數(shù)字鐘最終版本要點(diǎn)

1、iii11*i瓊州學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：數(shù)字鐘digital clock專 業(yè)： 通信工程班 級(jí)：2 0 0 9>學(xué)生姓名：王威學(xué) 號(hào)：0 9 2 1 6 0 3 5起止日期：2011 、 52011、6指導(dǎo)教師：楊偉2011年6月數(shù)字鐘摘要 ： 數(shù)字鐘是一種既具有邏輯電路又具有時(shí)序電路的一種典型性的數(shù)字電路，它是用以實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)裝置，它由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、來達(dá)到六十進(jìn)制，和二十四進(jìn)制，以及整點(diǎn)報(bào)時(shí)的設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞： 數(shù)字鐘、進(jìn)制、振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器 校時(shí)，報(bào)時(shí)1、 設(shè)計(jì)要求 ： 時(shí)鐘功能具有顯示日、時(shí)、分、秒

2、的功能； 具有快速較準(zhǔn)時(shí)、分、秒的功能；具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能，在離整定10s時(shí)，便自動(dòng)發(fā)出鳴叫聲，步長1s,每隔1s鳴叫一次，前4 響是低音，后1 響為高音，共鳴叫 5 次，最后 1 響結(jié)束時(shí)為整點(diǎn)； 整點(diǎn)報(bào)時(shí)高音為1000hz； 計(jì)時(shí)準(zhǔn)確度每天計(jì)時(shí)誤差不超過10 秒2、 數(shù)字時(shí)鐘的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)：2.1 設(shè)計(jì)原理數(shù)字電子鐘是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1hd進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。它由振蕩器、分配器、計(jì)數(shù)器、 譯碼器和顯示器電路組成。 振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過分頻器形成秒脈沖信號(hào)，秒脈沖信號(hào)輸入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)， 并把累計(jì)結(jié)果以 “時(shí)”、 “分”、 “秒”的數(shù)字顯示出來。秒計(jì)數(shù)器電路計(jì)滿60后觸發(fā)分計(jì)數(shù)器電路，

3、分計(jì)數(shù)器電路計(jì)滿60后觸發(fā)時(shí)計(jì)數(shù)器電路，當(dāng)計(jì)滿 24 小時(shí)后又開始下一輪的循環(huán)計(jì)數(shù)。通過校時(shí)電路可以對(duì)分和時(shí)進(jìn)行校時(shí)，且計(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10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。2.2 整體構(gòu)思數(shù)字鐘是用計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器等集成電路實(shí)現(xiàn)“時(shí)”、“分”、“秒”按照數(shù)字方式顯示的計(jì)數(shù)裝置，主要由振蕩器、分頻器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路、計(jì)數(shù)器、譯 碼器和顯示器六部分組成； 蕩器電路：555多諧震蕩電路電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率方波信號(hào)，可保證數(shù)字 鐘的走時(shí)穩(wěn)定。分頻器電路：分頻器電路將高頻方波信號(hào)經(jīng)分頻后得到低頻的方波信號(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。時(shí)間計(jì)數(shù)

4、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24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4511b叩轉(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。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路：一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能，即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi) 數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí)，以示提醒.其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波。數(shù)字鐘總體框架圖（1）3、數(shù)字鐘各部分電路的設(shè)計(jì)3.1 振蕩器電路振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精

5、確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確 程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路， 也可以選擇555定時(shí)器。我在這里選擇的是 555定時(shí)器。555定時(shí)器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路，因集成電路內(nèi)部含有3個(gè)5kq電阻而得名。該電路使用靈活、方便，只需接少量的阻容元件就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器、 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，且價(jià)格便宜。555定時(shí)器廣泛應(yīng)用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。表2-1 555定時(shí)器的功能表復(fù)位端r7高電平觸發(fā)端u11低電平觸發(fā)端u12放電三極管vtd輸出端uo0xx導(dǎo)通01>2/3v cc>1/3v cc導(dǎo)通01<2/3v cc>1/3v cc不變不變1>

6、2/3v cc<1/3v cc截止11<2/3v cc<1/3v cc截止1555定時(shí)器構(gòu)成的振蕩電路如圖0.1 uf0.1uf用555組成的脈沖產(chǎn)生電路：r3=r4=47kc=10p f ,則理論上555所產(chǎn)生的脈沖的為:f=1/ (r3+2r4 cln2=1/(47000+47000*2)*0.000001=1hz,而設(shè)計(jì)要求為 1hz,因止匕理論上其誤差為0,但是在實(shí)際中有很大的不確定性。反向保存 | ext, trigger4時(shí)間通道用通道手14.357 soxoo v2.417y14359 s5.000 v2.0s1v1.572 ms5.000 v-36775 mv

