畢業(yè)設計（論文）多功能數(shù)字鐘的設計

1、焦作大學機電系畢業(yè)設計多 功 能 數(shù) 字 鐘 的 設 計 熊 保 軍 焦作大學機電工程學院 畢業(yè)設計 中圖分類號：tp273 多功能數(shù)字鐘的設計 專業(yè)名稱：應用電子技術學生姓名：xxxxx導師姓名：xxxxx 焦作大學機電工程學院2009年12月2 中圖分類號：tp273 密級：公開udc： 單位代碼：11522 多功能數(shù)字鐘的設計multi-function digital clock design姓 名xxxxx學制3年專 業(yè)應用電子技術研究方向電子設計導 師xxxxxx職稱講師論文提交日期2009.12.27論文答辯日期2010/01/04 焦作大學機電工程學院焦作大學機電工程學院畢業(yè)設

2、計 摘要摘 要數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置,與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性,且無機械裝置,具有更長的使用壽命,廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭,辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?。本系統(tǒng)進行了各單元的設計和總體調(diào)試，可以完成準確的完成計時、定時和仿電臺報時功能。電路由多諧振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼顯示器和校時電路以及定時電路組成?？傮w方案設計由主體電路和擴展電路兩大部分組成。本電路具有走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常進行調(diào)校等特點。關鍵詞：555 定時器；多諧振蕩器；分頻器；計數(shù)器；數(shù)字鐘abstractdigital clock is

3、 a digital circuit technology with the hours，minutes,seconds, timing devices, as compared with the mechanical clock has a higher accuracy and intuitive, and no mechanical device has a longer service life, widely used in individual families, stations, terminals, offices and other public places, becom

4、e indispensable in daily life necessities. this system has been the design of each unit and the overall debugging, complete and accurate completion of timing, timing, and imitation radio timekeeping function. circuit consists of multi-harmonic oscillator, dividers, counters, displays and school when

5、 the decoding circuit and timing circuit. overall program design and expansion of the circuit from the main circuit composed of two parts. this circuit has a travel time of high precision, good stability, easy to use, does not require frequent adjustment and so on.key words: 555 timer; multivibrator

6、; divider; counter;digital clock 焦作大學機電工程學院畢業(yè)設計 目錄目 錄1緒論.(1)1.1概述.(1)1.2設計任務.（2）1.3功能要求.（2）2.電路設計.（4）2.1設計方案.（4）2.2單元電路的設計.（4）2.2.1主體電路部分.（5）2.2.1.1振蕩電路.（5）2.2.1.2計數(shù)電路.（8）2.2.1.3校時電路.（12）2.2.1.4譯碼與顯示電路.（14）2.2.2 擴展功能電路的設計.（15）2.2.2.1 定時控制電路.（15）2.2.2.2 仿廣播電臺正點報時電路.(17）2.2.2.3 自動報整點時數(shù)電路.(17)2.2.2.4 觸

7、摸報整點時數(shù)電路.(19)3.調(diào)試.(21)3.1主體電路部分.(21)3.2 擴展電路部分.(22)4 總結(jié).(24)參考文獻.(25)附錄.(26)謝辭.(30)1焦作大學機電工程學院畢業(yè)設計 1緒論1 緒論1.1 概述中國是世界上最早發(fā)明計時儀器的國家。有史料記載，漢武帝太初年間（紀元前104-101年）由落下閎創(chuàng)造了我國最早的表示天體運行的儀器渾天儀。東漢時期（公元130年）張衡創(chuàng)造了水運渾天儀，為世界上最早的以水為動力的觀測天象的機械計時器，是世界機械天文鐘的先驅(qū)。盛唐時代，公元725年張遂（又稱一行）和梁令瓚等人創(chuàng)制了水運渾天銅儀，它不但能演示天球和日、月的運動，而且立了兩個木人，

