數(shù)字鐘時鐘電路圖(畢業(yè)論文)

1、電氣工程系2009屆畢業(yè)生畢 業(yè) 論 文（設 計）題目：_數(shù)字鐘電路院 系：_山工院電氣工程系_班 級：_應用電子0601_姓 名：_秦吉偉_指導老師：_孫豐收 丁兆運_時 間： 5月1日中文摘要：加入世貿(mào)組織以后，中國會面臨激烈的競爭。這種競爭將是一場科技實力、管理水平和人才素質的較量，風險和機遇共存，同時電子產(chǎn)品的研發(fā)日新月異，不僅是在通信技術方面數(shù)字化取代于模擬信號，就連我們的日常生活也進于讓數(shù)字化取締。 說明數(shù)字時代已經(jīng)到來，而且滲透于我們生活的方方面面。就拿我們生活的實例來說明一下“數(shù)字”給我們帶來的便捷。下面我們就以數(shù)字鐘為例簡單介紹一下。數(shù)字鐘我們聽到這幾個字，第一反應就是我們所

2、說的數(shù)字，不錯數(shù)字鐘就是以數(shù)字顯示取代模擬表盤的鐘表，在顯示上它用數(shù)字反應出此時的時間，相比模擬鐘能給人一種一目了然的感覺，不僅如此它還能同時顯示時、分、秒。而且能對時、分、秒準確校時，這是普通鐘所不及的。與此同時數(shù)字鐘還能準確定時，在你所規(guī)定的時間里準確無誤的想你發(fā)出報時聲音，提醒你在此時所需要去做的事。與舊式鐘表相比它更適用于現(xiàn)代人的生活。在畢業(yè)之際恰好遇上學校的畢業(yè)課題電子時鐘設計畢業(yè)論文。因而在所學專業(yè)的基礎上做了以下畢業(yè)設計。希望給大家?guī)矸奖愕耐瑫r，使自己對所學專業(yè)有進一步的了解！關鍵字：數(shù)字鐘 校時 時間顯示 定時 目錄前言：41.設計目的62.設計功能要求63.電路設計63.1

3、設計方案63.2單元電路的設計73.2.1 主體電路部分73.2.1.1 振蕩電路83.2.1.2 計數(shù)電路123.2.1.3 校時電路173.2.1.4 譯碼與顯示電路193.2.2擴展功功能電路的設計213.2.2.1定時控制電路213.2.2.2 仿廣播電臺正點報時電路233.2.2.3 自動報整點時數(shù)電路243.2.2.4 觸摸報整點時數(shù)電路264.調(diào)試274.1主體電路部分274.2 擴展電路部分295.總結31致 謝32參考文獻33附錄34前言：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。

4、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。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，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

5、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3-5秒。1942年，著名的英國格林尼治天文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

6、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)歷了一場翻天覆地的大轉折。其表現(xiàn)在三個方面：（1）從生產(chǎn)機械表轉為石英電子表； （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

7、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，逐漸提高機芯質量的穩(wěn)定性，同時轉向對手表機芯研制與開發(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?，F(xiàn)在我國的電子業(yè)發(fā)展非?？焖?，電子業(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)

8、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，有著非常現(xiàn)實的意義。1.設計目的設計一種多功能數(shù)字鐘

9、，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成，在電路中，基本功能部分由主體電路實現(xiàn)，而擴展功能部電路實現(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，各位均為兩位顯示，擴展部分要有相應的響應電路。分則由擴展2.設計功能要求基本功能：（1）時的計時要求為“12

10、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.電路設計3.1設計方案根據(jù)設計要求首先建立了一個多功能 數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖，框圖如圖1所示。時顯示器分顯示器秒顯示器時譯碼器分譯碼器秒譯碼器時計數(shù)器分計數(shù)器秒計數(shù)器校時電路振蕩器分頻器整點報時觸摸報時仿電臺報定時控制主體電路擴展電路圖1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

11、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。3.2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進行設計。3.2.1 主體電路部分主體電路部分的電路主要

