數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)課程.doc

河南質(zhì)量工程學(xué)院08級(jí)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)0電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目：數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)系別：機(jī)電工程系專業(yè)：機(jī)電一體化班級(jí)：機(jī)電3班學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師：完成日期：2010年1月9日河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院河南質(zhì)量工程學(xué)院08級(jí)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)1目錄一設(shè)計(jì)目的.2二設(shè)計(jì)方案.2三設(shè)計(jì)原理及其框圖.23.1數(shù)字鐘的構(gòu)成3-53.2數(shù)字鐘的工作原理5-63.3時(shí)間計(jì)數(shù)單元6-73.4譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元.73.5校時(shí)電源電路.73.6整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路.7-8四.元器件84.1實(shí)驗(yàn)中所需的器材.84.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳圖.9-104.3面包板內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖11五功能塊電路圖.11-9六總結(jié).11河南質(zhì)量工程學(xué)院08級(jí)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)2一、設(shè)計(jì)目的1.熟悉集成電路的引腳安排。2.掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。3.了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法。4.了解數(shù)字鐘的組成及工作原理。5.熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作。二、設(shè)計(jì)方案1設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)間以24小時(shí)為一個(gè)周期；顯示時(shí)、分、秒；有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；計(jì)時(shí)過程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前5秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)；為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。2設(shè)計(jì)要求畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；元器件及參數(shù)選擇；電路仿真與調(diào)試；3編寫設(shè)計(jì)報(bào)告寫出設(shè)計(jì)與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。河南質(zhì)量工程學(xué)院08級(jí)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)3三、設(shè)計(jì)原理及其框圖1數(shù)字鐘的構(gòu)成數(shù)字鐘是一個(gè)將“時(shí)”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，另外應(yīng)有校時(shí)功能和一些顯示星期、報(bào)時(shí)、停電查看時(shí)間等附加功能。因此，一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時(shí)”，“分”，“秒”，“星期”計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路和振蕩器組成。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3-1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖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32768z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。分頻器電路分頻器電路將32768z的高頻方波信號(hào)經(jīng)32768（）次分頻后得到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。河南質(zhì)量工程學(xué)院08級(jí)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)4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12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。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。數(shù)碼管數(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(jì)提供的為LED數(shù)碼管。數(shù)字鐘的工作原理）晶體振蕩器電路）晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心，它保證了時(shí)鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。）圖3-2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(gè)電路中，非門與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，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。輸出反饋電阻為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個(gè)高增益的反相放大器。電容、與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)度相移，從而和非門構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。）晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計(jì)，其頻率較低，有利于減少分頻器級(jí)數(shù)。從有關(guān)手冊(cè)中，可查得C1、C2均為30pF。當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時(shí)，還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施。由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為10M。較高的河南質(zhì)量工程學(xué)院08級(jí)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)5反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性，非門電路可選74HC00。圖3-2COMS晶體振蕩器）分頻器電路通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到z的秒信號(hào)輸入，需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻。通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，一般采用多級(jí)進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。例如，將z的振蕩信號(hào)分頻為Z的分頻倍數(shù)為（），即實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)于極進(jìn)制計(jì)數(shù)器。常用的進(jìn)制計(jì)數(shù)器有等。本實(shí)驗(yàn)中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實(shí)現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。計(jì)數(shù)為級(jí)進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將Z的信號(hào)分頻為Z，其內(nèi)部框圖如圖3-3所示，從圖中可以看出，的時(shí)鐘輸入端兩個(gè)串接的非門，因此可以直接實(shí)現(xiàn)振蕩和分頻的功能。圖3-3CD4046內(nèi)部框圖時(shí)間計(jì)數(shù)單元有時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個(gè)部分。時(shí)計(jì)數(shù)單元一般為進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器，其輸出為兩位碼形式；分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為碼。河南質(zhì)量工程學(xué)院08級(jí)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)6一般采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC390來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。為減少器件使用數(shù)量，可選，其內(nèi)部邏輯框圖如圖.所示。該器件為雙異步計(jì)數(shù)器，并且每一計(jì)數(shù)器均提供一個(gè)異步清零端（高電平有效）。圖3-474HC390(1/2)內(nèi)部邏輯框圖秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元為進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將與（下降沿有效）相連即可。（下降沒效）與Z秒輸入信號(hào)相連，可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與十位計(jì)數(shù)單元的相連。秒十位計(jì)數(shù)單元為進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路連接方法如圖3-5所示，其中可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的相連。圖3-510進(jìn)制6進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換電路分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同，只不過分個(gè)位計(jì)數(shù)單元的作為向上的進(jìn)位