1、.;.多功能數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的1、培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練綜合運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去分析和解決工程實(shí)際問題的能力。2、學(xué)習(xí)較復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法，提高基于模擬、數(shù)字電路等知識(shí)解決電子信息方面常見實(shí)際問題的能力。3、培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考及創(chuàng)新能力。設(shè)計(jì)要求 1、能顯示時(shí)、分、秒的數(shù)字電子鐘。2、采用LED數(shù)碼管顯示累計(jì)時(shí)間。3、校時(shí)功能：能快速校準(zhǔn)“時(shí)”、“分”的功能，可以對時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)。4、整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。摘要 數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛

2、使用，給人們的生活、學(xué)習(xí)、娛樂帶來極大的方便?；跀?shù)字電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字鐘主要包括五部分：秒脈沖產(chǎn)生電路、計(jì)數(shù)器電路、譯碼顯示電路、校時(shí)電路和整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路。秒脈沖電路用于為計(jì)數(shù)器電路提供一個(gè)1HZ的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。計(jì)數(shù)電路是兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。譯碼顯示電路采用七段譯碼管直接顯示。校時(shí)電路使用蜂鳴器跟三極管等器件構(gòu)成，可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行校時(shí)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路能在前十秒每隔一秒發(fā)出一次蜂鳴的聲音。運(yùn)用Protel99SE軟件繪制了單元電路以及總體電路圖；借助Multisim2001和Proteus 7 Professional仿真軟件對單元電路進(jìn)行了虛擬實(shí)驗(yàn),達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。電路之間

3、的連接采用直接譯碼技術(shù)。具有電路結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作可靠、使用壽命長、更改設(shè)定時(shí)間容易、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。 目錄一、數(shù)字電子方案鐘方析.1 1.1 引言.11.2 設(shè)計(jì)思想.11.3 設(shè)計(jì)方案11.3.1 基于分立元件的數(shù)字電子鐘.11.3.2基于單片機(jī)編程的數(shù)字電子鐘.21.3.3基于EDA技術(shù)的數(shù)字電子鐘.21.3.4 三種方案比較及方案確定.3二、數(shù)字電子鐘的電路設(shè)計(jì).4 2.1 秒脈沖產(chǎn)生電路4 2.2時(shí)間計(jì)數(shù)電路.5 2.2.1 分、秒的計(jì)時(shí)電路.62.2.2 時(shí)的計(jì)時(shí)電路.72.3 譯碼顯示電路.72.4 校時(shí)電路.92 .5 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路.10三、數(shù)字電子鐘的整體電路及原理說明.10

4、3.1 單元電路的級(jí)聯(lián).10 3.2 整體原理圖.11 3.3 原理說明.11四、數(shù)字電子鐘的仿真.11 4.1 秒脈沖產(chǎn)生電路仿真.12 4.2 秒、分、時(shí)電路仿真.12 4.3 校時(shí)電路仿真.13 4.4 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路仿真.15五、心得與體會(huì).16參考文獻(xiàn).17附錄一 數(shù)字電子鐘總電路圖18附錄二 電路原件明細(xì)表.19;.一、數(shù)字電子鐘方案分析隨著電子技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)字電子技術(shù)領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子鐘的方法和手段有很多種，本設(shè)計(jì)對其中的幾種方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析。1.1引言數(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

5、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)開啟和關(guān)閉路燈、定時(shí)開關(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設(shè)計(jì)思想石英晶體振蕩器產(chǎn)生的高頻高頻送到分頻器，分頻電路將高頻信號(hào)分成1Hz的方波基準(zhǔn)信號(hào)。秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生頻率穩(wěn)定性很高的秒脈沖，秒脈沖被送到六十進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)結(jié)果送至秒的個(gè)位和秒的十位譯碼器，譯碼結(jié)果分別由兩個(gè)七段數(shù)碼管以十進(jìn)制數(shù)形式顯示來。當(dāng)秒六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器累計(jì)到第59秒時(shí)，若再來一個(gè)秒脈沖，秒十位計(jì)數(shù)器的清