8、按時擊鼓，按時打鐘。第一個機械鐘的靈魂擒縱器用于計時器，這是中國科學家對人類計時科學的偉大貢獻。它比十四世紀歐洲出現(xiàn)的機械鐘先行了六個世紀。第一只石英鐘出現(xiàn)在二十世紀二十年代，從三十年代開始得到了推廣，從六十年代開始，由于應用半導體技術，成功地解決了制造日用石英鐘問題，石英電子技術在計時領域得到了廣泛的應用。并取代機械鐘做了更精確的時間標準。早在1880年，法國人皮埃爾居里和保羅雅克居里就發(fā)現(xiàn)了石英晶體有壓電的特性，這是制造鐘表“心臟”的良好材料?？茖W家以石英晶體制成的振蕩計時器和電子鐘組合制成了石英鐘。經(jīng)過測試，一只高精度的石英鐘表，每年的誤差僅為 35秒。1942年，著名的英國格林尼治天文

9、臺也開始采用了石英鐘作為計時工具。在許多場合，它還經(jīng)常被列為頻率的基本標準，用于日常測量與檢測。大約在 1970 年前后，石英鐘表開始進入市場，風靡全球。隨著科學的進步，精密的電子元件不斷涌現(xiàn)，石英鐘表也開始變得小巧精致，它既是實用品，也是裝飾品。它為人們的生活提供方便，更為人們的生活增添了新的色彩。 在現(xiàn)行情況下根據(jù)簡單實用強的、走時準確進行設計。而實驗證明，鐘表的振蕩部分采用石英晶體作為時基信號源時，走時更精確、調(diào)整更方便。鐘是一種計時的器具，它的出現(xiàn)開拓了時間計量的新里程。提起時鐘大家都很熟悉，它是給我們指明時間的一種計時器，并且我們每天都要用到它。二十世紀八十年代中國的鐘表業(yè)經(jīng)歷了一場

10、翻天覆地的大轉(zhuǎn)折。其表現(xiàn)在三個方面：（1）從生產(chǎn)機械表轉(zhuǎn)為石英電子表；（2）曾占據(jù)中國消費市場四十多年的大型國有企業(yè)突然被剛剛冒起的“組業(yè)”所取代，鐘表生產(chǎn)中心轉(zhuǎn)向中國南方沿海一帶；（3）中國鐘表業(yè)發(fā)展從以機芯為龍頭改為以手表外觀件為龍頭。這場轉(zhuǎn)折以迅雷不及掩耳的速度，沖擊著傳統(tǒng)的中國鐘表工業(yè)。中國的鐘表業(yè)從技術簡單、零件少的石英鐘機芯制造入手。最初石英鐘機芯全靠從日本、德國進口，1989年開始完全自己生產(chǎn)，包括模具的制造加工。近十余年，逐漸提高機芯質(zhì)量的穩(wěn)定性，同時轉(zhuǎn)向?qū)κ直頇C芯研制與開發(fā)。目前石英鐘表機芯生產(chǎn)主要在福建省福州、廣東東莞、番禺；機械鐘表機芯在上海、山東等地。現(xiàn)在我國的電子業(yè)發(fā)

11、展非?？焖伲娮訕I(yè)的發(fā)展有利于鐘表業(yè)的發(fā)展。在中國鐘表發(fā)展史上，國產(chǎn)機芯研制的失敗已經(jīng)成為過去，“組裝業(yè)”作為新興鐘表工業(yè)的起步階段也已成為過去。一支新的充滿智慧的鐘表精英在成長。我們相信在科技高速發(fā)展的今天，鐘表業(yè)運用當今材料工業(yè)、電子工業(yè)和其他領域的最新技術，一定會生產(chǎn)出代表中國科學水平的產(chǎn)品。我們希望鐘表業(yè)的精英們在提高制造技術水平中不斷創(chuàng)新，培育出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的品牌。這正是中國鐘表業(yè)發(fā)展的希望。數(shù)字鐘被廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭、辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵贰Ｓ捎跀?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用,使得數(shù)字鐘的精度,運用超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人

12、們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。1.2 設計任務設計一種多功能數(shù)字鐘，該數(shù)字鐘具有基本功能和擴展功能兩部分。其中，基本功能部分的有準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間和校時功能。擴展功能部分則具有：定時控制、仿廣播電臺正點報時、自動報整點時數(shù)和觸摸報正點的功能。數(shù)字鐘的電路也是由主體電路和擴展電路兩部分構(gòu)成，在電路中，基本功能部分由主體電路實現(xiàn)