12、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。下面將對各部分電路進行設計。3.2.1.1 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。基本的電路如

13、圖2所示。圖2在上述電路中，RI-C網(wǎng)絡由第一個反相器驅動，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）為止。振蕩器輸出狀態(tài)的

14、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構一定時，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方位切割成片，兩邊傅以

15、電極，焊上引線，再用金屬或玻璃外殼封裝即構成石英晶體。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3所示。該電路能產(chǎn)生1MHz的方波脈沖振蕩信號。圖3（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

16、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4；用CD4518組成十分頻的電路如圖5；在本次設計中所用的分頻器的電路圖如圖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4 圖5圖6輸入輸出CKCREN上升沿LH加計數(shù)LL上升沿加計數(shù)下降沿LX保 持XL上升沿上升沿LLHL下降沿XLX全為L上表:CD4518的功能表振

17、蕩器和分頻器兩部分構成振蕩電路，它的電路圖如圖7所示。根據(jù)圖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73.2.1.2 計數(shù)電路計數(shù)器是一種

18、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進制計數(shù)器電路如

19、圖8所示圖8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CKA和CKB。其中，CKA和組成一位二進制計數(shù)器；CKB和組成五進制計數(shù)器；若將與CKB相連接，時鐘脈沖從輸入，則構成了8421BCD碼十進制計數(shù)器。74LS90有兩個清零端R0（1）、R0（2），兩個置9端R9（1）和R9（2），其BCD碼

20、十進制計數(shù)時序如表1，二五混合進制計數(shù)時序如表2，74LS90的管腳圖如圖9。R0(1)2R0(2)3R9(1)6R9(2)7CKA14QA12CKB1QB9QC8QD1174LS90圖9表1 BCD碼十進制計數(shù)時序 表2 二五混合進制計數(shù)時序CK00000100012001030011401005010160110701118100091001CK00000100012001030011401005100061001710108101191100 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。這種計數(shù)器的計數(shù)速度慢。

21、一異步計數(shù)器 74LS92是 二六十二進制計數(shù)器，即CKA和組成二進制計數(shù)器，CKB和在74LS92中為六進制計數(shù)器。當CKB和相連，時鐘脈沖從CKA輸入，74LS92構成十六進制計數(shù)器。74LS92的管腳圖如圖10。R0(1)6R0(2)7CKA14QA12CKB1QB11QC9QD874LS92圖10（二） “12翻1”小時計數(shù)器電路 （1） 電路如圖11 所 示CLK3D2SD4CD1Q5Q674LS74AP015P11P210P39Q03Q12Q26Q37RC13TC12CLK14CE4U/D5PL1174LS191456U9B74LS00123U9A74LS00111213U10D7

22、4LS00GNDR13.3K+5V89U8D74LS04+5vCP圖11“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)轉換表如表3所示。表3“12翻1”小時計時時序十位 個位十位 個位CKQ10Q03 Q02 Q01 Q00CK Q10Q03 Q02 Q01 Q0001234567 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

23、 0 0 1（二）電路的工作原理由表可知：個位計數(shù)器由4位二進制同步可逆計數(shù)器 74LS191構成，十位計數(shù)器由雙D觸發(fā)器74LS74構成 ，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

24、用到了D觸發(fā)器74LS74，74LS74的管腳圖如圖12。D2Q5Q6CLK341PRECLRA74LS74圖12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)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

25、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13 CTEN4D/U5CLK14LD11MAX/MIN12RCO13A15QA3B1QB2C10QC6D9QD774LS191圖133.2.1.3 校時電路（一）電路如圖14 所示8910U10C74LS00123U11A74LS00111213U10D74LS00R33.3kC10.01uFS1GND1011U8E74LS041HZS2/M2 Q2+5V圖14（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

26、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（總圖）為校時用的控制開關，它們的控制功能如表4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4校時開關的功能S1S2功能11計數(shù)10校分00校時表4（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