6、零信號(hào)就產(chǎn)生進(jìn)位脈沖（分計(jì)數(shù)脈沖），同時(shí)，秒計(jì)數(shù)器的十位和個(gè)位都復(fù)位到零。分計(jì)數(shù)脈沖又被送到分六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，經(jīng)譯碼電路譯碼后數(shù)碼管顯示相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。當(dāng)計(jì)滿59分59秒時(shí)，若再來一個(gè)秒脈沖，則分計(jì)數(shù)器便向時(shí)計(jì)數(shù)器送出時(shí)計(jì)數(shù)脈沖，同時(shí)，分、秒計(jì)數(shù)器均復(fù)位到零。時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)顯示23時(shí)59分59秒時(shí)，若再來一個(gè)秒脈沖，則時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器都應(yīng)回到零，并顯示（00 00 00）表示已到達(dá)午夜零點(diǎn)，第二天開始繼續(xù)計(jì)數(shù)。通過雙刀雙擲開關(guān)進(jìn)入校時(shí)狀態(tài)，分、時(shí)的電路里通過自動(dòng)快速調(diào)整和手動(dòng)調(diào)整實(shí)現(xiàn)校時(shí)功能；同時(shí)在對分鐘校時(shí)的時(shí)候，最大分鐘不向小時(shí)進(jìn)位。利用組合邏輯，三極管、蜂鳴器等器

7、件構(gòu)成整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路達(dá)到設(shè)計(jì)要求。1.3設(shè)計(jì)方案1.3.1 基于分立元件的數(shù)字電子鐘 時(shí)鐘芯片采用集成邏輯電路設(shè)計(jì)的具有能實(shí)現(xiàn)秒脈沖產(chǎn)生功能，時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能和校時(shí)功能以及整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，其原理框圖如圖1所示。具體實(shí)現(xiàn)方法：秒脈沖信號(hào)送到計(jì)數(shù)器中進(jìn)行計(jì)數(shù)。根據(jù)計(jì)數(shù)的規(guī)律采用74LS161芯片分別設(shè)計(jì)兩個(gè)60進(jìn)制、一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。顯示采用7448芯片驅(qū)動(dòng)共陰極LED，實(shí)現(xiàn)時(shí)間的顯示。校時(shí)采用手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)整。利用組合邏輯產(chǎn)生的信號(hào)通過三極管放大，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。譯碼驅(qū)動(dòng)LED顯示譯碼驅(qū)動(dòng)LED顯示譯碼驅(qū)動(dòng)LED顯示LED顯示D顯示LED顯示譯碼驅(qū)動(dòng)LED顯示譯碼驅(qū)動(dòng)LED顯示譯碼驅(qū)動(dòng)

8、調(diào)校時(shí)調(diào)校分秒脈沖發(fā)生器時(shí)十位分個(gè)位秒十位秒個(gè)位時(shí)個(gè)位分十位圖1 基于分立元件的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)框1.3.2 基于單片機(jī)編程的數(shù)字電子鐘圖2 基于單片機(jī)編程的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)框圖單片機(jī)時(shí)鐘模塊復(fù)位電路按鍵模塊電源模塊語音模塊LCD顯示在按鍵較少的情況下，采用獨(dú)立式4個(gè)按鍵，經(jīng)軟件設(shè)計(jì)指定的I/O口（P1.0P1.3）送出邏輯電平，控制數(shù)碼管顯示。根據(jù)數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)要求與原理以及特性，系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C52串口輸出的形式來設(shè)計(jì)電路，使功能及效果更完美。其框圖如圖2所示。1.3.3 基于EDA技術(shù)的數(shù)字電子鐘采用EDA作為主控制器控制外圍電路進(jìn)行電壓、時(shí)鐘控制、鍵盤和LED控制。此方案邏輯電路

