數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　1 試用中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)并制作一個(gè)數(shù)字鐘。 </p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　時(shí)間以24小時(shí)為一個(gè)周期；</p><p><b>　　顯示時(shí)、分、秒；</b><

2、;/p><p>　　具有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；</p><p><b>　　具有鬧鈴功能；</b></p><p>　　為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。</p><p>　　⑥ 畫(huà)出電路原理圖（或仿真電路圖）；</p><p>　　⑦

3、元器件及參數(shù)選擇；</p><p>　?、?電路仿真與調(diào)試；</p><p>　?、?PCB文件生成與打印輸出。</p><p>　　三、數(shù)字鐘的工作原理</p><p>　　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)鐘相比具有較高的準(zhǔn)確性和直觀性，無(wú)機(jī)械裝置，具有更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。</p>

4、<p>　　數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包含了組合邏輯電路和時(shí)序電路。目前，數(shù)字鐘的功能越來(lái)越強(qiáng)，并且有多種專(zhuān)門(mén)的大規(guī)模集成電路可共選擇。</p><p><b>　　2 原理框圖</b></p><p><b>　　原理圖如下：</b></p><p>　　時(shí)顯示器 分顯示器

5、 秒顯示器</p><p>　　時(shí)譯碼器 分譯碼器 秒譯碼器 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</p><p>　　時(shí)計(jì)數(shù)器 分計(jì)數(shù)器 秒計(jì)數(shù)器</p><p>　　校時(shí)電路 分頻器 振蕩器 </p><p><b>　　數(shù)字鐘的原理框圖</b></p>

6、;<p><b>　　四、 單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1 振蕩器</b></p><p>　　振蕩器是計(jì)時(shí)器的核心，主要用來(lái)生產(chǎn)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，也稱(chēng)為時(shí)基信號(hào)。數(shù)字鐘的精度，主要取決于時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率及穩(wěn)定度。振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)的精度就越高，但耗電量將增大。一般采用石英晶體振蕩器經(jīng)過(guò)分頻后得到這一信號(hào)，

7、也采用由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。</p><p><b>　　石英晶體振蕩電路</b></p><p>　　由石英晶體、微調(diào)電容、反相器等構(gòu)成。晶振頻率為 10 kHz，輸出反饋電阻R 為非門(mén)提供偏置，使電路工作于 放大區(qū)，非門(mén)U2是振蕩器整形緩沖級(jí) 與石英晶體串聯(lián) 的微調(diào)電容，可以對(duì)振蕩器頻率做微量調(diào)節(jié)，從而在輸出 端得到較穩(wěn)定的1O

8、kHZ脈沖信號(hào)</p><p>　　石英晶體振蕩器原理圖如下：</p><p><b>　　石英晶體振蕩器</b></p><p>　　圖中，門(mén)1、門(mén)2時(shí)反相器，門(mén)1用于振蕩，門(mén)2用于緩沖整形。RF為反饋電阻（10-100M），反饋電阻的作用是為CMOS反向器提供偏置，使其工作在放大狀態(tài)。C1可對(duì)振蕩器頻率作微量調(diào)整，C1一般采用5-35PF半

9、可調(diào)電容。G2是溫度特性校正用的電容，一般取20-405平方，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180度相移。</p><p><b>　　2 分頻器</b></p><p>　　振蕩器產(chǎn)生的時(shí)基信號(hào)通常頻率都很高，要使它成為能用過(guò)來(lái)計(jì)時(shí)的“秒”信號(hào)，需由分頻器來(lái)完成。分頻器的級(jí)數(shù)和每級(jí)的分頻次數(shù)要根據(jù)時(shí)基頻率來(lái)決定。例如，目

10、前石英電子鐘多采用32768HZde時(shí)標(biāo)信號(hào)，將此信號(hào)經(jīng)過(guò)15級(jí)即可得到周期為1S的“秒”信號(hào)。也可選用其他頻率的時(shí)基信號(hào)，確定好分頻次數(shù)后再選選擇合適的集成電路。</p><p>　　石英晶體振蕩器產(chǎn)生的32768Hz時(shí)標(biāo)信號(hào)進(jìn)行15分頻。選用14為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器\分頻器CMOS集成電路cc4060，由它可以得到14分頻的信號(hào)。再將TTL集成電路74LS74雙D觸發(fā)器鐘的一個(gè)觸發(fā)器結(jié)成計(jì)數(shù)器型，完成第15級(jí)分頻，

