電子多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)論.doc

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多 功 能 數(shù) 字 鐘 設(shè) 計(jì) 姓名：徐 立 日期：2014年11月15日 摘要 摘要：多功能數(shù)字鐘采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。具有時(shí)間顯示、鬧鐘設(shè)置、報(bào)時(shí)功能、校正作用。走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、精度、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。電路裝置十分小巧,安裝使用也方便。同時(shí)在日期中，它以其小巧，價(jià)格低廉，走時(shí)精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費(fèi)的喜愛(ài)，小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直?，大到?chē)站、碼頭、機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所的大型數(shù)顯電子鐘 關(guān)鍵字:晶體振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、顯示器和校時(shí)電路 Abstract: multi-function digital clock adopting digital circuit to achieve ", "" points", "seconds" digital display timer device. With time display, alarm time function, calibration, role. Keep good time, show intuitional, precision, stability, etc. Circuit device is very small, install and use convenient also. Meanwhile in date, it with its small, inexpensive, high precision, easy to use and walking, the function is much, facilitate integration and receives general consumption favorite, small to Peoples Daily life, the electronic watches to stations, docks and airports, public large digital electric clock Key word: crystal oscillator frequency device, counter, points, a display and reset circuit 目錄 1. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1 2. 設(shè)計(jì)方案 2 2.1. 總方案 2 2.2. 秒脈沖發(fā)生器 2 2.3. 計(jì)數(shù)譯碼顯示 3 2.4. 校時(shí)電路 3 2.5. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 3 3. 參考電路 5 4. 參考電路簡(jiǎn)要說(shuō)明 7 4.1. 秒脈沖電路 7 4.2. 單次脈沖、連續(xù)脈沖 7 4.3. 秒、分、時(shí)、日計(jì)數(shù)器 7 4.4. 譯碼、顯示 7 4.5. 整點(diǎn)報(bào)時(shí) 7 4.6. 嗚叫電路 8 1. 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一臺(tái)能顯示日、時(shí)、分、秒的數(shù)字電子鐘，要求如下： 1.由晶振電路產(chǎn)生1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)。 2.秒、分為00～59六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 3.時(shí)為00～23二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 4.周顯示從1～日為七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 5.可手動(dòng)校時(shí)：能分別進(jìn)行秒、分、時(shí)、日的校時(shí)。只要將開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)位置，可分別對(duì)秒、分、時(shí)、日進(jìn)行手動(dòng)脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入的校正。 6.整點(diǎn)報(bào)時(shí)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路要求在每個(gè)整點(diǎn)前嗚叫五次低音（500Hz），整點(diǎn)時(shí) 嗚叫一次高音（1000Hz）。  2. 設(shè)計(jì)方案 2.1. 總方案 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，對(duì)照數(shù)字電子鐘的框圖，可以分以下幾部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。 數(shù)字電子鐘的電路組成方框圖如圖2.1所示。 圖2.1數(shù)字電子鐘框圖 2.2. 秒脈沖發(fā)生器 脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過(guò)整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如晶振為32768 Hz，通過(guò)15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出，電路圖如圖2.2所示。 圖2.2秒脈沖發(fā)生器 2.3. 計(jì)數(shù)譯碼顯示 秒、分、時(shí)、日分別為60、60、24、7進(jìn)制計(jì)數(shù)器、秒、分均為60進(jìn)制，即顯示00～59，它們的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。