9、復(fù)雜，且靈活性較低，不利于各種功能及擴(kuò)展，在對電路進(jìn)行檢測時(shí)比較困難。其框圖如圖3所示。時(shí)鐘模塊按鍵模塊計(jì)時(shí)模塊校時(shí)模塊顯示模塊 蜂鳴圖3 基于EDA技術(shù)的數(shù)字電子鐘框圖1.3.4 三種方案的比較及方案的確定 在設(shè)計(jì)過程中，方案的選擇必須與實(shí)際情形聯(lián)系起來，要從各個(gè)方面考慮設(shè)計(jì)的可行性，即不僅要考慮其先進(jìn)性也要考慮其現(xiàn)實(shí)性，從多方面綜合尋求最佳方案。在方案的實(shí)施中，方案一簡潔、靈活、可擴(kuò)展性好，能完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求；方案二的設(shè)計(jì)理念超過我們現(xiàn)在所學(xué)的內(nèi)容，因此暫不考慮；方案三邏輯電路復(fù)雜，靈活性比較的低，并且不利于調(diào)試，也不適合選擇。綜上分析，我們選擇第一種方案“基于分立式原件的數(shù)字電子鐘”作為

10、本次課程設(shè)計(jì)的最佳方案。 ;.二、數(shù)字電子鐘電路設(shè)計(jì)單元電路設(shè)計(jì)包括電路結(jié)構(gòu)以及元器件的選擇。元器件選擇一般遵循的原則是：先“性能”、次“貨源”、再“價(jià)格”、后“體積”。設(shè)計(jì)中，多查閱器件手冊和有關(guān)的科技資料，熟悉常用的元器件的型號(hào)、性能及價(jià)格。關(guān)于集成電路與分立元件電路的選擇問題，一般優(yōu)選集成電路。設(shè)計(jì)中，需要對各組元件性能參數(shù)進(jìn)行綜合性分析，具體包括：考慮到環(huán)境溫度的變化和交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)等工作條件的影響時(shí)，計(jì)算參數(shù)時(shí)應(yīng)按最不利的情形考慮；各元器件的實(shí)際工作電壓、電流、頻率、功耗等應(yīng)在參數(shù)允許的范圍內(nèi)，并留有一定的裕量，一般可按1.5倍左右的余量來考慮，電阻值應(yīng)盡可能選在1M范圍以內(nèi)，最

11、大不應(yīng)超過10M。無極性電容盡可能選在100pF至0.1F范圍內(nèi)，最大不超過1F。還有最后選定的電阻、電容值均應(yīng)是手冊上相近的標(biāo)稱系列值。在保證電路性能的前提下，盡可能減少元器件的品種，盡可能選擇性價(jià)比高、體積小、易購買的元器件。2.1秒脈沖產(chǎn)生電路方案一：由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。555與RC組成的多諧振蕩器圖用555組成的脈沖產(chǎn)生電路: R1=15*103，R2=68*103，C=10F，則555所產(chǎn)生的脈沖的為:f=1.43/(R1+2*R2)*103*10*106=0.947Hz,而設(shè)計(jì)要求為1Hz,因此其誤差為5.3%,精度不高時(shí)可用，而數(shù)字電子

12、鐘對秒脈沖的精度要求相當(dāng)高，故不選用。方案二：石英晶體振蕩器電路不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路，晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Hz的方波信號(hào)，是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量。本設(shè)計(jì)采用的是石英晶體振蕩器產(chǎn)生的脈沖，經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖，典型電路如下圖2.1.1所示：圖2.1.1 秒脈沖產(chǎn)生電路CD4060是14位的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。它內(nèi)部有14級(jí)二分頻，有兩個(gè)反相器。RS（11腳）、RTC（10腳）CTC(9腳)分別為時(shí)鐘輸入、反向輸出端、輸出端。圖中R45為反饋電阻（10100 Mom），目的是為CM

