電子數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)(共39頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)）學(xué)生姓名:牛偉軍專(zhuān)業(yè):機(jī)電一體化班級(jí)：07325班指導(dǎo)教師:高功臣 河南·南陽(yáng)前言數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人家庭,車(chē)站, 碼頭辦公室等公共場(chǎng)所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開(kāi)關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等

2、，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。本設(shè)計(jì)主要講述數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)過(guò)程，主要介紹數(shù)字鐘電路的基礎(chǔ)知識(shí)和基本功能電路，其中內(nèi)容主要包括電路設(shè)計(jì)思想、電路設(shè)計(jì)基本單元以及電路設(shè)計(jì)過(guò)程。電路設(shè)計(jì)過(guò)程包括六部分的設(shè)計(jì)，振蕩電路設(shè)計(jì)、分頻電路設(shè)計(jì)、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)、譯碼器顯示電路設(shè)計(jì)、校時(shí)電路設(shè)計(jì)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)在內(nèi)容上突出基本理論、基本概念和基本分析方法，回避了煩瑣的內(nèi)容分析和數(shù)學(xué)推導(dǎo)。 由于數(shù)字鐘在各行各業(yè)得到極為高度的關(guān)注和越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，使我對(duì)它也產(chǎn)生了濃厚的興趣，剛好借助于畢業(yè)課程設(shè)計(jì)我想動(dòng)手去做一做，去揭開(kāi)它那神秘的面

3、紗。 雖然，電子是我所學(xué)的專(zhuān)業(yè)，但我對(duì)其一些集成電路還是不了解的，我對(duì)它的認(rèn)識(shí)還需要從零開(kāi)始，但是我不會(huì)害怕，我相信經(jīng)過(guò)我的努力我會(huì)很親近的認(rèn)識(shí)它、了解它、熟悉它。 當(dāng)然個(gè)人水平有限，認(rèn)識(shí)上不免有所欠缺和片面，懇請(qǐng)老師和讀者給予指正。IntroductiveA digital clock is realized using digital circuit, minutes and seconds digital display timer, widely used in individual family, station, wharf and public places such as of

4、fice, as people daily life necessities, due to the development of digital IC quartz crystal oscillator and extensive application of the digital clock, precision, far more than old clocks and watches for production of digital life brought great convenience, and greatly expanded the clock chime of the

5、 original function. Automatic alarm, such as timing on automatic rung, automatic control, regular radio program, be closed-circuit lamp, timer switch oven, hige power equipment, even all the electrical automatic timing etc, all these, opening is based on digital watches. Therefore, the digital clock

6、 and expand their application.This design is mainly about digital clock, mainly introduce the design process of the digital clock circuit basic knowledge and basic function circuit, which mainly includes the circuit design thoughts, the circuit design is the basic unit and circuit design process. Ci

7、rcuit design process, including six parts of the oscillating circuit design, the design of frequency circuit design, "when, minutes and seconds" counter decoder circuit design, display circuit design, the school when the circuit design, working on the design of the circuit. This design in

8、the content on the basic theories, basic concept and basic analysis method, avoid troublesome content analysis .Due to the digital clock in industries have extremely high attention and more and more extensive application in it, I also have a strong interest in graduate course design, just by doing I

9、 wanted to do, to uncover its mysteries.Although, electronic is my major, but some of its integrated circuit for me, I still don't understand the knowledge of it still needs from scratch, but I won't be afraid, I believe that through my effort I know it is very thick, understand it, familiar

10、 with it.Of course the individual, understanding and one-sided score unavoidable, please give teachers and readers.目錄第一章 概論4第一節(jié) 數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)的意義、現(xiàn)狀及要求 4第二節(jié) 設(shè)計(jì)思想與方案論證 5第三節(jié) 系統(tǒng)工作原理說(shuō)明 6第二章 選用硬件單元介紹7第一節(jié) 集成電路CD4060簡(jiǎn)介7第二節(jié) LLT集成電路74LS74簡(jiǎn)介 8第三節(jié) 集成電路CD4518簡(jiǎn)介13第四節(jié) LED發(fā)光二級(jí)管顯示器簡(jiǎn)介 15第五節(jié) 集成電路CD4511簡(jiǎn)介17第三章 組成電路設(shè)計(jì)介紹21第一節(jié)

