數(shù)字電子鐘畢業(yè)設(shè)計

1、1.數(shù)字鐘的組成和基本工作原理數(shù)字鐘的組成和基本工作原理數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率進行計數(shù)的計數(shù)電路。它的計時周期是24小時，由于計數(shù)器的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致所以采用校準(zhǔn)功能和報時功能。數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、校準(zhǔn)電路、報時電路、時計數(shù)、分計數(shù)、秒計數(shù)器，振蕩電路和單次脈沖產(chǎn)生電路組成。其中電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時”、“分”、“秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校準(zhǔn)電路、整點報時電路組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)

2、的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現(xiàn)，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用60進制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個時脈沖信號，該信號將被送到時計數(shù)器。時計數(shù)器采用24進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的計時。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)通過顯示驅(qū)動電路，七段顯示譯碼

3、器譯碼，在經(jīng)過六位LED七段顯示器顯示出來。整點報時電路時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)低、高音報時。校準(zhǔn)電路時用來對“時”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整的。如圖1所示多功能數(shù)字鐘的組成框圖。譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動時十位計數(shù)分頻器電路分頻器電路振蕩器電路譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動時個位計數(shù)分十位計數(shù)分十位計數(shù)秒十位計數(shù)秒十位計數(shù)校時電路校分電路圖1數(shù)字鐘組成框圖32.設(shè)計步驟與方法設(shè)計步驟與方法

4、2.1振蕩電路振蕩電路晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定。如圖2所示電路通過非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，這個電路中，非門U1與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，U2實現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電阻R1為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容C1、C2與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時

5、提供了一個180度相移，從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。晶體XTAL1的頻率選為32768Hz。其中C1的值取5~20pF，C2為30pF。C1作為校正電容可以對溫度進行補償，以提高頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。由于電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為10MΩ。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。圖2振蕩電路圖2.2分頻器電路分頻器電路由數(shù)字鐘的晶

6、體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1Hz的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進行分頻。實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路，一般采用多級2進制計數(shù)器來實現(xiàn)。例如，將32767Hz的振蕩信號分頻為1Hz的分頻倍數(shù)為32767（2１５），即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當(dāng)于15極2進制計數(shù)器。本實驗中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。CD4060計數(shù)為最高

7、為14級2進制計數(shù)器，首先由U1(CD4060)的Q14(第3腳)產(chǎn)生2Hz的振蕩信號然后由二進制計數(shù)器CD4040和兩個U3A(74LS20)U3B(74LS20)組成120計數(shù)器分頻從U3B的輸出端輸出一個的分脈沖作為分鐘計數(shù)器的分鐘信號按鍵開關(guān)S作為分鐘調(diào)時有手動脈沖開關(guān)每按動一次從U3B的輸出端輸出一個脈沖同時U2的Q1管腳輸出秒脈沖信號驅(qū)動發(fā)光二極管LED1LED2作為秒指示(因為2Hz的信號經(jīng)1位二進制計數(shù)器分頻后為1Hz)