畢業(yè)論文---數(shù)字鐘設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.引言2</b></p><p>　　2. 系統(tǒng)設(shè)計方案3</p><p>　　2.1設(shè)計目的：3</p><p>　　2.2功能要求：3</p><p><b>　　2.3設(shè)計思路

2、3</b></p><p>　　2.3模塊方案的論證與比較4</p><p>　　2.3.1 信號發(fā)生電路振蕩器的選擇4</p><p>　　2.3.2計數(shù)電路的芯片選擇4</p><p>　　2.3.3 整點提示電路蜂鳴器選擇5</p><p>　　3.系統(tǒng)總體設(shè)計5</p>

3、<p><b>　　3.1總體設(shè)計5</b></p><p>　　3.2 單元設(shè)計電路6</p><p>　　3.2.1信號發(fā)生模塊6</p><p>　　3.2.2計數(shù)模塊7</p><p>　　3.2.3校時、校分模塊9</p><p>　　3.2.4 整點提醒模塊10

4、</p><p><b>　　4.設(shè)計總結(jié)11</b></p><p><b>　　5.參考文獻(xiàn)12</b></p><p><b>　　6.附錄13</b></p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　

5、現(xiàn)代社會是一個數(shù)字時代，“數(shù)字”滲透于生活的方方面面，接下來，我們就以數(shù)字時鐘為例，說一說“數(shù)字”為生活帶來的便利。數(shù)字時鐘就是以數(shù)字顯示來取代傳統(tǒng)的指針表盤，在原理上，就是用數(shù)字電路的方式取來機(jī)械方式。數(shù)字時鐘的顯示方式，相比于傳統(tǒng)的時鐘，更加的一目了然，而且可以同時顯示 24進(jìn)制的小時，并且能夠進(jìn)行定時，整點報時。所以，數(shù)字時鐘更加適合現(xiàn)代生活。</p><p>　　目前的數(shù)字鐘已經(jīng)發(fā)展的很成熟了，所以接下來

6、，我以學(xué)習(xí)的心態(tài)，設(shè)計一個數(shù)字時鐘電路，希望有助于大家對數(shù)字時鐘的理解。</p><p><b>　　2. 系統(tǒng)設(shè)計方案</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計目的</b></p><p>　　設(shè)計一個數(shù)字時鐘，使其具有基本功能和一些擴(kuò)展功能，基本功能包括 時間顯示和校時，擴(kuò)展功能包括整點提示。計時功能、校時功能、

7、和整點提示功能，都要依靠振蕩器提供的1HZ的脈沖信號來實現(xiàn)，在計時出現(xiàn)誤差的時候，可以對時、分進(jìn)行調(diào)校，秒不需要校正。</p><p><b>　　2.2功能要求</b></p><p>　　基本功能：⑴時的計時要求為24進(jìn)制，分和秒為60進(jìn)制。</p><p>　　⑵以數(shù)字形式顯示 時、分、秒</p><p><

8、b>　?、切Ｕ龝r間</b></p><p>　　擴(kuò)展功能：整點前10秒提示</p><p><b>　　2.3設(shè)計思路</b></p><p>　　圖1 數(shù)字時鐘設(shè)計概念圖</p><p>　　如圖1所示，本設(shè)計中的時鐘將由顯示電路，時鐘電路，電源，控制電路組成，其中，時鐘電路由信號發(fā)生電路、計數(shù)電

9、路和整點提示電路組成，控制電路主要就是對校時信號和正常信號進(jìn)行切換。</p><p>　　2.3模塊方案的論證與比較</p><p>　　2.3.1 信號發(fā)生電路振蕩器的選擇</p><p>　　方案一：晶體振蕩器和分頻電路。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。但是這種電路分頻過程比較復(fù)雜繁瑣。</p><p&

10、gt;　　方案二：555振蕩器。一般來說555產(chǎn)生的脈沖不是很穩(wěn)定，所以會影響時鐘的精度。但是555振蕩器構(gòu)成信號發(fā)生電路的過程比較簡單。</p><p>　　本設(shè)計中的數(shù)字鐘，目標(biāo)是要應(yīng)用在壁掛式裝飾用時鐘上，對精度的要求不是很高，基于設(shè)計簡單的考慮，選擇方案二。</p><p><b>　　計數(shù)電路的芯片選擇</b></p><p>　　方

