數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與制作一、設(shè)計(jì)概述1.設(shè)計(jì)任務(wù)?時(shí)鐘脈沖電路設(shè)計(jì)?60進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)?24進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)?“秒”，“分”，“小時(shí)”脈沖邏輯電路設(shè)計(jì)?“秒”，“分”，“小時(shí)”顯示電路設(shè)計(jì)?“分”，“小時(shí)”校時(shí)電路?整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路2.功能特性?設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘能直接顯示“時(shí)”，“分”，“秒”，并以24小時(shí)為一計(jì)時(shí)周期。?當(dāng)電路發(fā)生走時(shí)誤差時(shí)，要求電路具有校時(shí)功能。?要求電路具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，報(bào)時(shí)聲響為四低一高，最后一響正好為整點(diǎn)。3.原理框圖圖1原理框圖二、設(shè)計(jì)原理數(shù)字鐘是一個(gè)將“時(shí)”，“分”，“秒”顯示于人的視覺(jué)器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，另外應(yīng)有校時(shí)功能和報(bào)時(shí)功能。因此，一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時(shí)”，“分”，“秒”計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路和振蕩器組成。干電路系統(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來(lái)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60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)現(xiàn)胡一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用60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)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)菁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)電路時(shí)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)電路時(shí)用來(lái)對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整的。三、設(shè)計(jì)步驟1.計(jì)數(shù)器電路根據(jù)計(jì)數(shù)周期分別組成兩個(gè)60進(jìn)制（秒、分）和一個(gè)24進(jìn)制（時(shí)）的計(jì)數(shù)器。把它們適當(dāng)連接就可以構(gòu)成秒、分、時(shí)的計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。CC4518的符號(hào)如圖，一個(gè)芯片集成了兩個(gè)完全相同的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其異步清零信號(hào)CR是高電平有效。記數(shù)脈沖輸入CP和記數(shù)允許EN是或關(guān)系，即EN=1時(shí)，CP脈沖可以通過(guò)或門產(chǎn)生上升沿觸發(fā)記數(shù)，反過(guò)來(lái)如將CP端接低電平（CP=L），則EN端可以加入計(jì)數(shù)脈沖，用其下降沿經(jīng)反相通過(guò)或門產(chǎn)生上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器輸出8421BCD碼。?秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)及安裝秒計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)此模數(shù)的計(jì)數(shù)器是由雙BCD同步加計(jì)數(shù)器CD4518構(gòu)成。秒計(jì)數(shù)器是六十進(jìn)制，由一個(gè)十進(jìn)制和一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器異步級(jí)聯(lián)組成，各記數(shù)器都接成下降沿觸發(fā)方式，其中六進(jìn)制計(jì)數(shù)器用異步復(fù)接法構(gòu)成。兩級(jí)計(jì)數(shù)器出現(xiàn)0110，0000時(shí)通過(guò)置數(shù)脈沖使計(jì)數(shù)器清零,也就是此時(shí)AQ2,AQ1通過(guò)與門后發(fā)出置數(shù)脈沖使計(jì)數(shù)器通過(guò)清零端AR清零（如圖2所示）。圖2秒計(jì)數(shù)器?分計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)及安裝分計(jì)數(shù)器也是60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。同秒計(jì)數(shù)器一樣是由雙BCD同步加計(jì)數(shù)器CD4518構(gòu)成。再按同秒計(jì)數(shù)器的方法接成可實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。