13、，而擴展功能部分則由擴展電路實現(xiàn)。這兩部分都有一個共同特點就是它們都要用到振蕩電路提供的1hz脈沖信號。在計時出現(xiàn)誤差時電路還可以進行校時和校分，為了使電路簡單所設計的電路不具備校秒的功能。并且要用數(shù)碼管顯示時、分、秒，各位均為兩為顯示，擴展部分要有相應的響應電路。1.3 功能要求基本功能（1）時的計時要求為“12翻1”，分和秒的計時要求為60進制（2）準確計時，以數(shù)字形式顯示時，分，秒的時間（3）校正時間擴展功能（1）定時控制；（2）仿廣播電臺報時功能；（3）自動報整點時數(shù)；（4）觸摸報整點時數(shù)； 3焦作大學機電工程學院畢業(yè)設計 2 電路設計2 電路設計2.1設計方案根據(jù)設計要求首先建立了一

14、個多功能 數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖，框圖如圖2-1所示時顯示器時譯碼器時計數(shù)器分顯示器分譯碼器分計數(shù)器秒顯示器秒譯碼器秒計數(shù)器校時電路振蕩器分頻器仿電臺報時報整點時數(shù)定時控制 觸摸報時數(shù)1s主體電路擴展電路圖2-1多功能數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖multi-function digital clock circuit diagram of system components由圖1可知，電路的工作原理是：多功能數(shù)字鐘電路由主體電路和擴展電路兩大部分組成。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，擴展電路完成數(shù)字鐘的擴展功能。振蕩器產(chǎn)生的高脈沖信號作為數(shù)字鐘的振源，再經(jīng)分頻器輸出標準秒脈沖。秒計數(shù)器計滿60

15、后向分計數(shù)器個位進位，分計數(shù)器計滿60后向小時計數(shù)器個位進位并且小時計數(shù)器按照“12翻1”的規(guī)律計數(shù)。計數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。計時出現(xiàn)誤差時電路進行校時、校分、校秒。擴展電路必須在主體電路正常運行的情況下才能進行擴展功能。2.2單元電路的設計數(shù)字電子鐘的設計方法很多種，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；還可以利用單片機來實現(xiàn)電子鐘等。在本次設計，電路是由許多單元電路組成的，因此首先必須對各個單元電路4進行設計。2.2.1 主體電路部分主體電路部分的電路主要由振蕩電路、計數(shù)電路、顯示電路以及校時電路四大部分組成。下面

16、將對各部分電路進行設計。2.2.1.1 振蕩電路 振蕩電路由振蕩器和分頻器產(chǎn)生 1hz時鐘脈沖和擴展部分所需的頻率，下面對振蕩器和分頻器兩部分進行介紹。（1） 振蕩器數(shù)字電路中的時鐘是由振蕩器產(chǎn)生的，振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度，一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。它利用某種反饋方式產(chǎn)生時鐘信號。對數(shù)字電路來說，振蕩器的輸出的幅度范圍為0v5v的方波信號而不是鋸齒波、三角波或其他形式。典型的振蕩器是弛豫振蕩器，它通過一個rc網(wǎng)絡將反相器的輸出反饋回來并存在一定的工作延遲時間。基電路本的如圖2-2所示。圖2-2 振蕩器反饋電路oscillato

17、r feedback circuit在上述電路中，ri-c網(wǎng)絡由第一個反相器驅(qū)動，具有rc特性曲線的響應信號被反饋給反相器的輸入。當電容上的電壓達到施密特觸發(fā)器輸入反相器的門限電壓的時候，反相器的狀態(tài)發(fā)生改變，并輸出一個新的電壓值。這個輸出電壓經(jīng)過一定的延遲時間再次通過ric反饋回來，直到電容電壓再次達到門限電壓為止。用施密特觸發(fā)器輸入器件（如74hc04），但是由于電容的參考電壓在每個臨界點都要發(fā)生變化，所以施密特觸發(fā)器不是必需的。由于電容與輸出相連，每次狀態(tài)改變時，電容的充電電壓會超過5v。從這一點來說，輸出電壓會改變電容的充電電壓，直到電容兩端的電壓變?yōu)?4hc04的門限電壓（2.5v）

