數(shù)字式石英鐘教學(xué)規(guī)劃報(bào)告

.數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與制作一、設(shè)計(jì)概述1.設(shè)計(jì)任務(wù)?時(shí)鐘脈沖電路設(shè)計(jì)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)“秒”，“分”，“小時(shí)”脈沖邏輯電路設(shè)計(jì)“秒”，“分”，“小時(shí)”顯示電路設(shè)計(jì)“分”，“小時(shí)”校時(shí)電路整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路2.功能特性?設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘能直接顯示“時(shí)”，“分”，“秒”，并以24小時(shí)為一計(jì)時(shí)周期。謝謝閱讀?當(dāng)電路發(fā)生走時(shí)誤差時(shí)，要求電路具有校時(shí)功能。?要求電路具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，報(bào)時(shí)聲響為四低一高，最后一響正好為整點(diǎn)。謝謝閱讀原理框圖.圖1原理框圖二、設(shè)計(jì)原理數(shù)字鐘是一個(gè)將“時(shí)”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，另外應(yīng)有校時(shí)功能和報(bào)時(shí)功能。因此，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。干電路系統(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。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)現(xiàn)胡一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)精品文檔放心下載分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”。“時(shí)計(jì)數(shù)器”采用謝謝閱讀24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)菁七段顯示譯碼器譯碼，通過六位LED七段顯示器顯示出來。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路時(shí)根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路時(shí)用來對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整的。精品文檔放心下載三、設(shè)計(jì)步驟1.計(jì)數(shù)器電路根據(jù)計(jì)數(shù)周期分別組成兩個(gè)60進(jìn)制（秒、分）和一個(gè)24進(jìn)制（時(shí)）的計(jì)數(shù)器。把它們適當(dāng)連接就可以構(gòu)成秒、分、時(shí)的計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。CC4518的符號(hào)如圖，一個(gè)芯片集成了兩個(gè)完全相同的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其異步清零信號(hào)CR是高電平有效。記數(shù)脈沖輸入CP和記數(shù)允許EN是或關(guān)系，即EN=1時(shí)，CP脈沖可以通過或門產(chǎn)生上升沿觸發(fā)記數(shù)，反過來如將CP端接低電平（CP=L），則EN端可以加入計(jì)數(shù)脈沖，用謝謝閱讀.其下降沿經(jīng)反相通過或門產(chǎn)生上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器輸出8421BCD碼。謝謝閱讀?秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)及安裝秒計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)此模數(shù)的計(jì)數(shù)器是由雙BCD同步加計(jì)數(shù)器CD4518構(gòu)成。秒計(jì)數(shù)器是六十進(jìn)制，由一個(gè)十進(jìn)制和一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器異步級(jí)聯(lián)組成，各記數(shù)器都接成下降沿觸發(fā)方式，其中六進(jìn)制計(jì)數(shù)器用異步復(fù)接法構(gòu)成。