數(shù)字電子鐘課程設(shè)計(jì)-展示頁
2025-06-18 00:57本頁面
【正文】 時根據(jù)計(jì)時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)低、高音報(bào)時。時計(jì)數(shù)器采用 24 進(jìn)制計(jì)時器，可實(shí)現(xiàn)對一天 24 小時的計(jì)時。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計(jì)時系統(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)出一個?分脈沖?信號，該信號將作為?分計(jì)數(shù)器?的時鐘脈沖。 數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、校準(zhǔn)電路、報(bào)時電路、時計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)、秒計(jì)數(shù)器，振蕩電路和單次脈沖產(chǎn)生電路組成。 二、 基本設(shè)計(jì)思路 組成和工作原理 數(shù)字鐘實(shí)際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。 本次設(shè)計(jì)以數(shù)字電子為主，分別對 1S 時鐘信號源、秒計(jì)時顯示、分計(jì)時顯示、小時計(jì)時顯示、整點(diǎn)報(bào)時及校時電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后將它們組合，來完成時、分、秒的顯示并且有整點(diǎn)報(bào)時和走時校準(zhǔn)的功能。 設(shè)計(jì) 指標(biāo) （ 1） 時間以 24 小時為一個周期； （ 2） 顯示時、分、秒； （ 3） 具有校時功能，可以分別對時及分進(jìn)行單獨(dú)校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間； （ 4） 計(jì)時過程具有報(bào)時功能，當(dāng)時間到達(dá)整點(diǎn)前 10 秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時； （ 5） 為了保證計(jì)時的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信號。且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和 時敘電路。 此次設(shè)計(jì)數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會制作數(shù)字鐘。 課程設(shè)計(jì) 一、序 言 設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時、分、秒計(jì)時的裝臵，與機(jī)械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝臵，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及 2 實(shí)用方法。通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 電子鐘是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫挠?jì)時工具，而數(shù)字式電子鐘又有其體積小、重量輕、走時準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡單、耗電量少等優(yōu)點(diǎn)而在生活中被廣泛應(yīng)用，因此 本次設(shè)計(jì)就用數(shù)字集成電路和一些簡單的邏輯門電路來設(shè)計(jì)一個數(shù)字式電子鐘，使其完成時間的顯示功能。并通過本次設(shè)計(jì)加深對數(shù)字電子技術(shù)的理解以及更熟練使用計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器和各種邏輯門電路的能力。它的計(jì)時周期是 24小時，由于計(jì)數(shù)器的起始時間不可能與標(biāo) 準(zhǔn)時間（如北京時間）一致所以采用校 3 準(zhǔn)功能和報(bào)時功能。其中電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、?時?、?分?、?秒?計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校準(zhǔn)電路、整點(diǎn)報(bào)時電路組成。?分計(jì)數(shù)器?也采用 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì) 60 分鐘，發(fā)出一個時脈沖信號，該信號將被送到時計(jì)數(shù)器。譯碼顯示電路將?時?、?分?、?秒?計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)通過顯示驅(qū)動電路，七段顯示譯碼器譯碼，在經(jīng)過六位 LED 七段顯示器顯示出來。校準(zhǔn)電路時用來對?時?、?分?、?秒?顯示數(shù)字進(jìn)行校對調(diào)整的。 圖 1 數(shù)字鐘 組成框圖 4 振蕩器 振蕩器是數(shù)字鐘的核心 ,其的作用是產(chǎn)生一個頻率標(biāo)準(zhǔn)時間頻率信號 ,然后再由分頻器分秒脈沖 ,因此 ,振蕩器頻率的精度與穩(wěn)定度基本決定了數(shù)字電子鐘的質(zhì)量。一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時精度越高。保證數(shù)字鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定?？刹捎梅答仛w零變?秒?十位為六進(jìn)制 ,實(shí)現(xiàn)秒的六十進(jìn)制。而根據(jù)設(shè)計(jì)要求。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。 5 校時電路 實(shí)際的數(shù) 字鐘電路由于秒信號的精確性和穩(wěn)定性不可能做到完全 (絕對 )準(zhǔn)確無誤，加之電路中其它原因，數(shù)字鐘總會產(chǎn)生走時誤差的現(xiàn)象。 譯 碼 顯示電路 是 將數(shù)字鐘的計(jì)時狀態(tài)直觀清晰地反映出來，被人們的視覺器官所接受。在譯碼顯示電路輸出信號的驅(qū)動下，顯示出清晰、直觀的數(shù)字符號 .并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流 。如圖 2 所示電路通過非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，這個電路中，非門 U1與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路， U2實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。電容 C C2 與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個 180 度相移，從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。晶體 XTAL1 的頻率選為 32768Hz。C1 作為校正電容可以對溫度進(jìn)行補(bǔ)償，以提高頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，一般采用多級 2進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)中采用 CD4060來構(gòu)成分頻電路。 CD4060計(jì)數(shù)為最高為 14級 2進(jìn)制計(jì)數(shù)器，首先由 U1(CD4060)的 Q14(第3 腳 ) 產(chǎn)生 2Hz 的 振 蕩 信 號 , 然 后 由 二 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 CD4040 和 兩 個U3A(74LS20),U3B(74LS20)組成 120 計(jì)數(shù)器分頻 ,從 U3B 的輸出端輸出一個的分脈沖 ,作為分鐘計(jì)數(shù)器的分鐘信號 ,按鍵開關(guān) S作為分鐘調(diào)時 有手動脈沖開關(guān) ,每按動一次 ,從 U3B的輸出端輸出一個脈沖 ,同時 U2 的 Q1 管腳輸出秒脈沖信號驅(qū)動發(fā)光二極管 LED1,LED2,作為秒指示 (因?yàn)?2Hz 的信號經(jīng) 1位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器分頻后為 1Hz)。 7 圖 3 分頻電路 計(jì)數(shù)器 秒脈沖信號經(jīng)過級計(jì)數(shù)器，分別得到?秒?個位、十位，?分?個位、十位以及?時?個位、十位的計(jì)時。將這些計(jì)數(shù)器適當(dāng)?shù)剡B接，就可以構(gòu)成秒、分、時的計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)時的功能進(jìn)制計(jì)數(shù)器。六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器均可由雙 BCD加法計(jì)數(shù)器 CC4518 組成。選取 CC4518和與非門 CC451采用反饋復(fù)位法構(gòu)成的六十進(jìn)制和二十四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路分別見圖 4(a)和圖 4 (b)所示。接線如下圖所示，圖 2為六進(jìn)制 。所以采用反
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