11、即可得到周期為1s的沖信號(hào)。</p><p>　　振蕩器與分頻器連接電路和cc4060引腳排列下圖：</p><p>　　cc4060組成的振蕩器與分頻器連接電路</p><p><b>　　3 計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　數(shù)字鐘的“秒”、“分”信號(hào)產(chǎn)生電路都是由六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成，“時(shí)”信號(hào)產(chǎn)生電路由二十四進(jìn)

12、制計(jì)數(shù)器構(gòu)成?！懊搿焙汀胺帧庇?jì)數(shù)器用兩塊十進(jìn)制計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)很容易的，它們的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制，這樣，符合人們通常計(jì)數(shù)的習(xí)慣。“時(shí)”計(jì)數(shù)也可以用兩塊十進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，只要做成二十四進(jìn)制。上述計(jì)數(shù)器課用反饋清零法來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　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、妙計(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)模集成電路十進(jìn)制計(jì)數(shù)器至少需

13、要兩片?！懊搿眰€(gè)位的計(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)是由秒計(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，其技術(shù)規(guī)律為00-01-0…-58-59-00…，當(dāng)計(jì)滿(mǎn)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cc4518，cc4518的引腳排列。</p><p>　　cc

14、4518引腳排列</p><p>　　采用反饋清零的方法實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器見(jiàn)下圖，“時(shí)”計(jì)數(shù)器是二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路，也可選用一片cc4518采用反饋清零的方法實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制，見(jiàn)下圖：</p><p><b>　　二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器</b></p><p><b>　　4 譯碼顯示器</b></p><

15、p>　　計(jì)數(shù)器的譯碼顯示均采用BCD七段顯示譯碼器，顯示器采用共陰極的七段顯示數(shù)碼管。</p><p>　　譯碼顯示電路的功能是將“時(shí)”、“分”“秒”計(jì)數(shù)器輸出的4為二進(jìn)制代碼翻譯并顯示相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)的狀態(tài)，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BS201/202，則譯碼顯示電路課采用CC4511BCD七段譯碼驅(qū)動(dòng)器。其引腳排列見(jiàn) </p><p>　　c

16、c4511引腳排列</p><p><b>　　5 校時(shí)電路</b></p><p>　　在剛開(kāi)機(jī)接通電源和計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。校“時(shí)”電路的基本原理是將周期為0.5s的脈沖信號(hào)直接引進(jìn)“時(shí)”計(jì)數(shù)器，同時(shí)將“分”</p><p>　　計(jì)數(shù)器清零，讓“時(shí)”計(jì)數(shù)器快速計(jì)數(shù)，在“時(shí)”的指示達(dá)到需要的數(shù)字后，切斷0.5s的脈沖信號(hào)。

17、?！胺帧彪娐芬舶创朔椒ㄟM(jìn)行。輸入“秒”計(jì)數(shù)器的校正信號(hào)也是周期為0.5s的脈沖信號(hào)，使“秒”信號(hào)比正?？煲槐?，以便實(shí)現(xiàn)“秒”</p><p><b>　　校準(zhǔn)。</b></p><p><b>　　校時(shí)電路見(jiàn)下圖</b></p><p><b>　　校時(shí)電路</b></p><p&

18、gt;　　3個(gè)控制開(kāi)關(guān)S1、S2、S3分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)"時(shí)"、"分"、秒"的標(biāo)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)3個(gè)門(mén),所以"時(shí)"、"分"、"秒"計(jì)數(shù)器按正常計(jì)數(shù).</p><p>　　當(dāng)按下S1至"校時(shí)"位置時(shí),S1閉合,門(mén)3打開(kāi),由分頻器CC

19、4060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。</p><p>　　當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S2至“校分”位置時(shí)，和“校時(shí)”的原理一樣，將0.5s的脈沖信號(hào)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)，同時(shí)將“秒”計(jì)數(shù)器置0?！胺帧毙?zhǔn)后，放開(kāi)開(kāi)關(guān)。<

20、/p><p>　　“秒”校準(zhǔn)開(kāi)關(guān)控制著一個(gè)RS觸發(fā)器（實(shí)際電路可用雙觸發(fā)器74LS74集成塊中的一個(gè)D觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的RS功能）的狀態(tài)。當(dāng)S3處于正常位置時(shí)觸發(fā)器置“1”，非Q端輸出低電平，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)數(shù)。當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S3至“校時(shí)”位置，則觸發(fā)器置“0”，Q端輸出低電平，關(guān)閉門(mén)7，Q非端輸出高電平，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)，