27、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

28、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)：門電路能驅動同類門的個數(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)。3.2.1.4 譯碼與顯示電路（一）電路如圖15所示

29、BI/RBO4RBI5LT3A7B1C2D6a13b12c11d10e9f15g1474LS48abfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgDPY_7-SEG圖15（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

30、有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉換、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RB

31、I，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。BI/RBO4RBI5LT3A7B1C2D6a13b12c11d10e9f15g1474LS48圖16（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17abfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgDPY_7-SEG圖17主體電路部分是由上面的以上的各個單元電路組成的。3.2.2擴展功功能電路的設計3.2.2.1定時控制電路數(shù)字鐘在指定的時刻發(fā)出信號，或驅動音響電路“鬧時”；或對某裝置的電源進行接通或斷開

32、“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18所示圖18（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。所以鬧時控制信號Z的表達式為式中，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：在該電路圖中用到了4輸入二與非門74LS20，集電極

33、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： =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1KHz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7

34、4LS03，只要輸入變量有一個為0則輸出為1，只有輸入全為1，輸出才為0.74LS03的管腳圖如圖19 A圖19123&74LS03（2）二4輸入與非門74LS20，四個輸入端有一個為0，則輸出為1，只有全部輸入為1，輸出才為0.74LS20的管腳圖如圖20所示。12456&A74LS20圖203.2.2.2 仿廣播電臺正點報時電路（一）功能要求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，以最后一聲高音結束的時刻為正點時刻。（二）該電路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

35、、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3.2.2.3 自動報整點時數(shù)電路（一）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“

36、12翻1”的編碼要求轉換為減法計數(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。 分進位脈沖 小時計數(shù)器輸出 減法計數(shù)器輸入CK 1 0 0 0 0 1 0 0 0 12 0 0 0 1 0 0 0 1 03 0 0 0 1 1 0 0 1 14 0 0 1 0 0 0 1 0 05 0 0 1 0 1 0 1 0 16 0 0 1 1 0 0 1 1 07 0 0 1 1 1 0 1 1 18 0 1 0 0 0 1 0 0 09 0 1 0 0 1 1 0 0 110 1 0

37、 0 0 0 1 0 1 011 1 0 0 0 1 1 0 1 112 1 0 0 1 0 1 1 0 0編碼器的真值表邏輯控制電路 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.當減法計數(shù)到“0”時，RC輸出一個負脈沖。U/D為加/減控制器。U/D=1時減法計數(shù)。CKA為減法計數(shù)脈沖,兼作音響電路的控制脈沖。邏輯控制電路由D觸發(fā)器74LS74與多級與非門組成。其工作原理是：接通電源后按觸發(fā)開關S，使D觸發(fā)器74LS74清0，即

38、1Q=0。該清“0”脈沖有兩個作用：一是，使74LS191的置數(shù)端LD=0，即將此對應的小時計數(shù)器輸出的整點時數(shù)置入74LS191；二是，封鎖1KHz的音頻信號，使音響電路無脈沖輸入。當分十位計數(shù)器的進位脈沖下降沿到來時，經(jīng)過G1反相，小時計數(shù)器加1。新的小時數(shù)置于74LS191，分十位計數(shù)器的進位脈沖的下降沿到來時又使74LS74的狀態(tài)翻轉，1Q經(jīng)G3、G4延時后，74LS191進行減法計數(shù)，計數(shù)脈沖由CK0提供。CK0=1時音響電路發(fā)出1KHz聲音，當CK0=0時停響。當減法計數(shù)到0時，使D觸發(fā)器的1CK=0，但是觸發(fā)器的狀態(tài)不改變。因為分十位計數(shù)器的進位脈沖仍為0，CK=1，使D觸發(fā)器翻