13、OS反相器提供偏置，使其工作在放大狀態(tài)。C1為溫度特性校正電容，一般取2050Pf;C2是頻率微調(diào)電容，取530pF。石英晶振采用32768 Hz晶振，若要得到1Hz的脈沖，則需要經(jīng)過15級(jí)的二分頻器完成（32768 Hz /215=1 Hz）。由于CD4060只能完成14級(jí)分頻，故需要外加一級(jí)分頻，采用74LS74雙D觸發(fā)器完成二分頻，最終得到數(shù)字鐘的脈沖輸入1Hz信號(hào)。下圖2.1.3為CD4060引腳圖，表2.1.2為其功能表。圖2.1.2 CD4060引腳圖表2.1.3 CD4060功能表RSCTCRTCRESET功能0計(jì)數(shù)011復(fù)位2.2 時(shí)間計(jì)數(shù)電路時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器

14、、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器、時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)這兩種模數(shù)的計(jì)數(shù)器采用中規(guī)模計(jì)數(shù)器74LS161，其引腳圖如圖2.2（1）所示，表2.2（2）為其功能表。圖2.2（1） 74LS161引腳圖表2.2（2） 74LS161功能表清0預(yù)置控制時(shí)鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸出EPETCPA3A2A1A0Q3Q2Q1Q00000010D3D2D1D0D3D2D1D0110保持110保持1111計(jì)數(shù)2.2.1 分、秒的計(jì)時(shí)電路由74LS161 構(gòu)成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器如下圖2.2.1所示：圖2.2.1 60進(jìn)制計(jì)

15、數(shù)器電路圖將一片74LS161設(shè)置為10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，另一片設(shè)置為 6 進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。因?yàn)?的二進(jìn)制表示是0110且74LS161是低電平清零，因此在反饋清零的時(shí)候，將十位的Q1和Q2通過74LS00與非門后接入十位的清零端。兩片74LS161按照反饋清零法串聯(lián)。個(gè)位的清零信號(hào)級(jí)聯(lián)十位的脈沖輸入端。秒計(jì)數(shù)的十位和個(gè)位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時(shí)還作為分計(jì)數(shù)器的輸入脈沖。74LS161十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的清零功能（特點(diǎn)：不耗時(shí)鐘脈沖），在上級(jí)161控制下級(jí)161時(shí)候通過組合電路（主要利用與非門）實(shí)現(xiàn)，在連接電路的時(shí)候要注意并且強(qiáng)調(diào)使能端的連接，其將影響到整一個(gè)電路的是否工作。電路的控制原理如下

16、：秒鐘由個(gè)位向十位進(jìn)位：0000000100100011010001010110011110001001實(shí)現(xiàn)個(gè)位的計(jì)數(shù)由秒?yún)^(qū)向分區(qū)的顯示控制：基本原理同上，在秒?yún)^(qū)十位向分區(qū)個(gè)位顯示時(shí)：000000010010001101000101產(chǎn)生了六個(gè)脈沖的時(shí)候向下級(jí)輸出一個(gè)時(shí)鐘脈沖，利用的還是與非門，目標(biāo)仍是實(shí)現(xiàn)正確的計(jì)時(shí)顯示。2.2.2 時(shí)的計(jì)時(shí)電路圖2.2.2 時(shí)電路圖時(shí)電路的設(shè)計(jì)如圖2.2.2所示：由分計(jì)數(shù)器的清零脈沖送入時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器，電路在分的清零脈沖作用下按二進(jìn)制自然序依次遞增1，當(dāng)計(jì)數(shù)到24，這時(shí)小時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)狀態(tài)是Q3Q2Q1Q0=0100（也就是4）, 小時(shí)十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)Q3Q2Q1Q

17、0=0010（也就是2）時(shí)，小時(shí)十位計(jì)數(shù)器只有Q1端有輸出，小時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器只有Q2端有輸出，將時(shí)十位的Q1、時(shí)個(gè)位的Q2端接一個(gè)二輸入與非門，與非門輸出一路送入小時(shí)十位計(jì)數(shù)器的清零端，另一路送入小時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器的清零端。每時(shí)的個(gè)位10小時(shí)向小時(shí)十位計(jì)數(shù)器送CP脈沖，當(dāng)十位輸出為二，小時(shí)個(gè)位輸出為四時(shí)，將整個(gè)電路清零，從而構(gòu)成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。2.3 譯碼顯示電路本次譯碼顯示的電路如圖2.3所示：圖2.3 譯碼顯示電路圖譯碼顯示電路的功能是將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動(dòng)LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，