21、“秒”計(jì)數(shù)器快速計(jì)時(shí)，待“秒”校準(zhǔn)后，開(kāi)放開(kāi)關(guān)S3，使其回復(fù)正常位置。</p><p><b>　　6 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</b></p><p>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)是最基本的功能之一。此電路要求每當(dāng)“分”和“秒”計(jì)數(shù)器計(jì)到59分50秒時(shí)，使自動(dòng)驅(qū)動(dòng)音響電路，在10s內(nèi)自動(dòng)發(fā)出5次響聲。要求每隔1s響一次，每次持續(xù)時(shí)間為1s，共響5次，并且前4次為低音，最后一響為高音，此時(shí)計(jì)數(shù)

22、器正好為整點(diǎn)（“0”分“0”秒）。</p><p>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路見(jiàn)下圖，包括控制電路和音響電路兩部分。</p><p><b>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</b></p><p>　　第一部分為控制門(mén)電路部分。當(dāng)“分”和“秒”計(jì)數(shù)器到59分50秒時(shí)，從59分50秒到59分59秒之間，只有“秒”個(gè)位在計(jì)數(shù)，而“秒”的十位，“分”的個(gè)位，“分”的十位中C

23、=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和門(mén)16。在每小時(shí)的最后10s內(nèi)C=1。門(mén)15輸入端加有頻率2084Hz的信號(hào)B（可取自分頻器CC4060的Q4端），同時(shí)又受Qd1和Qa1的控制，即C 在59s時(shí)，Qd1Qa1=1，門(mén)16被關(guān)閉，門(mén)15打開(kāi)，B信號(hào)通過(guò)們15；門(mén)16輸入端加有頻率1024Hz的信號(hào)A（可取自分頻率CC4060的Q5端

24、），同時(shí)又受非Qd1和Qa1的控制，即C在51s、53s、57s時(shí)，非Qd1Qa1C=1，門(mén)15被關(guān)閉，門(mén)16打開(kāi)，4信號(hào)通過(guò)門(mén)16.則Z=Qd1Qa1CB+非Qd1Qa1CA，即可實(shí)現(xiàn)前四響為1024Hz的低聲，后一響為2048Hz的高音，最</p><p>　　后一響完畢正好整點(diǎn)。</p><p>　　第二部分為音響電路部分。該電路選用射及跟隨器，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)生。三極管選用高頻小功率3

25、DG4，三極管基極串聯(lián)2k限流電阻是為了防止電流過(guò)大燒壞揚(yáng)聲器。報(bào)時(shí)所需的2048Hz和1024Hz音頻信號(hào)，分別取自音頻電路。</p><p><b>　　五、總電路原理圖</b></p><p><b>　　六、電子元件清單</b></p><p>　　七、課程設(shè)計(jì)總結(jié)及心得</p><p>　

26、　這次設(shè)計(jì)讓我真正體會(huì)到了書(shū)本知識(shí)永遠(yuǎn)是基礎(chǔ)，而基礎(chǔ)正是你向高層次邁進(jìn)的扎實(shí)階梯，沒(méi)有這個(gè)基礎(chǔ)，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的騰飛。在實(shí)踐當(dāng)中，靈活運(yùn)用書(shū)本上所講的知識(shí)，萬(wàn)變不離其中，只有扎實(shí)掌握了核心的方法，才有可能做到活用巧用。</p><p>　　通過(guò)這次對(duì)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，對(duì)數(shù)字電路又有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，溫習(xí)了以前學(xué)的知識(shí)，就像人們所說(shuō)的溫故而知新！也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念，要

27、設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)?，再?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無(wú)法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒?。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出我們適合的設(shè)計(jì)方法。 通過(guò)這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解，所以說(shuō)，坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際操作才能過(guò)真正了解它的內(nèi)涵及應(yīng)用，更好的運(yùn)用自己所學(xué)的知識(shí)創(chuàng)造財(cái)富。

28、</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　賈秀美，數(shù)字電路實(shí)踐技術(shù)（第一版）.中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，20002、王毓銀，脈沖與數(shù)字電路（第三版）.高等教育出版社，19993、路勇，電子電路實(shí)踐及仿真（第一版）.清華大學(xué)出版社，20044、趙寶經(jīng)，中國(guó)集成電路大全CMOS集成電路（第一版）. 國(guó)防工業(yè)出版社，1985</p>

29、<p>　　5、岳怡，數(shù)字電路與數(shù)字電子技術(shù)（第一版）.西北工業(yè)大學(xué)出版社，20016、劉常澍，數(shù)字邏輯電路（第一版）.國(guó)防工業(yè)出版社，20027、蕭寶瑾，protel 99 SE作指導(dǎo)與電路設(shè)計(jì)實(shí)例（第一版）.太原理工大學(xué)，2004</p><p>　　8、秦曾煌：《電工學(xué)》第七版，高等教育出版社,2009</p><p>　　9、傅曉林：《電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)使用教程，