39、轉復“0”，74LS191又回到置數(shù)狀態(tài)，直到下一個分十位計數(shù)器進位脈沖的下降沿來到。實現(xiàn)自動報警的功能。如果出現(xiàn)某些整點數(shù)不準確，其主要原因是邏輯控制電路的與非門延時時間不夠,產(chǎn)生了競爭冒險的現(xiàn)象，可以適當增加與非門的級數(shù)或接如小電容進行濾波。3.2.2.4 觸摸報整點時數(shù)電路設計本功能基于在有些場合(如夜間),不便于直接看顯示時間,希望數(shù)字鐘有觸摸報整點時數(shù)的功能.即觸摸數(shù)字鐘的某端,就能報時.在功能三的基礎上,增加一觸發(fā)脈沖控制電路,或者將功能三的電路的自動報時改為觸摸報時電路即可.產(chǎn)生觸摸脈沖的電路有單次脈沖產(chǎn)生器,555集成電路定時器,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等 .我采用的是555集成電路產(chǎn)生的

40、觸摸脈沖.觸摸控制電路如圖23CZ110uFCZ30.01uFCZ20.01uFRZ2333RZ1100KTRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1UZ14555SZ2SW+5VDZ1LED圖23SZ2為一金屬片，它還要和74LS74的RD（1）端連接，當用手觸摸金屬片時，即加入一負脈沖，其有兩個作用：一、經(jīng)過555產(chǎn)生一正脈沖；二、使D觸發(fā)器輸出為0，從而使小時計數(shù)器的輸出的整數(shù)點置入74LS191。555輸出經(jīng)過偶數(shù)次反向器延時后家到小時計數(shù)器的CK端，從而使74LS191開始減數(shù)。4.調(diào)試在本設計中，為了設計的順利進行，我在實驗箱上進行了部分調(diào)試，因為電路太復雜，在實

41、驗箱上不可能整體電路進行調(diào)試。調(diào)試后，我就自己焊接了一個試驗板進行調(diào)試。以確保最后能很好的完成其各部分功能。調(diào)試后，我就畫PCB圖，用來制印制板。因為PCB圖先畫，后經(jīng)過反復考慮振蕩電路部分改進了，最后用的是1MHZ的晶振經(jīng)過三片CD4518六次分頻就能得到1HZ的頻率。所以在印制板外加了一個振蕩部分電路。4.1主體電路部分 振蕩電路部分我先用的是32768HZ的晶振和反向器74LS00接兩個電阻和兩個電容組成的振蕩電路，產(chǎn)生32768HZ的方波信號，經(jīng)過15級二分頻后得到1HZ的基準脈沖。擴展部分所需的頻率可以從5級二分頻得到1024HZ六級二分頻得到512HZ但是這樣用的集成塊較多，時間延

42、遲較長。用555產(chǎn)生多諧振蕩方波也可，就是精確度和穩(wěn)定度不高。后來我就用的1MHZ的晶振產(chǎn)生1MHZ的頻率經(jīng)過74LS90組成的二-五-十的分頻器，可很好的擴展部分所需的頻率。只是要用六塊74LS90，后來我查了手冊，發(fā)現(xiàn)4518有兩片十進制分頻器，功能與74LS90又基本上相同，這樣就可少用集成塊，減少時間延時。在現(xiàn)用電路調(diào)試中，晶振的輸出頻率為1MHz，用三片CD4518組成了六級十分頻電路，在調(diào)試中我對每級分路進行了測試。在第一級分頻后出現(xiàn)的脈沖信號為100KHz，經(jīng)過第二級得到了10KHz的標準脈沖，這樣一級級的分頻，經(jīng)過六次分頻后得到了標準的1Hz脈沖信號。計數(shù)電路部分（1）小時計數(shù)

43、部分這部分電路較復雜，在第一次焊接完成后的調(diào)試顯示中，發(fā)現(xiàn)小時的十位沒有變化，經(jīng)過分析、檢查發(fā)現(xiàn)74LS74的3腳沒有接上。（2）秒計數(shù)電路部分這部分的調(diào)試中順利得到了結果即：秒計數(shù)器的個位能準確以十進制形式計數(shù)；秒計數(shù)器的十位也能準確以六進制的形式計數(shù)。當秒計數(shù)器的個位計數(shù)到9后自動向秒計數(shù)器的十位計數(shù)。（3）分計數(shù)電路部分這部分的調(diào)試電路與秒計數(shù)器的電路一樣，在調(diào)試中不同的是秒計數(shù)電路的個位計數(shù)器74LS90的14腳接入振蕩電路部分的輸出端，而分計數(shù)電路的個位計數(shù)器74LS90的14腳本該接校時電路，但是由于校時電路作為最后調(diào)試的電路， 所以在調(diào)試中74LS90的14腳與單次脈沖連接。調(diào)試