時(shí)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示為00～23，個(gè)位仍為十進(jìn)制，而十位為三進(jìn)制，但當(dāng)十進(jìn)位計(jì)到2，而個(gè)位計(jì)到4時(shí)清零，就為二十四進(jìn)制了。 周為七進(jìn)制數(shù)，按人們一般的概念一周的顯示日期“日、1、2、3、4、5、6”，所以我們?cè)O(shè)計(jì)這個(gè)七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，應(yīng)根據(jù)譯碼顯示器的狀態(tài)表來(lái)進(jìn)行，如表1.1所示。 按表1.1狀態(tài)表不難設(shè)計(jì)出“日”計(jì)數(shù)器的電路（日用數(shù)字8代替）。 所有計(jì)數(shù)器的譯碼顯示均采用BCD—七段譯碼器，顯示器采用共陰或共陽(yáng)的顯示 Q4 Q3 Q2 Q1 顯示 1 0 0 0 8 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 表1.1 狀態(tài)表 2.4. 校時(shí)電路 在剛剛開(kāi)機(jī)接通電源時(shí)，由于日、時(shí)、分、秒為任意值，所以，需要進(jìn)行調(diào)整。 置開(kāi)關(guān)在手動(dòng)位置，分別對(duì)時(shí)、分、秒、日進(jìn)行單獨(dú)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。 2.5. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 每秒鐘有聲光同步，當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器在每次計(jì)到整點(diǎn)前六秒時(shí)，需要報(bào)時(shí)，這可用譯碼電路來(lái)解決；當(dāng)秒計(jì)數(shù)到59時(shí)，則去驅(qū)動(dòng)高音1KHz頻率輸出而鳴叫1聲。  3. 參考電路 數(shù)字電子鐘邏輯電路參考圖如圖3-a所示。 圖3-a秒脈沖產(chǎn)生電路 圖3-b連續(xù)脈沖產(chǎn)生電路 圖3-c數(shù)字電子鐘邏輯電路參考圖 4. 參考電路簡(jiǎn)要說(shuō)明 4.1. 秒脈沖電路 由晶振32768Hz經(jīng)14分頻器分頻為2Hz，再經(jīng)一次分頻，即得1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，供時(shí)鐘計(jì)數(shù)器用。 4.2. 單次脈沖、連續(xù)脈沖 這主要是供手動(dòng)校時(shí)用。若開(kāi)關(guān)打在單次端，要調(diào)整日、時(shí)、分、秒即可按單次脈沖進(jìn)行校正。如K1在單次，K2在手動(dòng)，則此時(shí)按動(dòng)單次脈沖鍵，使周計(jì)數(shù)器從星期1到星期日計(jì)數(shù)。若開(kāi)關(guān)處于連續(xù)端，則校正時(shí)，不需要按動(dòng)單次脈沖，即可進(jìn)行校正。單次、連續(xù)脈沖均由門(mén)電路構(gòu)成。 4.3. 秒、分、時(shí)、日計(jì)數(shù)器 這一部分電路均使用中規(guī)模集成電路74HC161實(shí)現(xiàn)秒、分、時(shí)的計(jì)數(shù)，其中秒、分為六十進(jìn)制，時(shí)為二十四進(jìn)制。從圖1.3中可以發(fā)現(xiàn)秒、分兩組計(jì)數(shù)器完全相同。當(dāng)計(jì)數(shù)到59時(shí)，再來(lái)一個(gè)脈沖變成00，然后再重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。圖中利用“異步清零”反饋到/CR端，而實(shí)現(xiàn)個(gè)位十進(jìn)制，十位六進(jìn)制的功能。 時(shí)計(jì)數(shù)器為二十四進(jìn)制，當(dāng)開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)，個(gè)位按十進(jìn)制計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到23時(shí)，這時(shí)再來(lái)一個(gè)脈沖，應(yīng)該回到“零”。所以，這里必須使個(gè)位既能完成十進(jìn)制計(jì)數(shù)，又能在高低位滿(mǎn)足“23”這一數(shù)字后，時(shí)計(jì)數(shù)器清零，圖中采用了十位的“2”和個(gè)位的“4”相與非后再清零。 對(duì)于日計(jì)數(shù)器電路，它是由四個(gè)D觸發(fā)器組成的（也可以用JK觸發(fā)器），其邏輯功能滿(mǎn)足了表1，即當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到6后，再來(lái)一個(gè)脈沖，用7的瞬態(tài)將Q4、Q3、Q2、Q1置數(shù)，即為“1000”，從而顯示“日”（8）。 4.4. 譯碼、顯示 譯碼、顯示很簡(jiǎn)單，采用共陰極LED數(shù)碼管LC5011-11和譯碼器74LS248，當(dāng)然也可用共陽(yáng)數(shù)碼管和譯碼器。 4.5. 整點(diǎn)報(bào)時(shí) 當(dāng)計(jì)數(shù)到整點(diǎn)的前6秒鐘，此時(shí)應(yīng)該準(zhǔn)備報(bào)時(shí)。圖1.3中，當(dāng)分計(jì)到59分時(shí)， 將分觸發(fā)器QH置1，而等到秒計(jì)數(shù)到54秒時(shí)，將秒觸發(fā)器QL置1，然后通過(guò)QL與QH相與后再和1s標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)相與而去控制低音喇叭嗚叫，直至59秒時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使QL清0，停止低音嗚叫，同時(shí)59秒信號(hào)的反相又和QH相與后去控制高音喇叭嗚叫。當(dāng)計(jì)到分、秒從59：59—00：00時(shí)，嗚叫結(jié)束，完成整點(diǎn)報(bào)時(shí)。 （原理已經(jīng)正確，由于硬件電路出點(diǎn)問(wèn)題，現(xiàn)在只能實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)） 4.6. 嗚叫電路 嗚叫電路由高、低兩種頻率通過(guò)或門(mén)去驅(qū)動(dòng)一個(gè)三極管，帶動(dòng)喇叭嗚叫。1KHz和500Hz從晶振分頻器近似獲得。如圖中CD4060分頻器的輸出端Q5和Q6。Q5輸出頻率為1024Hz，Q6輸出頻率為512Hz。