18、為止。振蕩器輸出狀態(tài)的改變發(fā)生在電容上的電壓達到2.5v時。弛豫振蕩器對許多低成本而精度要求又不高的場所非常適合，但是并不推薦在任何有精度要求的實際應用電路采用它。如果想要獲得高的精度，就應該在振蕩電路中使用石英晶體作振源。在數(shù)字鐘的設計與制作中應采用石英晶體振蕩器，因為石英晶體具有壓電效應，是一個壓電器件。當交流電壓加在晶體兩端，晶體先隨電壓變化產(chǎn)生對應的變化，然后機械振動又使晶體表面產(chǎn)生交變電荷。當晶體幾何尺寸和結(jié)構(gòu)一定時，它本生有一個固定的機械頻率。當外加交流電壓的頻率等于晶體的固有頻率時，晶體片的機械振動最大，晶體表面電荷量最多，外電路的交流電流最強，于是產(chǎn)生振蕩，因此將石英晶體按一定

19、方位切割成片，兩邊傅以電極，焊上引線，再用金屬或玻璃外殼封裝即構(gòu)成石英晶體。石英晶體的固有頻率十分穩(wěn)定。另外石英晶體的振動具有多諧性，除了基頻振動外，還有奇次諧次泛音振動，對于石英晶體，既可利用基頻振動，也可利用泛音振動。前者稱為基頻晶體，后者稱為泛音晶體，晶片厚度與振動頻率成反比，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。在設計中所用的振蕩器的電路圖如圖2-3所示。該電路能產(chǎn)生1mhz的方波脈沖振蕩信號。圖2-3 振蕩器的電路圖oscillator circuit（2）分頻器分頻器的作用是將由石英晶體產(chǎn)生的高頻信號分頻成基時鐘脈沖信號

20、和擴展部分所需的頻率。在此電路中，分頻器的功能主要有兩個：一是產(chǎn)生標準脈沖信號；二是功能擴展電路所需的信號，如仿電臺用的1khz的高頻信號和500hz的低頻信號等.在此電路中作為分頻器的元件是:cd4518。cd4518可以組成二分頻電路和十分頻電路。用cd4518組成二分頻的電路如圖2-4；用cd4518組成十分頻的電路如圖2-5；在本次設計中所用的分頻器的電路圖如圖2-6。電路經(jīng)過十分頻后將晶振來的1mhz的振蕩脈沖變?yōu)?hz的脈沖信號，該信號作為計數(shù)器的計數(shù)脈沖使用。 cr cpen cr cp輸入 輸 出 輸入 輸入 輸 出 清零圖2-4 cd4518組成二分頻的電路 圖2-5 cd4

21、518組成十分頻的電路cd4518 divider circuit composed of two cd4518 circuit composed of a very frequent圖2-6 分頻器的電路圖divider circuit表2.1 cd4518的功能表cd4518 menu 輸入 輸出 cp cr en 上升沿 l h 加計數(shù)l l 上升沿 加計數(shù) 下降沿 l x 保 x l 上升沿 上升沿 l l 持 h l 下降沿 x h x 全為l振蕩器和分頻器兩部分構(gòu)成振蕩電路，它的電路圖如圖2-7所示。根據(jù)圖2-7可知電路的工作原理是：石英晶體振蕩器提供的頻率為1mhz，cd4518

22、組成十分頻電路。并且一個 cd4518可以組成兩個十分頻電路即：cd4518的引腳2與引腳6組成一個十分頻電路而引腳10與引腳14組成另一個十分頻電路。晶振的輸出接入第一塊cd4518的輸入引腳2，經(jīng)過一次十分頻，頻率變?yōu)?00khz。輸出引腳6接入同一塊cd4518的引腳10經(jīng)第二次分頻，頻率變?yōu)?0khz。輸出引腳接人第二塊cd4518的輸入引腳2再經(jīng)一次分頻，頻率變?yōu)?khz。這樣經(jīng)過六次分頻最后可以得到1hz的頻率。圖2-7 振蕩器和分頻器構(gòu)成的振蕩電路oscillation oscillator and divider circuit composed of2.2.1.2 計數(shù)電路計