7、3.2 時(shí)間計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)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，小時(shí)計(jì)數(shù)器為 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。用6個(gè)74ls90組成兩個(gè)60進(jìn)制和一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。分別如圖4和5。§foh qoss0人<0 <<u174ls90d對(duì)于上圖，74ls90芯片的弓i腳8、9、11、12分別對(duì)應(yīng)qc qb qd qa四個(gè)輸出端，而第5端和第10端分別接高電平和地，上圖已默認(rèn)，就不畫出，下面的電路圖凡 涉及到芯片本身就需要接高電平和地的引腳亦不畫出。當(dāng)分的74

8、ls90芯片的進(jìn)位輸入端11端的脈沖進(jìn)位信號(hào)傳到時(shí)的脈沖輸入端時(shí)，時(shí) 便計(jì)數(shù)一次，并且其十位和個(gè)位的進(jìn)位關(guān)系與分（秒）的十位和個(gè)位的進(jìn)位關(guān)系一樣， 此處不再重述。24進(jìn)制電路圖如圖5lvto rd qijfo r c q lvt9 ru474ls90dr bqblvto rd qijfo r c q lvt9 ru374ls90d2723圖53.3 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)當(dāng)分和秒計(jì)數(shù)器計(jì)到 59分50秒時(shí)，“分”十位 qdqcqbqa=0101分”個(gè)位 qdqcqbqa=1001 秒”十位 qdqcqbqa=0101 秒”個(gè)位 qdqcqbqa=0000 59 分 50 秒到60分0秒（0分0秒）

9、，只有“秒”個(gè)位在計(jì)數(shù)，最后到整點(diǎn)時(shí)全部置“ 0”，從圖 中可以看出在59分50秒到59分59秒，門2的輸入全為高電平，門3輸入除“秒”個(gè) 位qa外也是高電平，那么當(dāng)秒個(gè)位 qa=1（qa=0時(shí)門3輸出高電平，這個(gè)時(shí)間正對(duì)應(yīng) 是50秒、52秒、54秒、56秒、58秒。在這幾個(gè)時(shí)間上，500hz的振蕩信號(hào)可以通過 門1,再經(jīng)過門4送出音響電路，發(fā)出五次音響。而當(dāng)時(shí)間達(dá)到整點(diǎn)時(shí)，門3輸出為0,500hz的信號(hào)不能通過門1。此刻在分十位有一個(gè)反饋歸零信號(hào) qcqb把它引來觸發(fā)由門6、門7構(gòu)成的基本rs觸發(fā)器并使門6的輸出為高電平“1”，這時(shí)1khz振蕩信號(hào)可以通過門5,再經(jīng)門4,送入音響電路，在整點(diǎn)

10、時(shí)，報(bào)出最后一響。觸發(fā)器的狀態(tài)保持1s時(shí)間后被“秒”個(gè)位qa乍用回到零，整個(gè)電路結(jié)束報(bào)時(shí)。報(bào)時(shí)所需的 500hz和1khz 信號(hào)可以從分頻電路中取出。圖63.4 校時(shí)電路的設(shè)計(jì)數(shù)字種啟動(dòng)后，每當(dāng)數(shù)字鐘顯示與實(shí)際時(shí)間不符進(jìn)，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行校時(shí)。由 于秒鐘誤差比較的小，在這里不進(jìn)行“秒”校時(shí)，校“分”、“時(shí)”的原理比較簡單，采 用加速校時(shí)，即用外開關(guān)通過與非門開通電路的脈沖通道使其進(jìn)入“時(shí)”或者“分”的 cloc輸入端，作為計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行校時(shí)。74ls0o,如圖所示，當(dāng)開關(guān)打向下時(shí)，因?yàn)樾Ｕ盘?hào)和 0相與的輸出為0,而開關(guān)的另一端 接高電平，正常輸入信號(hào)可以順利通過與或門， 故校時(shí)電路處于正常

11、計(jì)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)開關(guān) 打向上時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。與非門可選非門則可用與非門2個(gè)輸入端并接來代替節(jié)省芯片因此實(shí)際使用時(shí)，須對(duì)開關(guān)的狀態(tài)3.5 分頻器的設(shè)計(jì)在數(shù)字電路中，分頻器是一種可以進(jìn)行頻率變換的電路， 其輸入、輸出信號(hào)是頻率 不同的脈沖序列。輸入、輸出信號(hào)頻率的比值稱為分頻比。分頻器是用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的“秒” 計(jì)時(shí)信號(hào)，在本項(xiàng)設(shè)計(jì)中需要1khz 500hz、1hz的脈沖信號(hào)。我們知道把555定時(shí)器 產(chǎn)生的1khz的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)過103分頻，即需要經(jīng)過3級(jí)十分頻得到1hz的“秒” 計(jì)時(shí)信號(hào)。再經(jīng)2分頻獲得500hz脈沖信號(hào)，因此我們用三塊74ls90來實(shí)現(xiàn)3級(jí)十分圖8