11、振蕩電路設(shè)計(jì)21 第二節(jié) 分頻電路設(shè)計(jì)22第三節(jié) 時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)23第四節(jié) 譯碼顯示電路設(shè)計(jì)25第五節(jié) 校時(shí)電路計(jì)25第六節(jié) 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路設(shè)計(jì)27第四章 系統(tǒng)原理說(shuō)明與調(diào)試28 第一節(jié) 原理圖及原理介紹 28第二節(jié) 安裝與調(diào)試31附錄電路器材選用列表32結(jié)論與結(jié)束語(yǔ)33第一章 概論本篇概述數(shù)字鐘有關(guān)的一些基本知識(shí)，為對(duì)數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)作一個(gè)基礎(chǔ)。首先簡(jiǎn)要說(shuō)明數(shù)字鐘設(shè)計(jì)的意義、要求及本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想等，然后簡(jiǎn)述數(shù)字鐘的硬件功能；接著講述數(shù)字鐘組成電路設(shè)計(jì)以及基本組成單元器件的選擇與參數(shù)設(shè)置要求，最后講述系統(tǒng)的安裝與維護(hù)要求及注意事項(xiàng)。第一節(jié) 數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)的意義、現(xiàn)狀及要求11：課題背景

12、及目的 20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。 時(shí)間對(duì)人們來(lái)說(shuō)總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候，這種遺忘無(wú)傷大雅。但是，一旦重要事情，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。例如，許多火災(zāi)都是由于人們一時(shí)忘記了關(guān)閉煤氣或是忘記充電時(shí)間。尤其在醫(yī)院，每次護(hù)士都會(huì)給病人作皮試，測(cè)試病人是否對(duì)藥物過(guò)敏。注射后，一般等待5分鐘，一旦超時(shí)，所作的皮試試驗(yàn)就會(huì)無(wú)效。手表當(dāng)然是一個(gè)好的選擇，但

13、是，隨著接受皮試的人數(shù)增加，到底是哪個(gè)人的皮試到時(shí)間卻難以判斷。所以，要制作一個(gè)定時(shí)系統(tǒng)。隨時(shí)提醒這些容易忘記時(shí)間的人。 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、定時(shí)啟閉電路、定時(shí)開(kāi)關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備，甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。1.2：國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況: 在數(shù)字鐘方面,西方發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)品一開(kāi)始比國(guó)內(nèi)的品種要早，其性能也較國(guó)內(nèi)良好。所謂每樣?xùn)|西都有其發(fā)展的原因及發(fā)展過(guò)程,過(guò)去人們沒(méi)有鐘表人們根據(jù)太陽(yáng)的位置來(lái)判

14、斷時(shí)間。伴隨著工業(yè)革命開(kāi)始與發(fā)展，人們需要更精確的時(shí)間來(lái)規(guī)范自己的日常生活，隨后人們發(fā)明了機(jī)械表，機(jī)械表給人們了精確的時(shí)間觀念，但伴隨著電子的發(fā)展，第一部電子表誕生以及日本對(duì)電子表研究使其在人們的生活中變的越來(lái)越來(lái)普及，越來(lái)越受到人們歡迎與喜愛(ài)，因?yàn)樗拥拿烙^給人們帶來(lái)更多的方便。國(guó)內(nèi)的電子產(chǎn)品發(fā)展相對(duì)晚些，但伴隨著改革開(kāi)放的發(fā)展，我們國(guó)家的電子產(chǎn)品也有了比較快的發(fā)展，在數(shù)字鐘方面發(fā)展就非常的快，很快就以價(jià)格便宜外表美觀占據(jù)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)并出口到很多國(guó)家。現(xiàn)在鐘表的數(shù)字化給人們的生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。1.3：論文構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)功能:數(shù)字鐘一般有六部分組成包括秒信號(hào)

15、發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器、及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路等組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”。“時(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)一天對(duì)24小時(shí)的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過(guò)六位LED七段顯示器顯示出來(lái)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路是根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的

16、輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路是用來(lái)對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”現(xiàn)實(shí)數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整的。從而實(shí)現(xiàn)，具有“時(shí)”、“分”、“秒”的十進(jìn)制數(shù)字顯示、具有手動(dòng)校時(shí)、校分的功能、具有自動(dòng)報(bào)時(shí)信號(hào)的數(shù)字電路。第二節(jié) 設(shè)計(jì)思想與方案論證要想構(gòu)成數(shù)字鐘，首先應(yīng)選擇一個(gè)脈沖源能自動(dòng)地產(chǎn)生穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖信號(hào)。而脈沖源產(chǎn)生的脈沖信號(hào)的頻率較高，因此，需要進(jìn)行分頻，使高頻脈沖信號(hào)變成適合于計(jì)時(shí)的低頻信號(hào)，即“秒脈沖信號(hào)”（頻率為1Hz）。經(jīng)過(guò)分頻器輸出的秒脈沖信號(hào)到計(jì)數(shù)器中進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于計(jì)時(shí)的頻率是：60秒=1分，60分=1小時(shí)，24小時(shí)=1天，這就需要分別設(shè)計(jì)60進(jìn)制，24進(jìn)制計(jì)數(shù)