23、數(shù)器是一種計算輸入脈沖的時序邏輯網(wǎng)絡，被計數(shù)的輸入信號就是時序網(wǎng)絡的時鐘脈沖，它不僅可以計數(shù)而且還可以用來完成其他特定的邏輯功能，如測量、定時控制、數(shù)字運算等等。數(shù)字鐘的計數(shù)電路是用兩個六十進制計數(shù)電路和“12翻1”計數(shù)電路實現(xiàn)的。數(shù)字鐘的計數(shù)電路的設計可以用反饋清零法。當計數(shù)器正常計數(shù)時，反饋門不起作用，只有當進位脈沖到來時，反饋信號將計數(shù)電路清零，實現(xiàn)相應模的循環(huán)計數(shù)。以六十進制為例，當計數(shù)器從00，01，02，59計數(shù)時，反饋門不起作用，只有當?shù)?0個秒脈沖到來時，反饋信號隨即將計數(shù)電路清零，實現(xiàn)模為60的循環(huán)計數(shù)。下面將分別介紹60進制計數(shù)器和“12翻1”小時計數(shù)器。 （一）60進制計

24、數(shù)器電路如圖2-8所示圖2-8 60進制計數(shù)器 60 binary counter電路中，74ls92作為十位計數(shù)器，在電路中采用六進制計數(shù)；74ls90作為個位計數(shù)器在電路中采用十進制計數(shù)。當74ls90的14腳接振蕩電路的輸出脈沖1hz時74ls90開始工作，它計時到10時向十位計數(shù)器74ls92進位。下面對電路中所用的主要元件及功能介紹。 十進制計數(shù)器 74ls90 74ls90是二五十進制計數(shù)器，它有兩個時鐘輸入端cpa和cpb。其中，cpa和組成一位二進制計數(shù)器；cpb和組成五進制計數(shù)器；若將與相連接，時鐘脈沖從輸入，則構(gòu)成了8421bcd碼十進制計數(shù)器。74ls90有兩個清零端r0

25、（1）、r0（2），兩個置9端r9（1）和r9（2），其bcd碼十進制計數(shù)時序如表2.2，二五混合進制計數(shù)時序如表2.3，74ls90的管腳圖如圖2-9。圖2-9十進制計數(shù)器 74ls90 decimal counter 74ls90表2.2 bcd碼十進制計數(shù)時序 表2.3 二五混合進制計數(shù)時序bcd code the decimal count of timing 2 - 5 mixed binary counting sequencecp cp 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 1 1 0 0 0 12 0 0 1 0 2 0 0 1 03 0 0 1 1 3 0 0

26、 1 14 0 1 0 0 4 0 1 0 05 0 1 0 1 5 1 0 0 06 0 1 1 0 6 1 0 0 17 0 1 1 1 7 1 0 1 08 1 0 0 0 8 1 0 1 19 1 0 0 1 9 1 1 0 0 異步計數(shù)器74ls92所謂異步計數(shù)器是指計數(shù)器內(nèi)各觸發(fā)器的時鐘信號不是來自于同一外接輸入時鐘信號，因而觸發(fā)器不是同時翻轉(zhuǎn)。這種計數(shù)器的計數(shù)速度慢。一異步計數(shù)器 74ls92是 二六十二進制計數(shù)器，即和組成二進制計數(shù)器，和在74ls92中為六進制計數(shù)器。當和相連，時鐘脈沖從輸入，74ls92構(gòu)成十六進制計數(shù)器。74ls92的管腳圖如圖2-10。圖2-10異步計數(shù)

27、器74ls92asynchronous counter 74ls92（二） “12翻1”小時計數(shù)器電路 （1） 電路如圖2-11 所 示圖2-11 “12翻1”小時計數(shù)器電路12 turning an hour counter circuits“12翻1”小時 計數(shù)器是按照“01020304050607080910111201”規(guī)律計數(shù)的，計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表2.4所示。表2.4 “12翻1”小時計時時序12 turning an hour time-sequential十位 個位十位 個位cpq10q03 q02 q01 q00cp q10q03 q02 q01 q0001234567