12、3.6 譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動(dòng)led七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有 4511bd 4511bd bcd-7段譯碼器/ 驅(qū)動(dòng)器，具具有bcd專換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的 cmosi路能提供 較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng) led顯示器，專用于驅(qū)動(dòng)led七段共陽極顯示數(shù)碼管。由4511bd和led七段共陽數(shù)碼管組成的一位數(shù)碼顯示電路如圖所示。若將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。u7iau® ： 4611bp_6vvgc7u2七0o a a

13、n a sie i=0中qq中.圖94、整體電路圖設(shè)計(jì)圖10本次設(shè)計(jì)后的方案分電源電路、時(shí)間計(jì)數(shù)電路、正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路、校時(shí)電路、秒信號(hào)發(fā)生器電路和譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路等幾個(gè)模塊，設(shè)計(jì)后分別送到計(jì)算機(jī)模擬軟件multisimio中中進(jìn)行模擬調(diào)試用實(shí)驗(yàn)室的秒表進(jìn)行測試數(shù)字鐘的精確度，測試結(jié)果如表1;表1數(shù)字鐘時(shí)間與秒表時(shí)間的比較表秒表時(shí)間（單位：秒）數(shù)字鐘時(shí)間誤差（單位：秒）0000: 00: 0003000: 00: 30060.0100: 01: 000.019000: 01: 30012000: 02: 000150.0200: 02: 300.02180.0300: 03: 000.035、誤差

14、分析從表1可看出，誤差接近于0,而且理論上，誤差本來是累積的，但實(shí)際上不然，該表的數(shù)據(jù)已顯示數(shù)字鐘走了 90秒和120秒時(shí)的誤差與走了 60秒的誤差并不相關(guān)聯(lián), 亦即誤差不累積。因此易得出此誤差值為人的反應(yīng)時(shí)間 （包括視覺反應(yīng)時(shí)間和手的反應(yīng) 時(shí)間），并不是數(shù)字鐘本身的誤差。因此，此數(shù)字鐘的精確度相當(dāng)高，滿足設(shè)計(jì)要求6、原件清單;表2元器件清單一覽表元器件數(shù)量sn74ls90n9cd4511be6數(shù)碼顯示管674ls00410k滑動(dòng)變阻器10.1uf電容25.1k 電阻12k電阻1555 定時(shí)器4蜂鳴器10-50歐電阻674ls082單刀雙擲開關(guān)2電感47、實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)1、加強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)合作精神。很

15、難想象，如果我們各人之間沒有好好的配合，設(shè)計(jì)過程將成為一團(tuán)亂麻。 正是由于各人做好了應(yīng)該做的工作， 整個(gè)過程才能一氣呵成。 更為可貴的是， 我們彼此鼓勵(lì)， 同舟共濟(jì)地處理每個(gè)問題。 這種團(tuán)隊(duì)精神將是我們美好的回憶。2、提高了對(duì)芯片的認(rèn)識(shí)。為了在實(shí)驗(yàn)室里做好測試工作，我們必須對(duì)所用到的芯片了解得一清二楚。通過查閱手冊，或者詢問老師，我們終于對(duì)芯片的引腳功能熟透，這樣不但測試起來可靠，對(duì)以后的學(xué)習(xí)也是有極大的幫助。3、磨練了我們的意志力。我們花了很多心血來做這個(gè)課程設(shè)計(jì)，但凡事不是一帆風(fēng)順的， 我們遇到了許多困難。 有些困難甚至看進(jìn)來難于解決， 確實(shí)也是打擊了我們的信心。但我們毫不氣餒，認(rèn)真地檢查電路。4、做到理論聯(lián)系實(shí)際。剛剛學(xué)過了數(shù)電這門課程，還沒完全弄懂某些元器件的原理和用途， 而此次課程設(shè)計(jì)恰恰提供了一個(gè)好機(jī)會(huì)， 讓我們從實(shí)踐中悟出電子技術(shù)的深?yuàn)W之處。在做課程設(shè)計(jì)的過程中，我深深地感受到了自己所學(xué)到知識(shí)的有限，明白了只學(xué)好課本上的知識(shí)是不夠的， 要通過圖書館和互聯(lián)網(wǎng)等各種渠道來擴(kuò)充自己的知識(shí)。 在實(shí)驗(yàn)過程中我們曾經(jīng)遇到過問題。一個(gè)是在電路接好之后計(jì)數(shù)的顯示結(jié)果不正確 , 經(jīng)分析，檢察后我們請老師幫我們檢察了電路，知道了是電路導(dǎo)線壞了，于是改正了錯(cuò)誤。