17、器，并發(fā)出驅(qū)動(dòng)AM，PM標(biāo)志信號(hào)。各計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)經(jīng)譯碼器到數(shù)字顯示器，使“時(shí)”，“分”、“秒”得以數(shù)字顯示出來(lái)。 值得注意的是：任何計(jì)時(shí)裝置都有誤差，因此應(yīng)考慮校準(zhǔn)時(shí)間電路。校時(shí)電路一般采用自動(dòng)快速調(diào)整和手動(dòng)調(diào)整，“自動(dòng)快速調(diào)整”可利有分頻器輸出的不同頻率的脈沖使顯示時(shí)間自動(dòng)快速調(diào)整時(shí)間。“手動(dòng)調(diào)整”可利有手動(dòng)的節(jié)拍調(diào)準(zhǔn)顯示時(shí)間。數(shù)字鐘一般有六部分組成，其中振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)的秒信號(hào)發(fā)生器，由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。秒信號(hào)送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，把累計(jì)的結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的十進(jìn)制數(shù)字顯示出來(lái)?！皶r(shí)”顯示由24進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器構(gòu)成，“分”、“秒”顯示分

18、別由60進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器構(gòu)成。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路是根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路是用來(lái)對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”現(xiàn)實(shí)數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整的。其原理框圖如圖1-1所示。第三節(jié) 系統(tǒng)工作原理說(shuō)明 該電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器、及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路等組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)

19、60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”。“時(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)一天對(duì)24小時(shí)的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過(guò)六位LED七段顯示器顯示出來(lái)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路是根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路是用來(lái)對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”現(xiàn)實(shí)數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整的。時(shí)顯示器時(shí)譯碼器時(shí)計(jì)數(shù)器分譯碼器分計(jì)數(shù)器分顯示器秒顯示器秒譯碼器秒計(jì)數(shù)器校時(shí)電路分頻器振蕩器整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路電路數(shù)字鐘的原理框圖1第二章 選用硬件單元介紹第一節(jié) 集成電路CD4060簡(jiǎn)介1、14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器/分頻器CMOS集成電

20、路CD4060可以得到14分頻信號(hào)簡(jiǎn)介。CD4060是14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器/分頻器，采有DIP16封裝，工作電壓+5V。其引腳如圖2所示。它的內(nèi)部有14級(jí)二分頻器，但外部只有十個(gè)輸出端，即Q4Q10，Q12Q14，其它四腳沒(méi)有引出，因此CD4060只能得到十種分頻系數(shù)，最小值為24，最大為214。CP1，CP0外接晶振，CP0是晶體振蕩輸出端，Cr=1時(shí)晶體停振。其引腳如圖2所示2、CD4060真值表如圖所示：輸入輸出功能CrCP1 1×清除0計(jì)數(shù)第二節(jié) LLT集成電路74LS74簡(jiǎn)介1、74LS74型D觸發(fā)器內(nèi)部組成及功能簡(jiǎn)介74LS74型D觸發(fā)器的邏輯圖及其邏輯符號(hào)如圖所示74

21、LS74觸發(fā)器內(nèi)部是有6個(gè)與非門(mén)構(gòu)成的，G2門(mén)、G1門(mén)組成基本RS觸發(fā)器，G3、G4、G5、G6門(mén)作觸發(fā)信號(hào)引導(dǎo)門(mén)使用。Q和Q為兩個(gè)輸出端，D為數(shù)據(jù)輸入端，CP為時(shí)鐘脈沖輸入端。RD為直接置0端，SD為直接置1端，在完成置0或置1后，RD，SD端應(yīng)接高電平或懸空。若令RD =SD =1，則各與非門(mén)的輸出表達(dá)式為Qn= Qnc Qn= QngC=CP·eg=CP·C·fe=c·ff=D·g（1） 設(shè)D=1CP=0時(shí)，c=1、g=1即、G4門(mén)關(guān)閉，其輸出為高電平。G1門(mén)、G2門(mén)輸出保持原狀態(tài)不變。此時(shí)其它門(mén)的輸出狀態(tài)為f=0，e=1。CP=1（CP