28、 000000000 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 1891011121300011101 0 0 01 0 0 11 0 1 00 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 0 1（二）電路的工作原理由表2.4可知：個位計數(shù)器由4位二進制同步可逆計數(shù)器 74ls191構(gòu)成，十位計數(shù)器由雙d觸發(fā)器74ls74構(gòu)成 ，將它們組成 “12翻1”小時計數(shù)器。由表可知：計數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生 兩次跳躍：一是：計數(shù)器計到9，即個位計數(shù)器的狀態(tài)為 =1001后，在下一計數(shù)脈沖的作用下計數(shù)器進入暫態(tài)1010，利用暫態(tài)的兩個1即使個位

29、異步置0，同時向十位計數(shù)器進位使 =1；二是計數(shù)到12后，在第13個計數(shù)脈沖作用下個位計數(shù)器的狀態(tài)應為 =0001，十位計數(shù)器的 =0。第二次跳躍的十位清“0”和個位置“1”的輸出端、來產(chǎn)生。對電路中所用的主要元件及功能介紹。 d觸發(fā)器74ls74在電路中用到了d觸發(fā)器74ls74，74ls74的管腳圖如圖2-12。圖2-12 d觸發(fā)器74ls74d flip-flop 74ls74下面將介紹一些有關觸 發(fā) 器的內(nèi)容：觸發(fā)器，它是由門電路構(gòu)成的邏輯電路，它的輸出具有兩個穩(wěn)定的物理狀態(tài)（高電平和低電平），所以它能記憶一位二進制代碼。觸發(fā)器是存放在二進制信息的最基本的單元。按其功能可為基本rs觸發(fā)

30、器觸、jk觸發(fā)器、d觸發(fā)器和t觸發(fā)器。這幾種觸發(fā)器都有集成電路產(chǎn)品。其中應用最廣泛的當數(shù)jk觸發(fā)器和d觸發(fā)器。不過，深刻理解rs觸發(fā)器對全面掌握觸發(fā)器的工作方式或動作特點是至關重要的。事實上，jk觸發(fā)器和d觸發(fā)器是rs觸發(fā)器的改進型，其中jk觸發(fā)器保留了兩個數(shù)據(jù)輸入端，而d觸發(fā)器只保留了一個數(shù)據(jù)輸入端。d觸發(fā)器有邊沿d觸發(fā)器和高電平d觸發(fā)器。74ls74為一個電平d觸發(fā)器。 計數(shù)器74ls191 74ls191的管腳圖如圖2-13 圖2-13 74ls191的管腳圖74ls191 pin diagram2.2.1.3 校時電路（一）電路如圖2-14 所示圖2-14校時電路school time

31、 the circuit（二）電路的工作原理校時電路的作用是：當數(shù)字鐘接通電源或者出現(xiàn)誤差時，校正時間。校時是數(shù)字鐘應具有的基本功能。一般電子表都具有時、分、秒等校時功能。為了使電路簡單，在此設計中只進行分和小時的校時。校時有“快校時”和“慢校時”兩種，“快校時”是通過開關控制，使計數(shù)器對1hz校時脈沖計數(shù)?！奥r”是用手動產(chǎn)生單脈沖作校時脈沖。圖中s1校分用的控制開關，s2為校秒用的控制開關，它們的控制功能如表2.5所示，校時脈沖采用分頻器輸出的1hz脈沖，當s1或s2分別為“0”時可以進行“快校時”。如果校時脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供，則可以進行“慢校時”。 表2.5校時開關的功能func

32、tion of the school when the switch s1 s2 功 能1 1 計數(shù)1 0 校分0 1 校時 （三）對電路中所用的主要元件及功能介紹在此電路中，用到的元器件有兩塊四2輸入與非門74ls00 、一塊六反相器74 ls04、兩個電容、兩個電阻以及兩個開關。（1） 四-2輸入與非門74ls00集成邏輯門是數(shù)字電路中應用十分廣泛最基本的一種器件，為了合理的使用和充分利用其性能，必須對它的主要參數(shù)和邏輯功能進行測試。74ls00與非門的主要參數(shù)為：輸出高電平：指與非門有一個以上輸入端接地或接低電平時的輸出電平值。輸出低電平：指與非門的所有輸入端均接高電平時的輸出電平值。開