44、的結果是：這部分的結果與秒計數(shù)電路部分的結果一樣。校時電路部分在整個電路的設計中，需要用到兩個校時電路，兩個校時電路的功能相同，它們不同的是在電路的設計時，校分電路比校時電路少一個反相器，這是因為74LS191為高電平有效而74LS90為低電平有效。調(diào)試的結果是：當開關斷開時，分計數(shù)電路，小時計數(shù)電路正常計數(shù)，當開關閉合時，校時電路進行校時。只是有時松開按鍵時，較時數(shù)會有點誤變化，經(jīng)過仔細分析，確定是由于在松按鍵時產(chǎn)生了抖動，如果接上R-S觸發(fā)器就能夠消抖。4.2 擴展電路部分 擴展部分的調(diào)試是在主體部分正確的情況下，才能完成的。有些也可模擬調(diào)試。（1）定時控制：擴展部分的調(diào)試是在主體部分正確

45、的情況下，才能完成的。單獨在實驗箱上可以調(diào)試其電路的輸入就用模擬開關輸入高低電平。只要在輸入的變化下能夠控制風鳴器工作就行。因為這部分的電路比較簡單、原理也不難。所以這部分調(diào)試很快，一切很順利。（2）仿廣播電臺正點報時：這部分也比較簡單，只是有兩個音頻信號（1KHZ、500HZ）要發(fā)出高、底聲音。其余的就是來自主體部分的控制信號，這也用模擬開關輸入高低電平，能夠使其音響電路發(fā)聲，就沒有問題。在調(diào)試時這部分也比較順利。自動報整點時數(shù)這部分電路就較復雜了，用模擬開關的電平輸入來代替小時計數(shù)器的輸入，用一單次正脈沖來代替分的十位進位的反相脈沖。第一次調(diào)試時，音響電路沒有發(fā)是聲，經(jīng)過仔細檢查，發(fā)現(xiàn)74

46、LS74的電源和地之間被擊穿，換了一個74LS74后，音響電路發(fā)出了聲。（3）觸摸報整點時數(shù)這部分電路是在自動報時的功能上，增加一觸發(fā)脈沖控制電路，在這里用的是555集成電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，產(chǎn)生單穩(wěn)態(tài)脈沖。其經(jīng)過偶數(shù)4次反向器延時后，用其來代替分十的進位脈沖，而觸發(fā)器的觸發(fā)端接D觸發(fā)器的RD端。第一次調(diào)試時，音響電路不受觸摸脈沖的影響，它是一直都響，經(jīng)過分析后，確定是觸發(fā)器D沒有輸出控制信號。檢查發(fā)現(xiàn)觸發(fā)器的2（D）腳和6（/Q）腳沒有連接好，接上后，音響就受觸摸信號的控制了，說明其正常。為了整體能調(diào)試成功，我焊接了個整體電路來調(diào)試，基本上也沒有什么問題。就是布線太困難了，并且很容易出錯。

47、我在焊接的時候，由于線太多了，布線是三層，第一層，我先焊的是電源和地；第二層，焊的是主體部分的連線；第三層，焊的是擴展部分的連線。由于線多，我用的是排線，但是排線容易斷。這給完成整體焊接電路帶來了很多困難，先焊上的線，很可能在稍后就被折斷了，所以布線也不是很規(guī)范了。有了以上在數(shù)字實驗箱的調(diào)試，在焊接電路的調(diào)試就很容易了，主體電路的功能接上電源后就能實現(xiàn)：能顯示時、分、秒的時間；小時的計數(shù)為“12翻1”，分和秒的計時為60進位；能夠校時、分。擴展部分：定時控制；仿廣播電臺正點報時；自動報正點時數(shù)，都能實現(xiàn)。但是觸摸報正點時數(shù)不能很好的實現(xiàn)，一觸摸它就不停止的響，不是在報正點時數(shù)。后經(jīng)過是D觸發(fā)器