22、上升沿來(lái)到）時(shí)，由于c=CPe=0，它分三路輸出：其一是送入G2門(mén)，使Q=1，Q =0，觸發(fā)器置1；其二是送入G3門(mén)，使g=1，G3門(mén)關(guān)閉，阻塞了觸發(fā)器置0的可能性；第三路反饋到G6門(mén)，是e=1以維持置1信號(hào)持續(xù)下去。此時(shí)G5 門(mén)輸出為f=Dg=11=0，若同時(shí)D端信號(hào)有變化，G5 門(mén)輸出隨之變化，但觸發(fā)器狀態(tài)不變，仍為1狀態(tài)。（2） 設(shè)D=0CP=0時(shí)，CP=0使c=1、g=1，G4門(mén)、G3門(mén)關(guān)閉，G1門(mén)、G2門(mén)輸出均保持原狀態(tài)不變。此時(shí)其它門(mén)的輸出狀態(tài)為f=1，e=0。CP=1（CP上升沿來(lái)到）時(shí)，G=0，G3門(mén)分兩路輸出：一路送入G1門(mén)使Q =1，Q=0觸發(fā)器置0；另一路反饋到G5 門(mén)，

23、使f=1，g=0以維持觸發(fā)器置0狀態(tài)。同時(shí)，G6門(mén)輸出為e=0，它使G4門(mén)關(guān)閉，c=1阻塞了產(chǎn)生置1信號(hào)的可能性。當(dāng)g=0送到G5 門(mén)輸入端，D無(wú)論怎樣變化都不會(huì)再起作用?？梢?jiàn)，D觸發(fā)器的基本功能是：當(dāng)D=1時(shí)，在CP脈沖的上升沿來(lái)到時(shí)觸發(fā)器反轉(zhuǎn)為1；當(dāng)D=0時(shí)，在CP脈沖的上升沿來(lái)到時(shí)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為0；而在CP=0時(shí)，無(wú)論D的狀態(tài)如何變化，觸發(fā)器均維持原狀態(tài)不變，從而有效的避免秒了空翻現(xiàn)象。由以上分析可得D觸發(fā)器方程為 Qn+1=D（CP上升沿來(lái)到時(shí)有效）雙D觸發(fā)器特性表DQn+100112、74LS74集成電路引腳功能及工作原理74LS74集成電路的引腳如圖5所示。其功能見(jiàn)表腳號(hào)腳號(hào)代碼引腳

24、功能1Rd1復(fù)位信號(hào)2D1觸發(fā)信號(hào)3CP1時(shí)鐘信號(hào)4Sd1控制5Q1同相位輸出6Q1反相位輸出7GND地8Q2反相位輸出9Q2同相位輸出10Sd2控制11CP2時(shí)鐘信號(hào)12D2觸發(fā)信號(hào)13Dd2復(fù)位信號(hào)14VCC電源備注：1：該集成塊為14腳封裝2、電源：14腳為+5.003、復(fù)位：1腳、13腳4、主要用途：雙D觸發(fā)器74LS74的真值表如圖所示RDSDDCPQn+101××010××11100111100××1功能真值表中的“”表示CP的上升沿時(shí)刻，從功能真值表中可以看出，當(dāng)RD =0 SD =1觸發(fā)器被置“0”。當(dāng)RD =1 SD

25、 =0時(shí)觸發(fā)器被置“1”， RD 、SD 同時(shí)為“1”時(shí)，觸發(fā)器在P上升沿時(shí)刻根據(jù)輸入信號(hào)D來(lái)確定狀態(tài)。第三節(jié) 集成電路CD4518簡(jiǎn)介CD4518是雙BCD碼計(jì)數(shù)器其引腳6如圖所示：CD4518是雙BCD碼計(jì)數(shù)器，其功能見(jiàn)表輸入輸出CPRENQ0Q1Q2Q3X1X000001加計(jì)數(shù)00加計(jì)數(shù)10X保持X00保持從表中可以看出CD4518中的每個(gè)計(jì)數(shù)器包含兩個(gè)時(shí)鐘輸入端：CP和EN。CP用于上升沿觸發(fā)，要求EN=1；EN用于下降沿觸發(fā)，要求CP=0。R是復(fù)位端，且異步復(fù)位，高電平有效。CD4518，該IC是一種同步加計(jì)數(shù)器，在一個(gè)封裝中含有兩個(gè)可互換二/十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其功能引腳分別為17和91

