【正文】 .....................................................................26 參考文獻(xiàn) ...............................................................................27 第 7 頁 設(shè)計(jì)一種多功能 數(shù)字鐘 ， 該數(shù)字鐘具有 準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間和校時(shí)功能 。 在電路中，基本功能部分由主體電路實(shí)現(xiàn) ， 它們都要用到振蕩電路提供的1Hz 脈沖信號(hào)。在計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)電路還可以進(jìn)行校時(shí)和校分，為了使電路簡(jiǎn)單所設(shè)計(jì)的電路不具備校秒的功能。并且要用數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，各位均為兩 位 顯示，擴(kuò)展部分要有相應(yīng)的 響應(yīng)電路。 任務(wù)： （ 1） 鞏固和提高學(xué)過的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)； （ 2）提高運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行獨(dú)立思考和綜合分析、解決實(shí)際問題的能力 ； （ 3） 培養(yǎng)掌握正確的思維方法和利用 軟件和硬件 解決實(shí)際問題的基本技能； （ 4）增強(qiáng)對(duì) 實(shí)際電路 的認(rèn)識(shí)，掌握 分析 處理方法，進(jìn)行 試、計(jì)算 等基本技能的訓(xùn)練，使 之 具有一定程度的實(shí)際工作能力。 （ 5）掌握 科研 、資料查詢的基本方法以及獲取新知識(shí)的能力。 第 8 頁 （ 6）促使 我們學(xué)習(xí)和獲取新知識(shí)，掌握自我學(xué)習(xí)的能力。 （ 7）通過參與實(shí)際工作，使 我們 了解社會(huì)和工作，具備一定的實(shí)際工作能力 （ 8）通過設(shè)計(jì) 數(shù)字電子鐘，了解電子鐘的工作原理和內(nèi)部構(gòu)造 基本要求 : （ 1）時(shí)間計(jì)數(shù)器電路采用 24 進(jìn)制，從 00 開始到 23 后再回到 00； （ 2）各用 2 位數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒； （ 3）為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確，由晶體振蕩器提供時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào) . 第 9 頁 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)器和定時(shí)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、電路組成。 方案一： 首先構(gòu)成一個(gè) CB555 定時(shí)器產(chǎn)生震蕩周期為一秒的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，由 74LS161 采用 清零法分別組成六十進(jìn)制的秒 計(jì)數(shù)器 、六十進(jìn)制分 計(jì)數(shù)器 、二十四進(jìn)制時(shí) 計(jì)數(shù)器和七進(jìn)制的周計(jì)數(shù)器 。使用 CB555 定時(shí)器的輸出作為秒記數(shù)器的CP 脈沖，把秒記數(shù)器地進(jìn)位輸出作為分記數(shù)器地 CP 脈沖，分記數(shù)器的進(jìn)位輸出作為時(shí)記數(shù)器的 CP 脈沖。使用 74LS48為驅(qū)動(dòng)器， BS201A 數(shù)碼管作為顯示器。 方案二： 首先構(gòu)成一個(gè) 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(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，由 74LS160 采用清零法分別組成六十進(jìn)制的秒 計(jì)數(shù)器 、六十進(jìn)制分 計(jì)數(shù)器 、二十四進(jìn)制時(shí) 計(jì)數(shù)器和七進(jìn)制的周計(jì)數(shù)器 。使用 由 32768Hz 的石英晶體振蕩器和由 CD4060 構(gòu) 第 10 頁 成的分頻器構(gòu)成的 產(chǎn)生震蕩周期為一秒的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，把秒計(jì)數(shù)器 地進(jìn)位輸出作為分 計(jì)數(shù)器的 CP 脈沖，分 計(jì)數(shù)器 的進(jìn)位輸出作為時(shí) 計(jì)數(shù)器 的 CP 脈沖。使用 74LS48 為驅(qū)動(dòng)器， Dpy GreenCC 數(shù)碼管作為顯示器。 方案 三 ：用專用集成電路設(shè)計(jì)的秒表 amp。時(shí)鐘電路。應(yīng)用時(shí)鐘芯片可以驅(qū)動(dòng) 6 位的 7 段發(fā)光二極管顯示時(shí)間。