兩級(jí)計(jì)數(shù)器出現(xiàn)0110，0000時(shí)通過置數(shù)脈沖使計(jì)數(shù)器清零,也就是此時(shí)AQ2,AQ1通過與門后發(fā)出置數(shù)脈沖使計(jì)數(shù)器通過清零端AR清零（如圖2所示）。精品文檔放心下載圖2秒計(jì)數(shù)器?分計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)及安裝分計(jì)數(shù)器也是60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。同秒計(jì)數(shù)器一樣是由雙BCD同步加計(jì)數(shù)器CD4518構(gòu)成。再按同秒計(jì)數(shù)器的方法接成可實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。再用同秒計(jì)數(shù)器的方法實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制（如圖3所示）。感謝閱讀.圖3分計(jì)數(shù)器時(shí)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)及安裝時(shí)計(jì)數(shù)器是24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)此模數(shù)的計(jì)數(shù)器是由雙BCD同步加計(jì)數(shù)器CD4518構(gòu)成。時(shí)計(jì)數(shù)器是24進(jìn)制，在兩級(jí)計(jì)數(shù)器出現(xiàn)0010，0100時(shí)通過置數(shù)脈沖使計(jì)數(shù)器清零,也就是此時(shí)AQ1,BQ2通過與門后發(fā)出置數(shù)脈沖使計(jì)數(shù)器通過清零端AR，BR清零，這樣就構(gòu)成了24進(jìn)制計(jì)數(shù)器（如圖4所示）。感謝閱讀圖4時(shí)計(jì)數(shù)器2.譯碼和數(shù)碼顯示電路.譯碼和數(shù)碼顯示電路是將數(shù)字鐘的計(jì)時(shí)狀態(tài)直觀清晰地反映出來?？杀蝗藗兊囊曈X器官所接受。顯示器件選用液晶顯示。能顯示出清晰直觀的數(shù)字符號(hào)。譯碼電路的功能是將“秒”“分”“時(shí)”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行編譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動(dòng)液晶顯示的輸入端，便可進(jìn)行不同數(shù)字顯示。當(dāng)數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)器在CP脈沖的作用下，按60秒為一分，60分為一小時(shí)，24小時(shí)為1天的計(jì)數(shù)規(guī)律計(jì)數(shù)時(shí)，就應(yīng)將其狀態(tài)顯示成清晰的數(shù)字符號(hào)，需要將計(jì)數(shù)器的狀態(tài)進(jìn)行譯碼并將其顯示出來（如圖5所示）。感謝閱讀圖5譯碼和數(shù)碼顯示電路3.振蕩器電路振蕩器的作用是產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。數(shù)字鐘的精度就是主要取決于時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信的頻感謝閱讀率和穩(wěn)定度。所以，在實(shí)驗(yàn)中采用電路由 14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器/分頻器和振蕩器精品文檔放心下載CD4060、BCD雙主-從D型觸發(fā)器CD4013構(gòu)成的秒信號(hào)發(fā)生器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源精品文檔放心下載（如圖6所示）。.圖6秒脈沖發(fā)生器CC4060是帶振蕩電路的14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，晶體和電阻電容配合振蕩電路組成振蕩器，振蕩頻率為32768Hz，該信號(hào)在片內(nèi)接至計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖輸入端，經(jīng)過14級(jí)分頻，在輸出端QN得到2Hz方波信號(hào)，再經(jīng)過CC4013組成的二分頻電路得到1Hz秒脈沖信號(hào)。