計(jì)時器的發(fā)展與應(yīng)用優(yōu)選材料

1、1 . 引言人類對計(jì)時器的應(yīng)用已有幾千年的歷史了， 從遠(yuǎn)古的日密和漏壺到現(xiàn)在的時 鐘和秒表，計(jì)時器從重量、功能、外觀、應(yīng)用范圍發(fā)生了巨大的變化。本文設(shè)計(jì) 了一種多功能計(jì)時器，該計(jì)時器的整個系統(tǒng)由五部分功能電路組成，為：脈沖發(fā)生 電路，計(jì)時電路，校分電路，清零電路和報(bào)時電路。本設(shè)計(jì)報(bào)告對每部分電路的原 理圖，功能描述，工作原理及所用的器件都作了詳細(xì)敘述。該系統(tǒng)可以完成的功能 為:00秒到9分59秒的計(jì)時功能；能分別在9分53秒,9分55秒和9分57秒發(fā) 三聲低音,并且在9分59秒發(fā)一聲高音；能完成快速校分功能；還有開機(jī)清零,并 在任何時候按動清零開關(guān)使系統(tǒng)清零功能。2 .計(jì)時器的發(fā)展史2.1 中

2、國計(jì)時器的發(fā)展中國是世界上最早發(fā)明計(jì)時儀器的國家。 遠(yuǎn)古時代的日密和漏壺是我們祖先 創(chuàng)造的最簡單的計(jì)時器，利用太陽的影子和滴水或流沙的恒定交流量計(jì)算時刻。 有史料記載，漢武帝太初年間（紀(jì)元前104-101年）由落下閔創(chuàng)造了我國最早的 表示天體運(yùn)行的儀器一一渾天儀。東漢時期（公元130年）張衡創(chuàng)造了水運(yùn)渾天 儀，為世界上最早的以水為動力的觀測天象的機(jī)械計(jì)時器，是世界機(jī)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(yùn)渾天銅 儀，它不但能演示天球和日、月的運(yùn)動，而且立了兩個木人，按時擊鼓，按時打 鐘。第一個機(jī)械鐘的靈魂一擒縱器用于計(jì)時器。宋朝（公元1092年）蘇頌和韓公廉

3、等創(chuàng)制了著名的水運(yùn)儀象臺， 它把渾儀、 渾象和機(jī)械性計(jì)時器都組合在一起，成為世界上第一座以水為動力，裝有擒縱裝 置的自嗚機(jī)械天文鐘，但最有價(jià)值的還是蘇頌為 水運(yùn)儀象臺撰寫了詳細(xì)設(shè)計(jì) 說明編成新儀象法要一書，記載了水運(yùn)儀象臺的全部結(jié)構(gòu)，并繪制了 60多 輻150多種零部件的附圖，這是世界上第一部圖文并茂的天文計(jì)時器專著。明末清初，歐洲的鐘表開始進(jìn)入宮廷，并逐漸占據(jù)中國市場，帶動了我國 鐘表制造業(yè)的發(fā)展。解放后，人民生活水平不斷提高，國家根據(jù)需要，在制鐘工業(yè)原有基礎(chǔ)上， 先后建立了很多鐘表工業(yè)基地，使鐘表生產(chǎn)迅速發(fā)展。在輕工業(yè)部的領(lǐng)導(dǎo)下，設(shè) 計(jì)出了全國擺鐘、鬧鐘、手表、電子鐘、石英鐘的“統(tǒng)一機(jī)芯”

4、為滿足市場需要， 鐘表產(chǎn)品不斷創(chuàng)新，花色品種日新月異，使中國成為世界鐘表生產(chǎn)大國，為國民 經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。2.2 西方計(jì)時器的發(fā)展西方的計(jì)時器也是經(jīng)過水鐘和機(jī)械鐘兩個階段。但一直到十三世紀(jì)還沒有脫 離水鐘的階段。到十四世紀(jì)（約 1370年）在法國著名的亨利德維克創(chuàng)制的鐘 上才采用了比較完備的齒輪系，并用重錘代替水力，經(jīng)過約兩個世紀(jì)的漫長時間， 才造出了比較現(xiàn)代的機(jī)械時鐘。1583年，著名的意大利物理學(xué)家伽利略在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了 “擺”的等時性， 1656年，荷蘭數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和天文學(xué)家惠更斯繼續(xù)伽利略的理論研究，建 立了數(shù)學(xué)擺的力學(xué)原理，創(chuàng)造了 “擺鐘”理論，開創(chuàng)了精密計(jì)時學(xué)的新紀(jì)元。1