26、5。該計(jì)數(shù)器是單路系列脈沖輸入（1腳或2腳；9腳或10腳），4路BCD碼信號(hào)輸出（3腳6腳；11腳14腳）。從表中看出，CD4518有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端CP和EN，若用時(shí)鐘上升沿觸發(fā)，信號(hào)由CP輸入，此時(shí)EN端應(yīng)接高電平“1”，若用時(shí)鐘下降沿觸發(fā)，信號(hào)由EN端輸入，此時(shí)CP端應(yīng)接低電平“0”，不僅如此，清零（又稱(chēng)復(fù)位）端R也應(yīng)保持低電平“0”，只有滿足了這些條件時(shí)，電路才會(huì)處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，若不滿足則IC不工作。第四節(jié) LED發(fā)光二級(jí)管顯示器簡(jiǎn)介1、LED是發(fā)光二極管顯示器，它是由七段LED筆畫(huà)所組成，每段筆畫(huà)實(shí)際上就是一個(gè)用半導(dǎo)體材料做成的發(fā)光二極管（LED）。這種顯示電路通常有兩種接法：一種是將發(fā)

27、光二極管的負(fù)極全部一起接地，如圖7所示：即所謂的“共陰極”顯示器，另一種是將發(fā)光二極管的全部正極接地即所謂的“共陽(yáng)極”顯示器，如圖8所示。對(duì)于共陰極顯示器，只要在某個(gè)二極管正極加上邏輯1電平，相應(yīng)的筆畫(huà)就發(fā)亮；對(duì)于共陰極顯示器，只要在某個(gè)二極管正極加上邏輯0電平，相應(yīng)的筆畫(huà)就發(fā)亮。該電路采用共陰極接法。2、共陰極七段LED顯示字型段碼表如圖顯示字符段碼abcdefg0123456789E滅一般數(shù)字系統(tǒng)中處理和運(yùn)算結(jié)果都是用二進(jìn)制編碼、BCD碼或其他編碼表示的要將最終結(jié)果通過(guò)LED顯示器用十進(jìn)制數(shù)顯示出來(lái)，就需要先用譯碼器將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成段碼，當(dāng)然，要使發(fā)光二極管發(fā)亮，還需要提供一定的驅(qū)動(dòng)電流。

28、第五節(jié) 集成電路CD4511簡(jiǎn)介1、CD4511簡(jiǎn)介：CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)如下：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。CD4511 引 腳 圖9       其功能介紹如下：             BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（

29、消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。            LT：3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。             LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。   &#

30、160;        A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。             a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。          CD4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。圖101. CD4511的引腳 CD4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常

31、以反相器作輸出級(jí)，通常用以驅(qū)動(dòng)LED。其引腳圖如10所示。 各引腳的名稱(chēng)：其中7、1、2、6分別表示A、B、C、D；5、4、3分別表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分別表示   a、b、c、d、e、f、g。左邊的引腳表示輸入，右邊表示輸出，還有兩個(gè)引腳8、16分別表示的是VDD、VSS。 2. CD4511的工作原理 1. CD4511的工作真值表如圖所示 2. 鎖存功能 譯碼器的鎖存電路由傳輸門(mén)和反相器組成,傳輸門(mén)的導(dǎo)通或截止由控制端LE的電平狀態(tài)決定。 當(dāng)LE為“0”電平導(dǎo)通，TG2截止；當(dāng)LE為“1”電平時(shí)，TG1截止，TG2導(dǎo)通，此時(shí)有鎖存

32、作用。（3）譯碼 CD4511譯碼用兩級(jí)或非門(mén)擔(dān)任，為了簡(jiǎn)化線路，先用二輸入端與非門(mén)對(duì)輸入數(shù) 據(jù)B、C進(jìn)行組合，得出、四項(xiàng)，然后將輸入的數(shù)據(jù)A、D一起用或 非門(mén)譯碼。 （4）消隱 BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使B端輸出為低電平，字形消隱。 消隱輸出J的電平為 J= =（C+B）D+BI如不考慮消隱BI項(xiàng)，便得J=（B+C）D據(jù)上式，當(dāng)輸入BCD代碼從1010-1111時(shí)，J端都為“1”電平，從而使顯示器中的字形消隱。 輸        入輸      &

33、#160; 出 LEBILIDCBAabcdefg顯示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱 01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱 01110110000000消隱 01111000000000消隱 01111010000000消隱 01111100000000消隱 01111