33、門電平：指與非門輸出處于額定低電平時允許輸入高電平的最小值。關門電平：指與非門輸出處于高電平狀態(tài)時允許輸入低電平的最大值。電壓傳輸特性：是指門的輸出電壓隨輸入電壓而變化的曲線，由它可以得到門電路的輸出高電平、輸出低電平、關門電平和開門電平等。低電平的輸出電源電流；是指輸入所有端都懸空，輸出端空載時，電源提供器件的電流。高電平輸出電源電流：是指輸出端空載，每個門各有一個以上的輸入端接地，電源提供給器件的電流。低電平輸入電流：是指被測輸入端接地，其余輸入端懸空時，由被測輸入端流出的電流值。高電平輸入電流：指被測輸入端接高電平，其余輸入端接地，流入被測輸入端的電流值。扇出系數(shù)：門電路能驅(qū)動同類門的個

34、數(shù)，它是衡量門電路負載能力的一個參數(shù)，ttl與非門有兩種不同性質(zhì)的負載，即灌電流負載和拉電流負載，因此有兩種扇出系數(shù)。即低電平扇出系數(shù)和高電平扇出系數(shù)。2.2.1.4 譯碼與顯示電路 （一）電路如圖2-15所示 圖2-15譯碼與顯示電路 decode and display circuit（二）電路的工作原理譯碼是編碼的相反過程，譯碼器是將輸入的二進制代碼翻譯成相應的輸出信號以表示編碼時所賦予原意的電路。常用的集成譯碼器有二進制譯碼器、二十制譯碼器和bcd7段譯碼器、顯示模塊用來顯示計時模塊輸出的結(jié)果。（三）對電路中的主要元件及功能介紹（1）譯碼器74ls48譯碼器是一個多輸入、多輸出的組合邏

35、輯電路。它的工作是把給定的代碼進行“翻譯”，變成相應的狀態(tài)，使輸出通道中相應的一路有信號輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示，還用于數(shù)字分配，存儲器尋址和組合控制信號等。譯碼器可以分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。在電路中用的譯碼器是共陰極譯碼器74ls48，用74ls48把輸入的8421bcd碼abcd譯成七段輸出a-g，再由七段數(shù)碼管顯示相應的數(shù)。 74ls48的管腳圖如圖16。在管腳圖中，管腳lt、rbi、bi/rbo都是低電平是起作用，作用分別為：lt為燈測檢查，用lt可檢查七段顯示器個字段是否能正常被點燃。bi是滅燈輸入，可以使顯示燈熄滅。rbi是

36、滅零輸入，可以按照需要將顯示的零予以熄滅。bi/rbo是共用輸出端，rbo稱為滅零輸出端，可以配合滅零輸出端rbi，在多位十進制數(shù)表示時，把多余零位熄滅掉，以提高視圖的清晰度。也可用共陰譯碼器74ls248，cd4511。圖2-16譯碼器74ls48decoder 74ls48（2）顯示器sm421050n在此電路圖中所用的顯示器是共陰極形式，陰極必須接地。sm421050n的管腳功能圖如圖2-17圖2-17顯示器sm421050n display sm421050n主體電路部分是由上面的以上的各個單元電路組成的，電路圖見附件2.2.2 擴展功能電路的設計2.2.2.1 定時控制電路數(shù)字鐘在指

37、定的時刻發(fā)出信號，或驅(qū)動音響電路“鬧時”；或?qū)δ逞b置的電源進行接通或斷開“控制”。不管是鬧時還是控制，都要求時間準確，即信號的開始時刻與持續(xù)時間必須滿足規(guī)定的要求。（一）設計電路如圖2-18所示圖2-18定時控制電路timing control circuit（二）電路的工作原理在這里將舉例來說明它的工作原理。要求上午7時59分發(fā)出鬧時信號，持續(xù)1分鐘。設計如下：7時59分對應數(shù)字鐘的時時個位計數(shù)器的狀態(tài)為，分十位計數(shù)器的狀態(tài)為，分個位計數(shù)器的狀態(tài)為，若將上述計數(shù)器輸出為“1”的所有輸出端經(jīng)過與門電路去控制音響電路，就可以使音響電路正好在7點59分響，持續(xù)1分鐘后（即8點）停響。所以鬧時控制信

