數(shù)字鐘的設(shè)計微電子技術(shù)專業(yè)(編輯修改稿)
2025-01-11 02:05 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)字鐘的工作原 理 數(shù)字鐘實際上是由振蕩電路來產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)頻率（ 1HZ）時鐘脈沖，再對其進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時到達整點前 10 秒報時。 圖 21 數(shù)字電子鐘的邏輯框圖 譯 碼 器 顯 示 器 顯 示 器 顯 示 器 譯 碼 器 12 進制時計數(shù) 器 60 進制分計數(shù) 器 譯 碼 器 60 進制秒計數(shù) 器 報 時 電 路 振 蕩 器 校 正 電 路 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 5 頁 第 3 章 系統(tǒng)單元電路設(shè)計 555 定時器時鐘脈沖產(chǎn)生電路 數(shù)字鐘 1HZ 時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定，一般時鐘是以晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的 32768Ｈ z 的方波信號。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。但是晶體振蕩器電路復(fù)雜，而且晶振容易 毀壞，還要運用分頻器才能實現(xiàn)秒脈沖。而 555 定時器電路簡單，只需要 555 定時器和電阻電容就能產(chǎn)生秒脈沖，元器件使用少、電路圖結(jié)構(gòu)清晰簡單。因此本次設(shè)計本次設(shè)計使用的是 555 振蕩電路來實現(xiàn)的時鐘脈沖。 555 振蕩器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。 圖 31 555 振蕩器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 用 555 定時器組成多諧振蕩器電路如圖 32 所示。 R R4 和 C2 為外接定時元器件，高、低電平觸發(fā)輸入端相連并接到定時電容 C2 上， R3 和 R4 的節(jié)點與放電端相連，電壓控制端不用，通常接 電容。 接通電源后， Vcc 通過 R R4 對電容 C2 充電， Uc 上升。開始時 Uc 1/3 Vcc， 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 6 頁 即高電平觸發(fā)端 TH2/3 Vcc，低電平觸發(fā)端 TR1/3 Vcc，定時器置位， Q=1，放電管截止。 隨后 Uc 越充越高，當(dāng) Uc =2/3 Vcc 時，高電平觸發(fā)端 TH 2/3 Vcc,低電平觸發(fā)端 TR1/3Vcc,定時器復(fù)位， Q=0，放電管飽和導(dǎo)通， C2 通過 R3 經(jīng) VT 放電， U c下降。 當(dāng) Uc=1/3 Vcc 時又回到高電平觸發(fā)端 TH 2/3 Vcc，低電平出發(fā)端 TR1/3 Vcc，定時器又置位， Q=1，放電管截止， C2 停止放電而重新開 始充電。如此反復(fù)，形成矩形脈沖。 多諧振蕩器的振蕩周期 T 為： T=Tw1+Tw2= （ R3+R4 ）C2+=(R4+2R3)C2 圖 32 多諧振蕩器電路 時間計數(shù)器電路 時間計數(shù)單元有時計數(shù)、分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個部分。 時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為 60 進制計數(shù)器，其輸出為兩位 8421BCD 碼形式；而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為 12 進制計數(shù)器，其輸出也為 8421BCD 碼。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 7 頁 一般采用 10 進制計數(shù)器 74HC390 來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。為減少器件使用數(shù)量，可選 74HC390，其引腳圖和內(nèi)部邏輯框圖如圖 33 所示。該器件為雙 2—5－10 異步計數(shù)器，并且每一計數(shù)器均提供一個異步清零端（高電平有效）。 圖 33 74HC390 引腳圖和內(nèi)部邏輯框圖 秒個位計數(shù)單元為 10 進制計數(shù)器，無需進制轉(zhuǎn)換，只需將 Q0 與 CPB（下降沿有效）相連即可。 CPA（下降沒效）與 1Hz 秒輸入信號相連， Q3 可作為向上的進位信號與十位計數(shù)單元的 CPA 相連， 電路在秒脈沖的作用下數(shù)碼管從 0—9 顯示，如圖34。 圖 34 74390 十進制計數(shù)器電路 秒十位計數(shù)單元為 6 進制計數(shù)器，需要進制轉(zhuǎn)換。將 10 進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為 6 進 CKA QA CKB QB QC QD CR 247。 2 247。 5 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 8 頁 制計數(shù)器的電路連接方法如圖 35 所示，其中 Q2 可作為向上的進位信號與分個位的計數(shù)單元的 CPA 相連， 電路在秒脈沖的作用下數(shù)碼管從 0—6 顯示。 圖 35 10 進制 ——6 進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換電路 分個位和分十位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相同，只不過分個位計數(shù)單元的 Q3 作為向上的進位信號應(yīng)與分十位計數(shù)單元的 CPA 相連，分十位計數(shù)單元的 Q2 作為向上的進位信號應(yīng)與時個位計數(shù)單元的 CPA 相連。 時個位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個位計數(shù)單元相同，但是要求，整個時計數(shù)單元應(yīng)為 12 進制計數(shù)器，不是 10 的整數(shù)倍，因此需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能進行 12 進制轉(zhuǎn)換。利用 2 片 74HC390 和與門實現(xiàn) 12 進制計數(shù)功能的電路如圖 36 所示。 圖 36 12 進制計數(shù)器電路 譯碼驅(qū)動電路 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 9 頁 譯碼驅(qū)動電路將計數(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。 計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以 8421BCD 碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為 數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用 CD4511 作為顯示譯碼電路。譯碼驅(qū)動引腳圖及顯示單元如圖 37。 圖 37 譯碼驅(qū)動引腳圖及顯示單元 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管由譯碼驅(qū)動電路提供電流，并顯示出譯碼驅(qū)動電路輸出的數(shù)碼。 數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（ LED）數(shù)碼管和液晶（ LCD）數(shù)碼管，本設(shè)計使用的為 LED 數(shù)碼管，如圖 38。 圖 38 多位數(shù)碼管 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 10 頁 LED 數(shù)碼有共陽和共陰兩種，把些 LED 發(fā)光二極管的正極接到一塊（一般拼成一個 8 字加一個小數(shù)點）而作為一個引腳，就叫共陽的，相反的，就叫共陰的
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