34、11000000消隱 111XXXX鎖       存 鎖存 CD 4511的真值表 8421 BCD 碼對(duì)應(yīng)的顯示見(jiàn)下圖          ：選用共陰極數(shù)碼管，對(duì)于 CD4511 ，它與數(shù)碼管的基本連接方式如下圖 ：第三章 組成電路設(shè)計(jì)介紹第一節(jié) 振蕩電路設(shè)計(jì)秒信號(hào)發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和質(zhì)量決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，通常用晶體振蕩器產(chǎn)生的脈沖經(jīng)過(guò)整形、分頻獲得1Hz的脈沖。常用的電路圖如11所示 圖中振蕩器電路由石英晶體、電阻、電容

35、和反相器等元件組成。石英晶體產(chǎn)生的頻率為f0=215Hz=32768Hz。石英晶體頻率門(mén)1用于振蕩，門(mén)2用于緩沖整形。Rf為反饋電阻10100 M，反饋電阻的作用是為CMOS反相器提供偏置，使其工作于放大狀態(tài)。C1一般采用535pF半可調(diào)電容。C2是溫度特性校正用的電容，一般取20405pF，電容C1、C2與晶體共同構(gòu)成型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩頻率的控制，并提供必要的1800相移。第二節(jié) 分頻電路設(shè)計(jì)該電路有石英晶體振蕩器、14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器/分頻器CMOS集成電路CD4060和TTL集成電路74LS74雙D觸發(fā)器組成。該電路由石英晶體振蕩器產(chǎn)生的32768Hz（即215）時(shí)標(biāo)信號(hào)，不能直接用來(lái)作為

36、數(shù)字鐘計(jì)數(shù)的輸入信號(hào)，必須將它變?yōu)橹芷跒?s的脈沖信號(hào)，因此，還要對(duì)時(shí)標(biāo)信號(hào)進(jìn)行15分頻。14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器/分頻器CMOS集成電路CD4060，由它可以得到14分頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)CD4060內(nèi)部14級(jí)二分頻器分頻后從CD4060的Q14腳輸出，變?yōu)轭l率為2Hz的巨型波，再將TTL集成電路74LS74雙D觸發(fā)器中的一個(gè)觸發(fā)器接成計(jì)數(shù)器型，完成15級(jí)分頻，即可得到周期為1s的脈沖信號(hào)。振蕩器與分頻器連接電路如圖12所示Rf與CD4060反相器組成反向放大器，Rf使反相器偏置在線性放大區(qū)，Rf取10M；C2取30pF；C1取5/30pF半可調(diào)電容，調(diào)節(jié)C1使振蕩頻率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值。第三節(jié) 時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)電

37、路設(shè)計(jì)有了秒脈沖信號(hào)，則可以按照60S為1min，60min為1h，24h為一天來(lái)設(shè)定時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)電路。分和秒計(jì)數(shù)器都是模為60的計(jì)數(shù)器，采用中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器至少需要兩片?！懊搿眰€(gè)位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘CP信號(hào)是由分頻器提供的周期為1s的脈沖信號(hào)，“分”個(gè)位計(jì)數(shù)器的CP信號(hào)是有秒計(jì)數(shù)器提供的進(jìn)位信號(hào)，“分”計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)送至“時(shí)”個(gè)位計(jì)數(shù)器的CP端。它們的個(gè)位是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而十位則是六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)規(guī)律為0001585900，當(dāng)計(jì)滿60時(shí)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)。因此可選用一片雙重BCD加法計(jì)數(shù)器CD4518，CD4518的引腳排列圖如圖13所示采用反饋清零的方法實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其電路圖如圖

38、14所示時(shí)計(jì)數(shù)器是24位進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，也可選用一片CD4518采用反饋清零的方法實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制。其電路圖如圖15所示第四節(jié) 譯碼顯示電路設(shè)計(jì) 譯碼顯示電路的功能是將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器輸出的四位二進(jìn)制代碼翻譯并顯示相應(yīng)的十進(jìn)制狀態(tài)。顯示器可用LED或LCD，本電路選用LED進(jìn)行數(shù)字顯示。通常譯碼器和顯示器是配套使用的，如果選用共陰極發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器BS/202，則譯碼顯示電路可采用CD4511BCD-7段譯碼驅(qū)動(dòng)器。CD4511輸出與BS201每個(gè)發(fā)光二極管之間串接200限流電阻；200限流電阻；R5-R11采用200×7電阻，詳圖見(jiàn)總電路圖。第五節(jié) 校時(shí)電路計(jì) 校時(shí)電路如