38、號z的表達式為 公式（2-1）式中，m為上午的信號輸出，要求m=1。如果用與非門實現(xiàn)的邏輯表達式為： 公式（2-2）在該電路圖中用到了4輸入二與非門74ls20，集電極開路的2輸入四與非門74ls03，因oc門的輸出端可以進行“線與”，使用時在它們的輸出端與電源+5v端之間應接一電阻rl。rl的值由下式?jīng)Q定： 公式（2-3）=0.4v,=0.4ma,=2.4v,=50ua,=8ma,=100ua;m為負載門輸入端總個數(shù)。取rl=3.3k。如果控制1khz高音和驅(qū)動音響電路的兩極與非門也采用oc門，則rl的值應該重新計算。由電路圖可以看見，上午7點59分，音響電路的晶體管導通，則揚聲器發(fā)出1kh

39、z的聲音。持續(xù)1分鐘到8點整晶體管因為輸入端為“0”而截止，電路停鬧。（三）對電路中所用的主要元件及功能介紹在電路中所用到的元件有74ls03，74ls20等。（1）四2輸入與非門74ls0374ls03的管腳圖如圖2-19 圖2-19 74ls03的管腳圖74ls03 pin diagram（2）二4輸入與非門74ls20 74ls20的管腳圖如圖2-20所示。圖2-20 74ls20的管腳圖 74ls20 pin diagram2.2.2.2 仿廣播電臺正點報時電路仿廣播電臺正點報時的功能要求是：每當數(shù)字鐘計時快要到正點時，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時刻為

40、正點時刻。 （一）設計電路如圖2-21所示 圖2-21仿廣播電臺正點報時電路punctual timekeeping circuit imitation radio（二）該電路圖的工作原理電路圖的工作原理舉例來說明；例如設4聲低音（約500hz）分別 在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音（約1000hz）發(fā)生在59秒，它們的持續(xù)時間為1秒。只有當分十進位的，分個位的，秒十位的及秒個位的時，音響電路才能工作。 （三）對該電路中使用的元件的介紹因為在該電路中所用的元件主要是74ls00、74ls04及74ls20這些元件在前面的電路中已經(jīng)介紹.這里就不再介紹它了.2.2.2.3 自

41、動報整點時數(shù)電路（一）設計電路如附錄圖4所示（二）電路的工作原理報整點時數(shù)電路的功能是：每當數(shù)字鐘計時到整點時發(fā)出音響，并且?guī)c響幾聲。實現(xiàn)這一功能的電路主要有以下幾個部分。減法計數(shù)器：完成幾點響幾聲的功能。即從小時計數(shù)器的整點開始進行減法計數(shù)，直到零為止。編碼器：將小時計數(shù)器的5個輸出端、按照“12翻1”的編碼要求轉(zhuǎn)換為減法計數(shù)器的4個輸入端、所需要的bcd碼。在電路圖中編碼器是由與非門實現(xiàn)的組合邏輯電路。其中編碼器是由與非門實現(xiàn)的組合邏輯電路，其輸出端的邏輯表達式由5變量的卡若圖可得。 公式 （2-4）表2.6編碼器的真值表encoder truth table分進位脈沖 小時計數(shù)器輸出

42、減法計數(shù)器輸入 cp 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 0 1 0 0 0 1 0 3 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 0 1 0 0 0 1 0 0 5 0 0 1 0 1 0 1 0 1 6 0 0 1 1 0 0 1 1 0 7 0 0 1 1 1 0 1 1 1 8 0 1 0 0 0 1 0 0 0 9 0 1 0 0 1 1 0 0 1 10 1 0 0 0 0 1 0 1 0 11 1 0 0 0 1 1 0 1 1 12 1 0 0 1 0 1 1 0 0邏輯控制電路 控制減法計數(shù)器的清“0”與置數(shù)，控制音響電路的輸入信號。減法計數(shù)器選用74ls191，74ls191各控制端的作用如下。ld為置數(shù)端。當ld=0時將小時計數(shù)器的輸出經(jīng)數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)據(jù)置入，rc為溢出負脈沖輸出端.當