5、658 年，以“擺”做為鐘表調(diào)速器的惠更斯擺鐘問世，從此，擺鐘就成為座鐘的一個主要形式，目前廣泛使用的就是這種擺鐘。盤簧（發(fā)條）的發(fā)明給時鐘的小型化 創(chuàng)造了條件，而擺的發(fā)明進(jìn)一步提高了時鐘走時的準(zhǔn)確性， 使擺鐘長期以來被作 為最好的時間標(biāo)準(zhǔn)。1675年，惠更斯又采用擺輪游絲系統(tǒng)造出了一種便于攜帶 的鐘表。也就是現(xiàn)代鬧鐘的前身。隨著自由錨式擒縱器的發(fā)明和懷表的微型化， 十八世紀(jì)末由瑞士鐘表匠制成 了世界上第一塊手表。第一只石英鐘出現(xiàn)在二十世紀(jì)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(yīng)用半導(dǎo)體技術(shù)，成功地解決了制造日用石 英鐘問題，石英電子技術(shù)在計(jì)時領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 并取代

6、機(jī)械鐘作了更精 確的時間標(biāo)準(zhǔn)。3 .計(jì)時器的組成跟據(jù)計(jì)時器的功能特點(diǎn)，具體實(shí)現(xiàn)時可劃分為6個子模塊：鍵輸入模塊，時鐘分頻模塊，控制模塊，秒表計(jì)時模塊，計(jì)時存儲模塊和顯示模塊。各模塊的 功能獨(dú)立，可擴(kuò)充性強(qiáng)，具有再次開發(fā)的潛力。3.1 鍵輸入模塊計(jì)時器的輸入控制為按鍵方式，由于手動按鍵，會產(chǎn)生開關(guān)簧片反彈引起的 電平抖動現(xiàn)象，為保證系統(tǒng)能捕捉到輸出脈沖，在每一個開關(guān)后面安排一個消抖 和同步電路，以并保證每按一鍵，只形成一個寬度為系統(tǒng)時鐘周期的脈沖。3.2 時鐘分頻模塊時鐘分頻模塊的功能是將頻率為1000Hz的外部時鐘信號clk進(jìn)行分頻，從 而產(chǎn)生用來消除抖動的 25Hz的時鐘信號clkl和用于計(jì)

7、時器內(nèi)部定時計(jì)數(shù)的 100Hz的時鐘信號clk0。由于計(jì)時器系統(tǒng)使用的時鐘信號clkl和時鐘信號clk0的有效脈沖寬度均為1ms,則需對分頻產(chǎn)生的信號進(jìn)行處理3.3 控制模塊控制模塊的功能是用來控制計(jì)時模塊的工作。3.4 秒表計(jì)時模塊秒表計(jì)時模塊用來實(shí)現(xiàn)秒表內(nèi)部定時計(jì)數(shù)功能。3.5 時間存儲模塊時間存儲模塊的作用是對計(jì)時數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。當(dāng)存儲鍵未按下時，系統(tǒng)將 計(jì)時模塊產(chǎn)生的計(jì)時值送入存儲模塊進(jìn)行鎖存同時送給顯示模塊進(jìn)行顯示；當(dāng)存儲鍵按下時，存儲模塊則不鎖存計(jì)時值，而保留按鍵時刻的時間并送給顯示模塊， 實(shí)現(xiàn)中途計(jì)時的功能。當(dāng)存儲按鍵復(fù)位時，存儲模塊再一次重復(fù)前面的過程，實(shí) 現(xiàn)對下一中途時刻進(jìn)行計(jì)

8、時。3.6 顯示譯碼模塊顯示模塊用來顯示計(jì)時模塊輸出的即時計(jì)時和中途計(jì)時結(jié)果。模塊由四個部分構(gòu)成：八進(jìn)制計(jì)數(shù)器 count8 計(jì)時位選擇電路、七段顯示譯碼電路和顯示位 選擇譯碼電路。對于計(jì)時位選擇電路，由于其輸出端口的計(jì)時數(shù)據(jù) q的位數(shù)既有2位的、3 位的還有4位的，而七段顯示譯碼電路的輸入端口接收四位寬度數(shù)據(jù)， 因此在計(jì) 時位選擇電路中還需將計(jì)時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 4位寬度的數(shù)據(jù)。4 .設(shè)計(jì)電路功能總體要求4.1 設(shè)計(jì)電路功能的步驟1 .設(shè)計(jì)一個脈沖發(fā)生電路為計(jì)時器提供秒脈沖為報(bào)時電路提供驅(qū)動蜂鳴器的脈沖信號。2 .設(shè)計(jì)計(jì)時電路完成0分00秒一一9分59秒的計(jì)時功能。3 .設(shè)計(jì)報(bào)時電路使數(shù)字計(jì)時器從 9分53秒開始報(bào)時，每隔一秒發(fā)一聲，共 發(fā)三聲低音，一聲高音：即9分53秒、9分55秒、9分57秒發(fā)低音（頻率1KH, 9分59秒發(fā)高音（頻率2KH。4 .設(shè)計(jì)校分電路在任何時候，撥動校分開關(guān)，可進(jìn)行快速校分。5 .設(shè)計(jì)清零電