39、圖16所示。三個(gè)控制開(kāi)關(guān)S1、S2、S3分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)“時(shí)”、“分”“秒”的校準(zhǔn)。開(kāi)關(guān)處于正常位置時(shí)，分別接高電平，門(mén)3、門(mén)6、門(mén)8被封鎖，校準(zhǔn)信號(hào)不能通過(guò)三個(gè)門(mén)，所以“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器按正常計(jì)數(shù)。當(dāng)按下S1至“校時(shí)” 位置時(shí)，S1閉和，門(mén)3打開(kāi)，有分頻器CD4060送來(lái)0.5s的脈沖信號(hào)直接進(jìn)入“時(shí)”計(jì)數(shù)器，使小時(shí)指示每0.5s計(jì)一個(gè)字，達(dá)到快速校時(shí)的目的，同時(shí)0.5s的脈沖信號(hào)送入“分”計(jì)數(shù)器的置0端，使“分”置0?！皶r(shí)”校準(zhǔn)后，放開(kāi)開(kāi)關(guān)S1當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S2至“校分”位置時(shí)，和“校時(shí)”原理一樣，將0.5s的脈沖送入“分” 計(jì)數(shù)器的CPA端和“秒”計(jì)數(shù)器的置0端,使“分”指示快速計(jì)數(shù)，

40、同時(shí)將“秒”計(jì)數(shù)器置0?！胺帧毙?zhǔn)后，放開(kāi)開(kāi)關(guān)S2?！懊搿毙?zhǔn)開(kāi)關(guān)控制著一個(gè)RS觸發(fā)器的狀態(tài)。當(dāng)S3處于正常位置時(shí)，觸發(fā)器置“1”，Q端輸出底電平,關(guān)閉門(mén)8,Q端輸出高電平，使門(mén)7打開(kāi)，“秒”信號(hào)正常進(jìn)入“秒”計(jì)數(shù)器，使時(shí)鐘正常計(jì)時(shí)。當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S3至“校秒”位置，則觸發(fā)器置“0”，Q端輸入低電平，關(guān)閉門(mén)7，Q端輸出高電平，打開(kāi)門(mén)8，使0.5s的脈沖信號(hào)進(jìn)入“秒”計(jì)數(shù)器，此時(shí)，“秒”計(jì)數(shù)器快速計(jì)時(shí)，待“秒”校準(zhǔn)后，放開(kāi)按鍵S3，使其恢復(fù)正常位置。電路中與非門(mén)選用四2輸入與非門(mén)74LS00，非門(mén)選用六反相器74LS04。與非門(mén)1和4有一個(gè)輸入端置于高電平，取R1=R2=2K。74LS74Sd端通過(guò)

41、反相器10置“0”，反相器10輸入端則應(yīng)置“1”為高電平，由R3接至+5V電源，有R3=2 K。第六節(jié) 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路設(shè)計(jì) 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路如圖17所示。其中包括控制門(mén)電路和音響電路。(1)、控制門(mén)電路部分 當(dāng)“分”和“秒”計(jì)數(shù)器計(jì)倒59min50s時(shí)，從59min50s到59min59s之間，只有“秒”個(gè)位在計(jì)數(shù)，而“秒”的十位，“分”的十位中C=QC4=QA4=QD3=QA3=QC2=QA2=1不變。將它們相“與”，即C=QC4QA4QD3QA3QC2QA2作為控制信號(hào)，去控制門(mén)15和16。在每小時(shí)的最后10s內(nèi)C=1。門(mén)15輸入端加有頻率2048Hz的信號(hào)B（可取自分頻器CD4060的Q4端）

42、，同時(shí)又受QD1和QA1的控制，即C在59s時(shí)，QD1 QA1C=1，門(mén)16被關(guān)閉，門(mén)15打開(kāi)，B信號(hào)通過(guò)門(mén)15；門(mén)16輸入端加有頻率1024Hz的信號(hào)A（可取自分頻器CD4060的Q5端），同時(shí)又受QD1和QA1的控制，即C在51s、53s、55s、57s時(shí)，QD1QA1C=1，門(mén)15被關(guān)閉，門(mén)16打開(kāi)，A信號(hào)通過(guò)門(mén)16。則Z= QD1QA1CB+ QD1 QA1CA，即可實(shí)現(xiàn)前四響為2048Hz高音，后一響完畢正好整點(diǎn)。電路中與非門(mén)選用二4輸入與非門(mén)74LS20，非門(mén)選用六反響器74LS04。（2）、音響電路部分 該電路選用射極跟隨器，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。三極管選用高頻小功率管即可。三極管基極