主要特點(diǎn)是：電路設(shè)計(jì)容易，計(jì)時(shí)精確，但成本較高。 方案一、方案二和方案三都很正確，但是方案一由 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的震蕩頻率沒有 方案二中由石英晶體振蕩器的震蕩頻率穩(wěn)定，而數(shù)字鐘要求每天計(jì)時(shí)誤差不超過 1s，故方案二比方案一好， 另外，方案二所用的元件易于采購(gòu)，成本也不高 ，而 方案 三 成本較高 。 所以選用方案二。 第 11 頁 數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（ 1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的 1HZ 時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。圖 1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖。 圖 1 原理框圖 ⑴晶體振蕩器電路： 晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的 32768Ｈ z 的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)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。 第 12 頁 ⑵分頻器電路： 分頻器電路將 32768HZ 的高頻方波信號(hào)經(jīng)分頻后得到 1Hz 的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際 上也就是計(jì)數(shù)器。 ⑶時(shí)間計(jì)數(shù)器電路： 時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 ⑷譯碼驅(qū)動(dòng)電路： 譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)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。 ⑸ 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路： 一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能 ,即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí) ,以示提醒 .其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波 ,較復(fù)雜 的也可以是實(shí)時(shí)語音提示 。 第 13 頁 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)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(jī)來實(shí)現(xiàn)電子鐘等。 在本次設(shè)計(jì)，電路是由許多單元電路組成的，因此首先必須對(duì)各個(gè)單元電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。 振蕩電路 振蕩電路由 石英晶體 振蕩器和分頻器產(chǎn)生 1Hz 時(shí)鐘脈沖，下面對(duì) 石英晶體 振蕩器和分頻器兩部分進(jìn)行介紹。 （ 1） 石英晶體 振蕩器 石英晶體的固有頻率十分穩(wěn)定。另外石英晶體的振動(dòng)具有多諧性，除了基頻振動(dòng)外，還 有奇次諧次泛音振動(dòng)，對(duì)于石英晶體，既可利用基頻振動(dòng)，也可利用泛音振動(dòng)。前者稱為基頻晶體，后者稱為泛音晶體，晶片厚度與振動(dòng)頻率成反比，工作頻率越高，要求晶片厚度越薄。將石英晶體作為高 Q 值諧振回路元件接入反饋電路中，就組成了晶體振蕩器。 （ 2）分頻器 分頻器的作用是將由石英晶體產(chǎn)生的高頻信號(hào)分頻成基時(shí)鐘脈沖信號(hào)和擴(kuò)展部分所需的頻率。在此電路中，分頻器的功能主要一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào) .在此電路中作為分頻器的元件是 :CD4518。 第 14 頁 CD4518 的功能表如下 表 1:CD4518 的功能表 振蕩器和分頻器兩部分構(gòu)成振蕩電路，它的電路圖如圖 2 所示。 Q913Q55Q47Q64Q1015Q121Q76GND8Q132Q814Q143CLK010CLK09RST12CLK111VDD161 2Y?XTAL1MGNDCLK1EN2RESET7Q03Q14Q25Q36U?Acd4518GNDVCC100pFC?Cap5/20pFC1 圖 2 晶體振蕩器構(gòu)成的 秒脈沖電路 工作原理：如上圖所示，電路由 14 級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器CD4060 和晶體、電阻、電容及 BCD 同步加法計(jì)數(shù)器 CD4518 構(gòu)成。電路中利用 CD4060 組成兩部分電路。一部分是 14 級(jí)分頻器，其最高分頻數(shù)為 16384。另一部分是由外接電子表用石英晶 體、電阻及電容構(gòu)成振蕩頻率為 32768Hz 的振蕩器。震蕩器輸出經(jīng) 14 級(jí)分頻后在輸出端 Q14