CC4013是雙D觸發(fā)器，其中一個(gè)用于秒脈沖電路，產(chǎn)生單脈沖的原理是：在按鍵開關(guān)S4按下接通時(shí)，VDD被R1，R2兩個(gè)電阻分壓使置1端S為高電平，Q輸出變1，通過R3向C1充電，置0端R電位由低變高，至有效高電平時(shí)使出發(fā)器Q返回0，每按一次按鍵Q端就輸出一個(gè)單脈沖，通過S1-S3三個(gè)開關(guān)用此脈沖代替時(shí)，分，秒記數(shù)器，人為更改計(jì)數(shù)值，以對(duì)時(shí)，分，秒分別進(jìn)行校時(shí)。精品文檔放心下載4.校時(shí)電路數(shù)字鐘電路由于秒輸出信號(hào)的精確性和穩(wěn)定性不可能做到完全準(zhǔn)確無誤，又因?yàn)殡娋肺臋n放心下載路中其他的原因數(shù)字鐘總會(huì)產(chǎn)生走時(shí)誤差的現(xiàn)象。所以，電路中就應(yīng)該有校準(zhǔn)時(shí)間功能謝謝閱讀的電路。校時(shí)的方法是給被校時(shí)的計(jì)時(shí)電路引入一個(gè)超出常規(guī)計(jì)時(shí)許多倍的快速脈沖信謝謝閱讀號(hào)，從而使計(jì)時(shí)電路快速達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。將脈沖信號(hào)引到“分”和“時(shí)”的脈沖輸入端精品文檔放心下載.以便快速校準(zhǔn)“分”和“時(shí)”。CC4013是雙D觸發(fā)器，其中一個(gè)用于秒脈沖電路，產(chǎn)生單脈沖的原理是：在按鍵開關(guān)S4按下接通時(shí)，VDD被R1，R2兩個(gè)電阻分壓使置1端S為高電平，Q輸出變1，通過R3向C1充電，置0端R電位由低變高，至有效高電平時(shí)使出發(fā)器Q返回0，每按一次按鍵Q端就輸出一個(gè)單脈沖，通過S1-S3三個(gè)開關(guān)用此脈沖代替時(shí)，分，秒記數(shù)器，人為更改計(jì)數(shù)值，以對(duì)時(shí)，分，秒分別進(jìn)行校時(shí)（如圖7所示）。感謝閱讀圖7校時(shí)電路5.整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路當(dāng)數(shù)字鐘顯示整點(diǎn)時(shí)，應(yīng)能報(bào)時(shí)。要求當(dāng)數(shù)字鐘的“分”和“秒”計(jì)數(shù)器計(jì)到59謝謝閱讀分50秒時(shí)，驅(qū)動(dòng)音響電路，要求每隔一秒音響電路鳴叫一次，每次叫聲的時(shí)間持續(xù)1謝謝閱讀秒，10秒中內(nèi)自動(dòng)發(fā)出5聲鳴叫，并且前4聲低，最后一聲高，正好報(bào)整點(diǎn)。整點(diǎn)報(bào)精品文檔放心下載時(shí)電路主要由控制門電路和音響電路兩部分組成（如圖8所示）。謝謝閱讀.圖8整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路控制門電路部分9中與門的輸入信號(hào)Q4、Q3、Q2、Q1、分別表示“分十位”、“分個(gè)位”、“秒感謝閱讀十位”、“秒個(gè)位”的狀態(tài)，下標(biāo)中的D、C、B、A分別表示組成計(jì)數(shù)器的四個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)。精品文檔放心下載由圖9可以看出：Y1=QC4*QA4*QD3*QA3Y2=Y1*QC2*QA2以上二式表示當(dāng)分十位為5（即QC4QA4=101）、分個(gè)位為9（即QD3QA3=1001）、秒十位為5（即QC2QA2=101）時(shí)，即59分50秒時(shí)發(fā)出控制信號(hào)。精品文檔放心下載根據(jù)設(shè)計(jì)要求，數(shù)字鐘電路要求在59分51秒、53秒、55秒、59秒時(shí)各鳴叫一謝謝閱讀次。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到59分50秒時(shí)，分、秒計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為：謝謝閱讀QD4QC4QB4QA4=0101（分十位）.QD3QC3QB3QA3=1001（分個(gè)位）QD2QC2QB2QA2=0101（秒十位）QD1QC1QB1QA1=0000（秒個(gè)位）前四聲計(jì)數(shù)器狀態(tài)發(fā)生在59分51秒至59分58秒之間。因此，只有秒個(gè)位的狀態(tài)發(fā)生變化，而其他計(jì)數(shù)器的狀態(tài)無需變化，所以可保持不變。精品文檔放心下載此時(shí)QC4=QA4=QD3=QA3=QC2=QA2=1不變，將它們相與即得Y2。感謝閱讀而51秒、53秒、55秒、57，59秒時(shí)的秒計(jì)數(shù)器個(gè)位狀態(tài)分別為感謝閱讀QD1QC1QB1QA1=0001（51秒）QD1QC1QB1QA1=0011（53秒）QD1QC1QB1QA1=0101（55秒）QD1QC1QB1QA1=0111（57秒）并根據(jù)需要，前四聲為低，則接如512Hz的脈沖信號(hào)。