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數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)PAGEPAGE7目錄1.總述……………..………32.數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)原理………………...…43.部分電路的設(shè)計(jì)…….……53.1震蕩器電路………………….……..53.2計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)……...63.3譯碼顯示電路…………….………..73.4校時(shí)電路…………...74.總體電路圖設(shè)計(jì)………...……………85.安裝與調(diào)試……………...…….………96.主要應(yīng)用器材…………97.心得體會……9參考文獻(xiàn)……...…………..10數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)總述隨著電子技術(shù)飛速的發(fā)展，越來越多的電子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，慢慢的簡單、精確、微小，一步一步接近于高新技術(shù)。電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展和更新變化使現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，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)奏也越來越快。數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個(gè)人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、集成電路有體積小、功耗小、功能多、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，，因此在許多電子設(shè)備中被廣泛使用。電子鐘是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫挠?jì)時(shí)工具，而數(shù)字式電子鐘又有其體積小、重量輕、走時(shí)準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡單、耗電量少等優(yōu)點(diǎn)而在生活中被廣泛應(yīng)用，因此本次設(shè)計(jì)就用數(shù)字集成電路和一些簡單的邏輯門電路來設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字式電子鐘，使其完成時(shí)間及星期的顯示功能。多功能數(shù)字鐘采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對“時(shí)”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。具有時(shí)間顯示、校正作用。走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、精度、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。電路裝置十分小巧,安裝使用也方便。同時(shí)在日期中，它以其小巧，價(jià)格低廉，走時(shí)精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費(fèi)的喜愛本次設(shè)計(jì)以數(shù)字電子為主，分別對1S時(shí)鐘信號源、秒計(jì)時(shí)顯示、分計(jì)時(shí)顯示、小時(shí)計(jì)時(shí)顯示、整點(diǎn)報(bào)時(shí)及校時(shí)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后將它們組合，來完成時(shí)、分、秒的顯示并且有整點(diǎn)報(bào)時(shí)和走時(shí)校準(zhǔn)的功能。并通過本次設(shè)計(jì)加深對數(shù)字電子技術(shù)的理解以及更熟練使用計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器和各種邏輯門電路的能力。電路主要使用集成計(jì)數(shù)器，例如74ls48、74ls90、NE555，例如74ls48，LED數(shù)碼管及各種門電路和基本的觸發(fā)器等，電路使用USB供電，很適合在日常生活中使用。數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?，給人們的生活，學(xué)習(xí)，工作帶來極大的方便。本文介紹的數(shù)字鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示時(shí)、分、秒的裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確，性能穩(wěn)定，顯示直觀，無機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置等特點(diǎn)。二、數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)原理數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路，由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。構(gòu)成方框圖如下：時(shí)顯示器秒顯示器分顯示器時(shí)顯示器秒顯示器分顯示器時(shí)譯碼器秒譯碼器分譯碼器時(shí)譯碼器秒譯碼器分譯碼器時(shí)計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器 時(shí)計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器校時(shí)電路校時(shí)電路振蕩器振蕩器圖1我們可以從圖中得知,數(shù)字鐘電路主要由震蕩器、校時(shí)電路、時(shí)分秒計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器構(gòu)成。它們的工作原理是：由震蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖信號作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，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)出一個(gè)“分脈沖”信號，該信號作為分計(jì)數(shù)器的脈沖信號，分計(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，該信號將被送到時(shí)計(jì)數(shù)器，時(shí)計(jì)數(shù)器采用12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。譯碼顯示電路將時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)送到七段譯碼顯示器，通過六位LED七段顯示器顯示出來。校時(shí)電路用來對時(shí)、分顯示數(shù)字進(jìn)行調(diào)整。三、部分電路的設(shè)計(jì)1．震蕩器電路震蕩器電路是數(shù)字鐘的核心，主要用來產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號，數(shù)字鐘的精度，主要取決于時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號的頻率及穩(wěn)定度。一般來說，震蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。