18、輸出高電平有效，專用于驅(qū)動(dòng)LED七段共陰極顯示數(shù)碼管，上圖既是由74LS48和LED七段共陰極數(shù)碼管組成的一位數(shù)碼顯示電路。若將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的每一位輸出分別送到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端便可進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。下面簡介74LS48 的功能：BI：當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LD：當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。RBI：使能控制端，當(dāng)RBI=1 時(shí)，允許譯碼輸出。DCBA：為8421BCD碼輸入端。QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG、：為譯碼輸出，輸出

19、為高電平。74LS48 的BI、LD、RBI端接高電平，輸入端D、C、B、A接74LS161的輸出端Q3、Q2、Q1、Q0，其輸出端QAQG接數(shù)碼管。當(dāng)數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)器在CP脈沖作用下，按60秒為1分、60分為1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)。這就需要將計(jì)數(shù)器的狀態(tài)進(jìn)行譯碼并將其顯示出來。 “秒”、“分”、“時(shí)”的個(gè)位和十位的狀態(tài)分別由集成片中的六個(gè)觸發(fā)器的輸出狀態(tài)來反映的。每組(兩個(gè))輸出的計(jì)數(shù)狀態(tài)都按 BCD代碼以高低電平來表現(xiàn)。因此，需經(jīng)譯碼電路將計(jì)數(shù)器輸出的BCD代碼變成能驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼顯示器的工作信號(hào)。24 校時(shí)電路校時(shí)電路是數(shù)字鐘不可少的部分，每

20、當(dāng)數(shù)字鐘顯示與實(shí)際時(shí)間不相符合的時(shí)候，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行校時(shí)。本次設(shè)計(jì)的校時(shí)電路如圖2.4.1，圖2.4.2所示。該電路的針對秒計(jì)時(shí)脈沖、分計(jì)時(shí)脈沖和時(shí)計(jì)時(shí)脈沖進(jìn)行控制，達(dá)到校時(shí)的目的。分的校時(shí)電路和時(shí)的校時(shí)電路比較的相似，現(xiàn)在列舉分的校時(shí)電路分析。在此電路中分的校時(shí)是由U17B、U17C、U17D、U13C組合門電路構(gòu)成的。當(dāng)進(jìn)行分校時(shí)時(shí)，按下開關(guān)K1，由于U17B、U13C輸出高電平，封鎖秒的十位清零脈沖，同時(shí)1Hz脈沖信號(hào)直接通過U4A、U5A門電路被送到分計(jì)數(shù)的個(gè)位計(jì)數(shù)器中，使分計(jì)數(shù)器以秒的節(jié)奏快速計(jì)數(shù)。當(dāng)分計(jì)數(shù)器的顯示與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間數(shù)值相同時(shí)，松開S 2即可。當(dāng)松開S 2時(shí)，門電路U1

21、3A輸出低電平，從而使U5A門被封鎖，1Hz信號(hào)不能夠被輸入U(xiǎn)4A門中，且輸出高電平。U3A門電路接受來自秒計(jì)數(shù)器的十進(jìn)位輸出信號(hào)，從而使U4A正常工作，使分計(jì)數(shù)器正常工作。同理，“時(shí)”校時(shí)電路與“分”校時(shí)電路工作原理完全一樣。圖2.4.1 “分”校時(shí)電路圖2.4.2 “時(shí)”校時(shí)電路2.5整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路圖3.6 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路該電路的功能是要求每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)到整點(diǎn)前10s內(nèi)每隔一秒響一次，即分別在59分51秒、53秒、55秒、57秒、59秒時(shí)發(fā)出聲音。具體電路圖如圖3.6。三、數(shù)字電子鐘的整體電路及原理說明各個(gè)單元電路以及元器件參數(shù)確定后，必須把各個(gè)單元連為一個(gè)整體。 進(jìn)行整體電路圖繪制。整體電路