感謝閱讀最后一聲的各計(jì)數(shù)器狀態(tài)分別如下：QD4QC4QB4QA4=0000（分十位）QD3QC3QB3QA3=0000（分個(gè)位）QD2QC2QB2QA2=0000（秒十位）QD1QC1QB1QA1=0000（秒個(gè)位）即只須將分進(jìn)位信號(hào)和1024Hz的脈沖信號(hào)接入即可（如圖9所示）。精品文檔放心下載.圖9整點(diǎn)報(bào)時(shí)控制門電路音響電路部分音響電路采用集電極輸出器，推動(dòng)8歐母的喇叭，三極管基極串接10K限流電阻，是為了防止電流過大損壞喇叭（如圖10所示）。感謝閱讀圖10整點(diǎn)報(bào)時(shí)音響電路四、設(shè)計(jì)電路原理圖：.圖11設(shè)計(jì)電路原理圖.五、印制板圖圖12印制板圖六、材料清單.七、電路調(diào)試計(jì)數(shù)器的安裝與調(diào)試。按圖2，圖3，圖4電路在實(shí)驗(yàn)箱上連線。連線順序?yàn)槊胗?jì)數(shù)器，分計(jì)數(shù)器，時(shí)計(jì)數(shù)器。接好線路后，將秒計(jì)數(shù)器，分計(jì)數(shù)器，時(shí)計(jì)數(shù)器連接個(gè)位的芯片的第2個(gè)和第10個(gè)管腳分別接上脈沖上檢驗(yàn)所接電路是否為正確的。謝謝閱讀譯碼顯示電路的安裝與調(diào)試。按圖5電路在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上連線。按已接好的脈沖調(diào)試，看看所接電路是否正確。感謝閱讀振蕩器的安裝和調(diào)試。按圖6電路在實(shí)驗(yàn)箱上連線。接上示波器，觀察波形可知道振蕩器安裝是否正確。精品文檔放心下載校時(shí)電路的安裝和調(diào)試。按圖7所示的電路圖在數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱上連線。將電路輸出接二極管。撥動(dòng)開關(guān)。觀察在CP作用下，輸出端二極管的顯示情況。根據(jù)開關(guān)的不同狀態(tài)，輸出端輸出頻率之比約為1：60，“開關(guān)”即數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱上的邏精品文檔放心下載.輯電平開關(guān)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的安裝和調(diào)試。按圖8在數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱上連線。報(bào)時(shí)電路發(fā)出的聲響是59分1秒至59分60秒之間，59分的狀態(tài)是不變的。觀察計(jì)數(shù)器CP信號(hào)的作用下，喇叭發(fā)出聲響的情況。感謝閱讀八、設(shè)計(jì)體會(huì)通過該設(shè)計(jì)讓我通過設(shè)計(jì)掌握數(shù)字電路設(shè)計(jì)和制作的一般方法。通過對(duì)實(shí)際電路方謝謝閱讀案的分析比較、設(shè)計(jì)計(jì)算、元件選取、安裝調(diào)試環(huán)節(jié)，我初步掌握簡單實(shí)用電路的分析謝謝閱讀方法和工程設(shè)計(jì)方法。認(rèn)識(shí)到理論和實(shí)際電路之間的不同，讓我更注意理論和實(shí)際的聯(lián)感謝閱讀系，并初步學(xué)會(huì)了在電路設(shè)計(jì)方面理論向?qū)嶋H轉(zhuǎn)化的方法。在整個(gè)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)過程中，謝謝閱讀自己從中也學(xué)到了不少知識(shí)，特別是CMOS門電路。加強(qiáng)了理論知識(shí)與實(shí)踐統(tǒng)一的能感謝閱讀力，加強(qiáng)了自己的動(dòng)手操作能力，為以后的電路設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。感謝閱讀附錄 芯片功能表CD4518雙BCD同步加計(jì)數(shù)器.CD4023三3輸入端與非門CD4013雙主-從D型觸發(fā)器.CD4081四2輸入端與門 CD4082雙4輸入端與門感謝閱讀CD406014級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)/分頻器..參考文獻(xiàn)【1】賈秀美，數(shù)字電路實(shí)踐技術(shù)（第一版）.中國科學(xué)技術(shù)出版社，2000【2】王毓銀，脈沖與數(shù)字電路（第三版）.高等教育出版社，1999【3】路勇，電子電路實(shí)踐及仿真（第一版）.清華大學(xué)出版社，2004感謝閱讀【4】趙寶經(jīng)，中國集成電路大全CMOS集成電路（第一版）.國防工業(yè)出版社，1985【5】岳怡，數(shù)字電路與數(shù)字電子技