43、串聯(lián)電阻R5=2 K限流電阻，門(mén)17輸出高電平時(shí)使晶體管處于放大狀態(tài)，是為了防止晶體管飽和導(dǎo)通使揚(yáng)聲器兩端電壓高、電流過(guò)大燒壞揚(yáng)聲器。三極管選用值為50的3SG4。報(bào)時(shí)所需的2048Hz和1024Hz音頻信號(hào)，分別取自分頻電路。揚(yáng)聲器選用Y040-1小型外磁電動(dòng)式8揚(yáng)聲器，其外形尺寸（mm）：4.0×1.0；最大功率0.5W。第四章 系統(tǒng)原理說(shuō)明與調(diào)試第一節(jié) 原理圖及原理簡(jiǎn)介1、數(shù)字鐘的電路邏輯總圖 根據(jù)以上設(shè)計(jì)，可畫(huà)出數(shù)字鐘的電路邏輯圖如下圖所示?？傠娐穲D2、數(shù)字鐘工作原理該電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器、及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路等組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是

44、整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器實(shí)現(xiàn)。石英晶體振蕩器產(chǎn)生32768Mz時(shí)標(biāo)信號(hào)經(jīng)CD4060分頻產(chǎn)生2Mz標(biāo)準(zhǔn)在經(jīng)74LS74雙D觸發(fā)器分頻獲得1Mz時(shí)標(biāo)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖。“分計(jì)數(shù)器”也采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”?！皶r(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)一天對(duì)24小時(shí)的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過(guò)六位LED七段顯示器顯示出來(lái)。整

45、點(diǎn)報(bào)時(shí)電路是根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。當(dāng)按下S1至“校時(shí)” 位置時(shí)，S1閉和，門(mén)3打開(kāi)，有分頻器CD4060送來(lái)0.5s的脈沖信號(hào)直接進(jìn)入“時(shí)”計(jì)數(shù)器，使小時(shí)指示每0.5s計(jì)一個(gè)字，達(dá)到快速校時(shí)的目的，同時(shí)0.5s的脈沖信號(hào)送入“分”計(jì)數(shù)器的置0端，使“分”置0。“時(shí)”校準(zhǔn)后，放開(kāi)開(kāi)關(guān)S1。當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S2至“校分”位置時(shí)，和“校時(shí)”原理一樣?！懊搿毙?zhǔn)開(kāi)關(guān)控制著一個(gè)RS觸發(fā)器的狀態(tài)。當(dāng)S3處于正常位置時(shí)，觸發(fā)器置“1”，Q端輸出底電平,關(guān)閉門(mén)8,Q端輸出高電平，使門(mén)7打開(kāi)，“秒”信號(hào)正常進(jìn)入“秒”計(jì)數(shù)器，使時(shí)鐘正常計(jì)時(shí)。當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S3至“校秒”位置，

46、則觸發(fā)器置“0”，Q端輸入低電平，關(guān)閉門(mén)7，Q端輸出高電平，打開(kāi)門(mén)8，使0.5s的脈沖信號(hào)進(jìn)入“秒”計(jì)數(shù)器，此時(shí)，“秒”計(jì)數(shù)器快速計(jì)時(shí)，待“秒”校準(zhǔn)后，放開(kāi)按鍵S3，使其恢復(fù)正常位置。校時(shí)電路是用來(lái)對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”現(xiàn)實(shí)數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整的。當(dāng)“分”和“秒”計(jì)數(shù)器計(jì)倒59min50s時(shí)，從59min50s到59min59s之間，只有“秒”個(gè)位在計(jì)數(shù)，而“秒”的十位，“分”的十位中C=QC4=QA4=QD3=QA3=QC2=QA2=1不變。將它們相“與”，即C=QC4QA4QD3QA3QC2QA2作為控制信號(hào)，去控制門(mén)15和16。在每小時(shí)的最后10s內(nèi)C=1。門(mén)15輸入端加有頻率2048Hz的信號(hào)B（可取自分頻器CD4060的Q4端），同時(shí)又受QD1和QA1的控制，即C在59s時(shí)，QD1 QA1C=1，門(mén)16被關(guān)閉，門(mén)15打開(kāi)，B信號(hào)通過(guò)門(mén)15；門(mén)16輸入端加有頻率1024Hz的信號(hào)A（可取自分頻器CD4060的Q5端），同時(shí)又受QD1和QA1的控制，即C在51s、53s、55s、57s時(shí)，QD1QA1C=1，門(mén)15被關(guān)閉，門(mén)16打開(kāi)，A信號(hào)通過(guò)門(mén)16。則Z= QD1QA1CB+ Q