22、圖是電子電路設(shè)計(jì)的結(jié)晶，是重要的設(shè)計(jì)文件，它不僅是電路安裝和電路板制作等工藝設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，而且是電路實(shí)驗(yàn)和維修時(shí)不可缺少的文件。3.1 單元電路的級(jí)聯(lián) 單元電路級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)要注意以下幾個(gè)問題：電氣性能相互匹配問題、信號(hào)耦合方式問題、時(shí)序配合以及相互干擾等問題。單元電路之間的電氣性能相互匹配問題主要包括：阻抗匹配、線性范圍匹配、負(fù)載能力匹配、高低電平匹配等。信號(hào)的耦合方式包括四種：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合和光電耦合。時(shí)序配合是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，為確定每個(gè)系統(tǒng)所需的的時(shí)序，必須對系統(tǒng)各個(gè)單元電路的信號(hào)進(jìn)行仔細(xì)的分析，畫出各波形的波形關(guān)系圖時(shí)序圖，確定出保證系統(tǒng)正常工作的信號(hào)時(shí)序，然后提出實(shí)現(xiàn)

23、該時(shí)序的措施。本設(shè)計(jì)因?yàn)橹淮嬖跀?shù)字地，沒有模擬地，因此級(jí)聯(lián)比較的簡單。采取的措施是：直接將各個(gè)部分進(jìn)行級(jí)聯(lián)。3.2 整體原理圖總體電路圖是電子電路設(shè)計(jì)的結(jié)晶，是重要的設(shè)計(jì)文件，它既是電路安裝和電路板制作等工藝設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是電路實(shí)驗(yàn)和維修時(shí)不可缺少的文件?？傮w電路涉及的方面和問題很多，不可能一次畫出來而不存在任何問題，未通過實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，不能算是正式的總體電路圖，而只能是一個(gè)總體電路草圖。繪制總體電路圖應(yīng)注意：合理布局元器件、盡量把總體電路畫在一張紙上、電路中各元器件必須采用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖形符號(hào)如使用GB/T4728電氣簡圖用圖形符號(hào)。在Protel 99 SE 繪圖軟件下繪制多功能數(shù)字電

24、子鐘總電路圖，如附錄1所示。3.3 原理說明整個(gè)電路圖由基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生（1Hz）、計(jì)時(shí)電路、譯碼顯示部分、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路五個(gè)部分。當(dāng)晶振產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過分頻器的分頻后輸入計(jì)時(shí)部分，經(jīng)過譯碼顯示將其數(shù)字化，并且由校時(shí)電路控制各計(jì)數(shù)部分的個(gè)位和1Hz方波，正點(diǎn)前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的設(shè)計(jì)。四、數(shù)字電子鐘的仿真借助Multisim 2001 和Proteus 軟件對電路進(jìn)行仿真。Multisim 2001 軟件是EWB 軟件的最新版本，專門用于電路仿真，是迄今為止使用最方便、最直觀的仿真軟件，增加了大量的PLC 元件模型，可以仿真更復(fù)雜的數(shù)字電路，在保留了EW

25、B 形象直觀等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，大大增強(qiáng)了軟件的仿真測試和分析功能，大大擴(kuò)充了元件庫中的元件的數(shù)目，特別是增加了大量與實(shí)際元件對應(yīng)的元件模型，使得仿真設(shè)計(jì)的結(jié)果更精確、更可靠、更具有實(shí)用性。Proteus 軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA 工具一樣的原理布圖、PCB 自動(dòng)或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，它的電路仿真是互動(dòng)的，針對微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級(jí)的實(shí)時(shí)調(diào)試。4.1 秒脈沖產(chǎn)生電路仿真利用Multisim 2001 對脈沖產(chǎn)生電路進(jìn)行了仿真，仿真電路如圖4.1 所示。該電路用于產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖信號(hào)，因