48、沒有輸出，用萬用表測試D觸發(fā)器的5腳一直都為高電平，后發(fā)現(xiàn)D的1腳的觸發(fā)開關與地之間沒有接上，接上后調(diào)試，能實現(xiàn)。因為我制的印制板是前三周畫出的，后經(jīng)過在實驗箱的具體調(diào)試和自己焊接電路的調(diào)試，所以，電路有所調(diào)整，原設計的振源用的是32768HZ的晶振，它要得到基準脈沖要經(jīng)過15級二分頻，才能得到1HZ的脈沖。而我后采用1MHZ的晶振只需用CD4518經(jīng)過六次十分頻就能得到1HZ的基準脈沖。這樣所需的集成塊還少些，帶來的時間延時也就少些。所以最后我還在印制板的外面加一小板這樣作為整個電路的振源。最后在我制的印制板上調(diào)試，發(fā)現(xiàn)其沒有反應。用萬用表的二極管檔測試，發(fā)現(xiàn)其電源沒有接通，逐級測試，查出是

49、VCC與+5V的電源沒有接通。當接上時調(diào)試，一切都能夠實現(xiàn)。下圖為制的印制板圖：電源原理圖為：220V1234+2200uF+220uFVin1GND2Vout378055V6V本電源的紋波電流很小，為很小，為0.001V,有時甚至為0V。滿足需要。能向總體電路提供電源?？傮w功能實現(xiàn)圖：能顯示時、分、秒的時間；小時的計數(shù)為“12翻1”，分和秒的計時為60進位；能夠校時、分。擴展部分：定時控制；仿廣播電臺正點報時；自動報正點時數(shù)；觸摸報正點時數(shù)。這些能滿足設計要求。5.總結通過本次畢業(yè)設計,我明白了一個道理:無論做什么事情,都必需養(yǎng)成嚴謹,認真,善思的工作作風.我這畢業(yè)設計由于我采用的是數(shù)字電路

50、來實現(xiàn)的,所以電路較復雜,但是容易理解.每一部分我都能理解并且能有多種設計方法.通過這次設計,我還掌握了制PCB的一系列步驟,在幾個月時間里,我把本設計的整個電路圖畫好了,并且畫好了PCB板圖,并交孫老師檢查,還在實驗箱上調(diào)試了部分電路.由于制板時間較長,所以我在這期間自己焊接了一個整體電路,并進行調(diào)試,由于萬能板的面積有限,電路復雜,所以布線不是很美觀,但是它的功能基本上都能實現(xiàn)。最后在我在制的印制板上都能很好的實現(xiàn)多功能數(shù)字鐘的各相功能，都達到了預期的結果，并且很美觀。通過這次畢業(yè)設計，我又掌握了些元器件的用途以及它們的參數(shù)、性能。這次設計提高了我理論和實踐相結合的能力，增加了把理論用于實踐的興趣，同時也提高了我分析問題和解決問題的能力。沒有最好，只有更好。我相信通過這一次的畢業(yè)設計之后，我以后會更加努力，用嚴謹?shù)目茖W態(tài)度去面對一切。克服困難，戰(zhàn)勝自我，超越自我。致 謝畢業(yè)設計完成了，在這個過程中我學到了很多東西。首先我要感謝我的指導老師孫豐收、丁兆運老師，他們在我完成論文的過程中，給予了我很大的幫助。在論文開始的初期，我對于論文的結構以及文獻選取等方面都有很多問題，整體構思不是很明確，段落層次也不是很清晰，老師詳細給我分析論文的寫作過程