再用同秒計(jì)數(shù)器的方法實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制（如圖3所示）。圖3分計(jì)數(shù)器?時(shí)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)及安裝時(shí)計(jì)數(shù)器是24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)此模數(shù)的計(jì)數(shù)器是由雙BCD同步加計(jì)數(shù)器CD4518構(gòu)成。時(shí)計(jì)數(shù)器是24進(jìn)制，在兩級(jí)計(jì)數(shù)器出現(xiàn)0010，0100時(shí)通過(guò)置數(shù)脈沖使計(jì)數(shù)器清零,也就是此時(shí)AQ1,BQ2通過(guò)與門后發(fā)出置數(shù)脈沖使計(jì)數(shù)器通過(guò)清零端AR，BR清零，這樣就構(gòu)成了24進(jìn)制計(jì)數(shù)器（如圖4所示）。圖4時(shí)計(jì)數(shù)器2.譯碼和數(shù)碼顯示電路譯碼和數(shù)碼顯示電路是將數(shù)字鐘的計(jì)時(shí)狀態(tài)直觀清晰地反映出來(lái)?？杀蝗藗兊囊曈X(jué)器官所接受。顯示器件選用液晶顯示。能顯示出清晰直觀的數(shù)字符號(hào)。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)行編譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動(dòng)液晶顯示的輸入端，便可進(jìn)行不同數(shù)字顯示。當(dāng)數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)器在CP脈沖的作用下，按60秒為一分，60分為一小時(shí)，24小時(shí)為1天的計(jì)數(shù)規(guī)律計(jì)數(shù)時(shí)，就應(yīng)將其狀態(tài)顯示成清晰的數(shù)字符號(hào)，需要將計(jì)數(shù)器的狀態(tài)進(jìn)行譯碼并將其顯示出來(lái)（如圖5所示）。圖5譯碼和數(shù)碼顯示電路3.振蕩器電路振蕩器的作用是產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。數(shù)字鐘的精度就是主要取決于時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信的頻率和穩(wěn)定度。所以，在實(shí)驗(yàn)中采用電路由14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器/分頻器和振蕩器CD4060、BCD雙主-從D型觸發(fā)器CD4013構(gòu)成的秒信號(hào)發(fā)生器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源（如圖6所示）。圖6秒脈沖發(fā)生器CC4060是帶振蕩電路的14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，晶體和電阻電容配合振蕩電路組成振蕩器，振蕩頻率為32768Hz，該信號(hào)在片內(nèi)接至計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖輸入端，經(jīng)過(guò)14級(jí)分頻，在輸出端QN得到2Hz方波信號(hào)，再經(jīng)過(guò)CC4013組成的二分頻電路得到1Hz秒脈沖信號(hào)。CC4013是雙D觸發(fā)器，其中一個(gè)用于秒脈沖電路，產(chǎn)生單脈沖的原理是：在按鍵開關(guān)S4按下接通時(shí)，VDD被R1，R2兩個(gè)電阻分壓使置1端S為高電平，Q輸出變1，通過(guò)R3向C1充電，置0端R電位由低變高，至有效高電平時(shí)使出發(fā)器Q返回0，每按一次按鍵Q端就輸出一個(gè)單脈沖，通過(guò)S1-S3三個(gè)開關(guān)用此脈沖代替時(shí)，分，秒記數(shù)器，人為更改計(jì)數(shù)值，以對(duì)時(shí)，分，秒分別進(jìn)行校時(shí)。4.校時(shí)電路數(shù)字鐘電路由于秒輸出信號(hào)的精確性和穩(wěn)定性不可能做到完全準(zhǔn)確無(wú)誤，又因?yàn)殡娐分衅渌脑驍?shù)字鐘總會(huì)產(chǎn)生走時(shí)誤差的現(xiàn)象。所以，電路中就應(yīng)該有校準(zhǔn)時(shí)間功能的電路。校時(shí)的方法是給被校時(shí)的計(jì)時(shí)電路引入一個(gè)超出常規(guī)計(jì)時(shí)許多倍的快速脈沖信號(hào)，從而使計(jì)時(shí)電路快速達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。將脈沖信號(hào)引到“分”和“時(shí)”的脈沖輸入端以便快速校準(zhǔn)“分”和“時(shí)”。CC4013是雙D觸發(fā)器，其中一個(gè)用于秒脈沖電路，產(chǎn)生單脈沖的原理是：在按鍵開關(guān)S4按下接通時(shí)，VDD被R1，R2兩個(gè)電阻分壓使置1端S為高電平，Q輸出變1，通過(guò)R3向C1充電，置0端R電位由低變高，至有效高電平時(shí)使出發(fā)器Q返回0，每按一次按鍵Q端就輸出一個(gè)單脈沖，通過(guò)S1-S3三個(gè)開關(guān)用此脈沖代替時(shí)，分，秒記數(shù)器，人為更改計(jì)數(shù)值，以對(duì)時(shí)，分，秒分別進(jìn)行校時(shí)（如圖7所示）。圖7校時(shí)電路5.整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路當(dāng)數(shù)字鐘顯示整點(diǎn)