26、此對于波形的頻率穩(wěn)定性較高，若選用555 芯片則無法滿足這一要求，因此選用選用選頻特性很好的石英晶體構(gòu)成振蕩器，輸出穩(wěn)定的脈沖波形。理論上，晶振附近的電容一般取1530pF，本電路選用常用的22pF電容。圖4.1 秒脈沖產(chǎn)生電路仿真4.2 秒、分、時(shí)電路的仿真 Proteus 軟件的強(qiáng)大仿真功能，使得仿真設(shè)計(jì)的結(jié)果更精確、更可靠、更具有實(shí)用性，且包含了時(shí)鐘電源，計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路中所有的元器件，因此利用了Proteus 7 Professional對秒、分、時(shí)電路電路進(jìn)行了仿真，仿真電路如圖4.2 所示。該電路能準(zhǔn)切的顯示時(shí)間。圖4.2 秒、分、時(shí)電路仿真4.3校時(shí)電路的仿真利用了Prote

27、us 7 Professional對該電路進(jìn)行了仿真。當(dāng)斷開開關(guān)K3時(shí)，電路進(jìn)入校時(shí)狀態(tài)。通過開關(guān)K1、K2可分別對小時(shí)和分鐘單獨(dú)校時(shí)，對分鐘校時(shí)的時(shí)候，最大分鐘不向小時(shí)進(jìn)位。校時(shí)的方式為自動(dòng)快速調(diào)整和手動(dòng)調(diào)整。仿真電路如圖4.3.1，圖4.3.2所示。從二圖中可看出對分鐘校時(shí)的時(shí)候，最大分鐘不會(huì)向小時(shí)進(jìn)位。圖4.3.1 校時(shí)電路的仿真圖4.3.2 校時(shí)電路的仿真4.4整點(diǎn)報(bào)警電路的仿真利用了Proteus 7 Professional對整點(diǎn)報(bào)警電路進(jìn)行了仿真，仿真電路如圖5.4.1和圖5.4.2所示。由圖可知當(dāng)分的顯示為59，秒的十位為5，秒的個(gè)位為奇數(shù)時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音，而其它時(shí)候不會(huì)。

28、圖4.4.1 整點(diǎn)報(bào)警電路的仿真圖4.4.2 整點(diǎn)報(bào)警電路的仿真 五、心得與體會(huì)在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過程中，更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。本次設(shè)計(jì)共分五大部分：第一部分是秒脈沖計(jì)數(shù)器，其中主要設(shè)計(jì)了晶體振蕩器、分頻器電路；第二部分是計(jì)數(shù)器，其中主要介紹了74LS161，由74LS161構(gòu)成秒、分的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，小時(shí)的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器及其原理；第三部分是譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路，其中主要設(shè)計(jì)了74LS48譯碼器和LED七段顯示器的組成；第四部分是校時(shí)電路，其中主要包括了校時(shí)電路圖及原理；第五部分是整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路，其中主要包括了整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路圖及原理。這次設(shè)計(jì)是和同學(xué)一起討論研究的，在此感謝他們對我的幫助，感覺到團(tuán)隊(duì)的力量的偉大。由于這學(xué)期在數(shù)字電子技術(shù)的課上學(xué)了計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)，所以計(jì)數(shù)模塊對我來說很容易。每個(gè)模塊都參與了，完成的時(shí)候很高興。每次課程設(shè)計(jì)是一次難得的鍛煉機(jī)會(huì)，讓我們能夠充分利用所學(xué)過的理論知識(shí)還有自己的想象的能力，另外還讓我們學(xué)習(xí)查找資料的方法，以及自己處理分析電路，設(shè)計(jì)電路的能力。我相信是對我的一個(gè)很好的提高。平時(shí)在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的時(shí)候，我們應(yīng)該更注重實(shí)踐。這次的課程設(shè)計(jì)讓我懂得了它們在實(shí)際中的用途，還有我