數(shù)字電子鐘設(shè)計說明書(編輯修改稿)
2025-08-31 00:16 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的輸入而在正常計時又必須保證時鐘信號的正常輸入而阻止校正信號的輸入的功能。這是校時部分有且僅有的功能也是校時部分設(shè)計的出發(fā)點(diǎn)。完成這個功能可以用一個二輸入的與或組合邏輯電路(類似一個二選一的數(shù)據(jù)選擇器)實現(xiàn)，這里我們選用門電路來實現(xiàn)，又考慮到實驗室沒有或門電路，但只要采用摩根定律對二輸入的與或邏輯函數(shù)進(jìn)行變換便可用實驗室有的芯片74LS00、74LS20來實現(xiàn)這個“輸入轉(zhuǎn)換”功能。校正信號由人工觸發(fā)產(chǎn)生，時鐘信號接時鐘發(fā)生電路的輸出，為了避免在有開關(guān)切換進(jìn)行時鐘輸入和校正信號輸入轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生抖動可以用一個基本RS觸發(fā)器構(gòu)成無抖動開關(guān)。同樣，對于基本RS觸發(fā)器我們也采用芯片74LS00由門電路構(gòu)成。整個校時部分的連接情況如圖1314所示。圖314 整個校時部分的連接圖在上圖中對于位于左邊的一列開關(guān)從上到下依次為：星期的接收進(jìn)位脈沖信號與校正信號的選擇開關(guān)、時的接收進(jìn)位脈沖信號與校正信號的選擇開關(guān)、分的接收進(jìn)位脈沖信號與校正信號的選擇開關(guān)、時的接收進(jìn)位脈沖信號與校正信號的選擇開關(guān)、1Hz的時鐘脈沖信號與校正信號輸入的切換開關(guān)和人工觸發(fā)產(chǎn)生校正信號的觸發(fā)開關(guān)，其中從上到下的前四個開關(guān)為單刀雙擲開關(guān)最后一個為單刀單刀單擲開關(guān)。對于右邊這個開關(guān)，其是一個單刀四擲開關(guān)四擲中的最下面一擲作為秒校正或1Hz的時鐘脈沖信號的通道，以逆時針的順序接下來的各擲依次是：分校正通道、時校正通道和星期校正通道。上圖中與非門的13引腳接1Hz的時鐘脈沖信號。校時部分與計時部分的連接情況及仿真如圖1315所示。圖314 整個校時部分的連接及仿真圖在圖314中，各個（擲）的不同組合所實現(xiàn)的功能將在后面的使用說明部分詳細(xì)介紹 整點(diǎn)報時部分的設(shè)計及仿真整點(diǎn)報時部分完成整點(diǎn)報時功能是數(shù)字電子鐘的一個優(yōu)化部分其設(shè)計的基本出發(fā)點(diǎn)是在整點(diǎn)到達(dá)的前十秒進(jìn)行報時，蜂鳴器在十秒內(nèi)發(fā)聲5次（在下述的脈沖頻率下蜂鳴器的發(fā)聲周期約為2秒）前4聲為低音最后一聲為高音，通過高頻（1000Hz）和低頻(500Hz)脈沖輸入的切換來控制蜂鳴器的高低音輸出。因若只在上述頻率脈沖的作用下人的聽覺將認(rèn)為蜂鳴器是連續(xù)不間斷的發(fā)聲，而要保證蜂鳴器在10秒內(nèi)發(fā)聲5次即發(fā)聲周期為2秒（即在2秒內(nèi)有一秒發(fā)聲有一秒不發(fā)聲），這里我們可以先設(shè)定一個邏輯變量A讓其表示計時是否處于到達(dá)整點(diǎn)的前十秒（50秒到59秒）內(nèi)若是則A=1若否則A=0基于此A將是分計數(shù)器和秒計數(shù)器各輸出狀態(tài)的邏輯函數(shù)，然后我們再設(shè)定一個邏輯變量B用其來表示計時是否到達(dá)了第59（保證在A=1的條件下高頻脈沖作用于蜂鳴器）若是則B=1若否則B=0顯然B將是秒計數(shù)器個輸出狀態(tài)的邏輯函數(shù)，并且在AB=1的條件下讓高頻脈沖作用與蜂鳴器（即在整點(diǎn)到達(dá)的前一秒讓高頻脈沖作用于蜂鳴器）這時蜂鳴器發(fā)出的時高音因蜂鳴器的發(fā)聲周期為2秒所以其將在第59秒開始時發(fā)聲并在第0秒結(jié)束時結(jié)束發(fā)聲，反之若A=1且B≠1（即計時處于整點(diǎn)到達(dá)前的第50秒至第58秒）時是否就能讓低頻脈沖作用于蜂鳴器呢？顯然不能，因為若只在這個條件下讓低頻脈沖作用于蜂鳴器其將連續(xù)不斷的發(fā)聲9秒（從第50秒到第58秒）因此在A=1且B≠1條件下我們還需設(shè)定一個邏輯變量C來控制在A=1且B≠1條件低頻脈沖的輸入（C=1時低頻脈沖輸入C≠1時不允許低頻脈沖輸入）從而使得蜂鳴器的發(fā)聲周期為2秒基于此變量C應(yīng)滿足在A=1且B≠1條件其要按規(guī)律變化且變化的頻率為1Hz,基于此我們可以讓C=Q0，Q0為秒個位計數(shù)器的最低位輸出，最后若我們設(shè)定邏輯變量D為蜂鳴器的輸入則D必然是A、B、C以及高低頻脈沖信號CP的邏輯函數(shù)，通過邏輯函數(shù)的代入規(guī)則我們可以得到D關(guān)于秒分計數(shù)器個輸出狀態(tài)及高低頻脈沖信號的邏輯函數(shù)，將邏輯函數(shù)化簡為與非式便可以用實驗室有的芯片74LS00和74LS20來實現(xiàn)整點(diǎn)報時部分了。整點(diǎn)報時部分與計時部分和校時部分的連接及仿真圖如圖316所示。圖316 整點(diǎn)報時部分、校時部分和計時部分的連接及仿真圖 脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計及仿真脈沖產(chǎn)生電路具有產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號的功能，這里我們用由555定時器來構(gòu)成脈沖產(chǎn)生電路。由555定時器構(gòu)成的頻率約為1Hz的脈沖產(chǎn)生電路如圖317所示。圖317 1Hz的脈沖產(chǎn)生 在上圖中脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的脈沖周期的公式為T=*(R15+2*R16)*C6通過上面的論述可知要完成數(shù)字電子鐘的設(shè)計我們還需要3個脈沖信號：1個1Hz的時鐘脈沖、1個1000Hz的高頻脈沖和1個500Hz的低頻脈沖。那么我們需要幾個脈沖產(chǎn)生電路呢？3個嗎？當(dāng)然3個固然可以但這樣太浪費(fèi)元器件了，我們發(fā)現(xiàn)500Hz剛好是1000Hz的二分頻。所以這里我們只需用兩個脈沖發(fā)生電路就夠了，用一個產(chǎn)生1Hz的時鐘脈沖用另一個產(chǎn)生1000Hz的高頻脈沖將1000Hz的高頻脈沖輸出到二分頻器的輸入端則二分頻器的輸出便是500Hz的低頻脈沖。那么又如何構(gòu)成這個二分頻呢？實際上一位二進(jìn)制計數(shù)器的實質(zhì)就是一個分頻器那么又如何獲得一個二進(jìn)制計數(shù)器呢
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