路處于暫穩(wěn)態(tài)。t>t2,T導(dǎo)通,C快速放電,電路又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。電容C1放電時間為：t1=R2*C1*ln2,充電時間為：t2=<R1+R2>*CI*ln2,則其振蕩頻率為f=1/<t1+t2>。選擇適當?shù)腞1、R2、C1值可使f＝1HZ。555應(yīng)用電路采用的1種或多種組合起來可以組成各種實用的電子電路,如定時器、分頻器、脈沖信號發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動控制電路等。故本設(shè)計是采用555定時器的電路。555定時器的設(shè)計電路圖如下圖所示。圖3.13.1.2分頻器分頻器主要對555定時器發(fā)來的1s脈沖按照時分秒的規(guī)律進行計數(shù)實現(xiàn)電子鐘的計數(shù)要求,由于市場沒有現(xiàn)成的60、24進制計數(shù)器所以只能用74160,74ls290實現(xiàn)60、24進制計數(shù)需要。分頻器的作用是將由石英晶體產(chǎn)生的高頻信號分頻成基時鐘脈沖信號和擴展部分所需的頻率。在此電路中,分頻器的功能主要有兩個：一是產(chǎn)生標準脈沖信號；二是功能擴展電路所需的信號,如仿電臺用的1KHz的高頻信號和500Hz的低頻信號等.在此電路中作為分頻器的元件是:74160。3.2計數(shù)電路設(shè)計計數(shù)器是一種計算輸入脈沖的時序邏輯網(wǎng)絡(luò),被計數(shù)的輸入信號就是時序網(wǎng)絡(luò)的時鐘脈沖,它不僅可以計數(shù)而且還可以用來完成其他特定的邏輯功能,如測量、定時控制、數(shù)字運算等等。數(shù)字鐘的計數(shù)電路是用兩個六十進制計數(shù)電路和"12翻1"計數(shù)電路實現(xiàn)的。數(shù)字鐘的計數(shù)電路的設(shè)計可以用反饋清零法。當計數(shù)器正常計數(shù)時,反饋門不起作用,只有當進位脈沖到來時,反饋信號將計數(shù)電路清零,實現(xiàn)相應(yīng)模的循環(huán)計數(shù)。以六十進制為例,當計數(shù)器從00,01,02,……,59計數(shù)時,反饋門不起作用,只有當?shù)?0個秒脈沖到來時,反饋信號隨即將計數(shù)電路清零,實現(xiàn)模為60的循環(huán)計數(shù)。3.2.1六十進制計數(shù)器原理.用2塊74160實現(xiàn)60進制計數(shù)第一塊正常計數(shù)計數(shù)滿十,c引腳輸出一個計數(shù)脈沖并置1,2,3,4引腳為0,當?shù)诙煊嫈?shù)滿六時c引腳輸出一個計數(shù)脈沖并置1,2,3,4腳為0。六十進制計數(shù)器整體設(shè)計如下圖所示。.3.2.2二十四進制計數(shù)器原理.采用兩塊74ls290二—五—十進制異步計數(shù)器來實現(xiàn)二十四進制計數(shù)器第一塊用做個位計數(shù),第一塊用做是為計數(shù)第二塊設(shè)為三進制計數(shù)器,第一塊當?shù)诙K為0,1時采用十進制計數(shù),當?shù)诙K為2時采用4進制計數(shù),從而實現(xiàn)24進制的計數(shù)。圖3.324進制計數(shù)器整體設(shè)計如下圖所示。圖3.3圖3.2.2.3.3數(shù)碼顯示管設(shè)計數(shù)碼顯示部分采用六塊共陰極八段數(shù)碼顯示管分別對時,分,秒進行顯示。將第二塊第四塊dp引腳接正顯示小數(shù)點將時,分,秒隔開,便于讀時。3.3.1數(shù)碼顯示管譯碼輸出7448BCD-七段顯示譯碼器編碼規(guī)則。數(shù)碼顯示管譯碼輸出顯示采用7448BCD-七段顯示譯碼器將分頻器發(fā)送過來的BCD編碼的時間信息轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管可顯示的字符。BCD-七段數(shù)碼顯示管的真值表如下：表格1：輸入輸出數(shù)字A1A2A3A4YaYbYcYdYeYfYg字形0123456789000000010010001101000101011001111000100111111100110000110110111110000110011101101100111111110000111111111100110123456789101112131415101010111100110111101111000110100110010100011100101100011110000000.3.3.27448BCD-七段顯示譯碼器接口電路7448BCD-七段顯示譯碼器具有16引腳。a,b,c,d,e,f,g接數(shù)碼顯示管a,b,c,d,e,f,g引腳16引腳接5v電源,8引腳接地,LT,RBI,BI/RBO引腳接5v電源,這里5v電源代表邏輯1。7,1,2,6引腳<對應(yīng)BCD碼的1,2,4,8位>叫BCD碼的輸入端。譯碼是編碼的相反過程,譯碼器是將輸入的二進制代碼翻譯成相應(yīng)的輸出信號以表示編碼時所賦予原意的電路。常用的集成譯碼器有二進制譯碼器、二—十制譯碼器和BCD—7段譯碼器、顯示模塊用來顯示計時模塊輸出的結(jié)果。7448的接法如下圖所示。.BI/RBI/RBO4RBI5LT3A7B1C2D6a13b12c11d10e9f15g1474LS48abfcgdeDPY[LEDgn]1234567abcdefgDPY_7-SEG3.4電源.調(diào)時按鈕設(shè).〔1本電源的紋波電流很小,為很小,為0.001V,有時甚至為0V。滿足需要。能向總體電路提供電源。電源按鈕的設(shè)計部分如下圖所示。..〔2當數(shù)字鐘接通電源或者出現(xiàn)誤差時,校正時間。校時是數(shù)字鐘應(yīng)具有的基本功能。一般電子表都具有時、分、秒等校時功能。為了使電路簡單,在此設(shè)計中只進行分和小時的校時。校時有"快校時"和"慢校時"兩種,"快校時"是通過開關(guān)控制,使計數(shù)器對1Hz校時脈沖計數(shù)。"慢校時"是用手動產(chǎn)生單脈沖作校時脈沖。圖中S1校分用的控制開關(guān),S2〔總圖為校時用的控制開關(guān),它們的控制功能如表4所示,校時脈沖采用分頻器輸出的1Hz脈沖,當S1或S2分別為"0"時可以進行"快校時"。如果校時脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供,則可以進行"慢校時"。表2校時開關(guān)的功能：S1S2功能11計數(shù)10校分00校時第四章電路分析4.1數(shù)字電子鐘的工作原理電路的工作原理是：多功能數(shù)字鐘電路由主體電路和擴展電路兩大部分組成。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能,擴展電路完成數(shù)字鐘的擴展功能。數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率〔1Hz進行計數(shù)的計數(shù)電路。振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號經(jīng)過分頻器形成秒脈沖信號,秒脈沖信號輸入計數(shù)器進行計數(shù),并把累計結(jié)果以"時"、"分"、"秒"的數(shù)字顯示出來。秒計數(shù)器電路計滿60后觸發(fā)分計數(shù)器電路,分計數(shù)器電路計滿60后觸發(fā)時計數(shù)器電路,當計滿24小時后又開始下一輪的循環(huán)計數(shù)。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間〔如時間一致,故需要在電路上加一個調(diào)時電路可以對分和時進行校時。