通常采用石英晶體震蕩器經(jīng)過分頻得到這一信號，也可采用由門電路或555定時(shí)器構(gòu)成的多諧震蕩器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號源。本設(shè)計(jì)方案采用的是集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧震蕩器，如下圖所示：圖2接通電源后，電容C1被充電，Vc1上升，當(dāng)Vc1上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)放電BJTT導(dǎo)通，此時(shí)Vo為低電平，電容C1通過R和T放電，使Vc1下降。當(dāng)Vc1下降到1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又被復(fù)位，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平，電容C1放電所需要的時(shí)間為：t1=RC1ln2=0.7R1C1當(dāng)C1放電結(jié)束是，T截止，Vcc將通過R1，R2向電容器C1沖電，Vcc由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需要的時(shí)間為：t2=(R1+R2)C1ln2=0.7(2R1+R2)C1當(dāng)Vc上升到2/3Vcc是，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)。如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期性的方波，其頻率為：f=1/(t1+t2)=1.43/(2R1+R2)C1這里設(shè)震蕩頻率f=1Hz。2．計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)有了時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)“秒”信號后，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)定時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器：分和秒計(jì)數(shù)器都采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)規(guī)律均為00，01，0258，59，00，01，這里均選用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS90。74LS90有兩個(gè)置零度端，通過與輸出信號連接得到任意小于十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。例如六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。然后與十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級聯(lián)可得到六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。小時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)“23翻0”的特殊計(jì)數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到23時(shí)59分59秒時(shí)，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖，數(shù)字鐘自動(dòng)顯示為00時(shí)00分00秒。通過兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的級聯(lián)構(gòu)成一個(gè)一百進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。然后通過輸出控制可得到二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。把第一個(gè)計(jì)數(shù)器的Qb和第二個(gè)計(jì)數(shù)器的Qc連接到兩個(gè)置零度端，并且兩個(gè)芯片的置零度端連接，這樣計(jì)數(shù)器到二十四時(shí)計(jì)數(shù)器就清零，就得到二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。圖360進(jìn)制計(jì)數(shù)電路圖424進(jìn)制計(jì)數(shù)電路3．譯碼顯示電路譯碼和數(shù)碼顯示電路是將數(shù)字鐘和計(jì)時(shí)狀態(tài)直觀清晰地放映出來，被人們的視覺器官所接受，它的任務(wù)就是將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼譯成數(shù)碼器顯示所需要的高低電平。這里所選用的譯碼器就是常用的BCD譯碼/驅(qū)動(dòng)器74LS48，其中A1、A2、A3、A4與計(jì)數(shù)器的四個(gè)輸出端按設(shè)計(jì)要求相連或接地，a、b、c、d、e、f、g則與七段數(shù)碼顯示器對應(yīng)端相連。具體電路圖見總圖部分。圖54．校時(shí)電路校時(shí)電路是在剛接通電源或鐘表走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)，本電路只對分和秒進(jìn)行校準(zhǔn)。校時(shí)電路要求各種校準(zhǔn)必須互不影響，即在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；在分校正時(shí)不影響小時(shí)和秒的正常計(jì)數(shù)。校時(shí)方式有“快校時(shí)”和“慢校時(shí)”兩種，“快校時(shí)”是通過開關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器對1Hz的校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)，“慢校時(shí)”是手動(dòng)產(chǎn)生單脈沖作為校時(shí)脈沖。具體電路如下圖所示：其中S1為?！胺帧庇玫目刂崎_關(guān)，S2為?！皶r(shí)”用的控制開關(guān)，校時(shí)脈沖采用分頻器輸出的1Hz脈沖，當(dāng)S1或S2分別為“0”時(shí)可進(jìn)行“快校時(shí)”。如果校時(shí)脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供，則可進(jìn)行“慢校時(shí)”圖6四、總體電路圖設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)原理方框圖將各部分電路連接起來則構(gòu)成了總體電路圖，如下圖所示：圖7五、安裝與調(diào)試由數(shù)字鐘系統(tǒng)的原理方框圖按照信號的流向分級安裝，逐級級聯(lián)，級聯(lián)時(shí)如果出現(xiàn)時(shí)序配合不同步，或尖峰脈沖干擾，引起邏輯混亂，可以增加多級邏輯門來延時(shí)。如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端Vcc加退耦濾波電容，通常用幾十微法的大電容與0.01uF的小電容相并聯(lián)。經(jīng)過聯(lián)調(diào)并糾正設(shè)計(jì)方案中的錯(cuò)誤和不足之處后，再測試電路的邏輯功能是否滿足設(shè)計(jì)要求。在焊接過程中由于萬用版的面積小了，所以我采用了大量的杜邦線連接。而且焊接的也太密集，以后我們要汲取這個(gè)教訓(xùn)。在測試555多諧震蕩器時(shí)，實(shí)際產(chǎn)生的脈沖與理論上的有一些出入。而且考慮到元件本身精度的問題。我們?yōu)榱撕唵纹鹨姏]有接電位器，而是采用實(shí)驗(yàn)獲得參數(shù)的辦法。同