11、案一: 74LS192芯片。74LS192即可做成加調(diào)整控制電路，也可以做成減控制電路。所以，74LS192的功能可以完成本次設(shè)計目標(biāo)，但如果不設(shè)計減計數(shù)的話則有許多多余管腳，使用復(fù)雜。</p><p>　　方案二：74LS160芯片。 74LS160相對于74LS192等芯片來說，功能較少，只可做成加調(diào)整控制電路，無法實現(xiàn)減調(diào)整功能，但其使用簡單。</p><p>　　方案三：74LS9

12、0芯片。74LS90芯片的控制方式簡單，但其缺點是由于控制方式過少，在稍復(fù)雜的要求下電路就難以應(yīng)對多種功能需求。</p><p>　　比較以上三種主要設(shè)計芯片，使用74LS192多余管腳過多，而74LS90的控制功能又過少。而且本電路中，只設(shè)計加調(diào)整，故采用74LS160芯片足夠了。所以最終決定使用74LS160來完成各個功能模塊的設(shè)計和實現(xiàn)。</p><p>　　2.3.3 整點提示電

13、路蜂鳴器選擇</p><p>　　方案一：壓控蜂鳴器。只要在壓控蜂鳴器的兩端加上電壓，即可使蜂鳴器發(fā)出鳴叫。</p><p>　　方案二：脈沖蜂鳴器。當(dāng)脈沖信號通過脈沖蜂鳴器時，蜂鳴器會發(fā)出有節(jié)奏的鳴叫。</p><p>　　在本設(shè)計中，脈沖蜂鳴器發(fā)出的有節(jié)奏的鳴叫，可以和秒表的變化的相協(xié)調(diào)，整點提示將會更加生動，貼切，所以選擇方案二。</p><

14、;p><b>　　3.系統(tǒng)總體設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1總體設(shè)計</b></p><p>　　圖2 數(shù)字鐘整體流程圖</p><p>　　經(jīng)過分析論證，我們決定了系統(tǒng)各模塊的最終方案，流程圖如圖2所示，首先由555振蕩器產(chǎn)生數(shù)字鐘的秒脈沖信號，當(dāng)秒計數(shù)器累計到60秒時產(chǎn)生一個進(jìn)位信號給分計數(shù)器

15、，當(dāng)分計數(shù)器累計到60秒時產(chǎn)生一個進(jìn)位信號給時計數(shù)器，這樣就實現(xiàn)24小時計數(shù)。</p><p>　　本設(shè)計中，用6個7ESG-BCD數(shù)碼管來顯示數(shù)字；用6片74LS160和一些門電路來構(gòu)成計時電路；用一些門電路和開關(guān)構(gòu)成校時裝置和校分裝置，校時和校分裝置主要是通過控制數(shù)字鐘的正常輸入信號和校正信號來實現(xiàn)調(diào)節(jié)的；整點提醒裝置用蜂鳴器和一些門電路來構(gòu)成。</p><p>　　3.2 單元設(shè)計電

16、路 </p><p>　　3.2.1信號發(fā)生模塊</p><p>　　圖3 555多諧振蕩器構(gòu)成的信號發(fā)生模塊</p><p>　　如圖3所示，用555多諧振蕩器構(gòu)成秒脈沖信號發(fā)生模塊。振蕩器是整個數(shù)字鐘的核心部分，振蕩器的穩(wěn)定性和頻率的精度取決了數(shù)字鐘計時的準(zhǔn)確程度，根據(jù)公式f=1.43/[(R1+2*R2)*C]算出產(chǎn)生1HZ的秒沖時所需原器件的參數(shù)。<

17、/p><p><b>　　3.2.2計數(shù)模塊</b></p><p>　　計數(shù)器是一種輸入脈沖信號的時序電路，輸入信號被計數(shù)就是時序電路的時鐘脈沖，他不但可以計數(shù)，而且可以完成其他的特定的邏輯功能，比如數(shù)字運算、定時控制等等。</p><p>　　數(shù)字時鐘的計數(shù)電路是用兩個60進(jìn)制的計數(shù)電路和一個24進(jìn)制的計數(shù)電路實現(xiàn)的，數(shù)字鐘的計數(shù)電路清零方法是

18、同步清零，當(dāng)計數(shù)器正常工作時，反饋門不起作用，只有當(dāng)進(jìn)位脈沖到來時，反饋信號將計數(shù)器電路清零，實現(xiàn)相應(yīng)的循環(huán)計數(shù)。</p><p>　　在60進(jìn)制的計數(shù)電路中，當(dāng)計時器從01、02、03、…、59計數(shù)時，個位正常的進(jìn)位、清零，反饋門不起作用，當(dāng)?shù)?0個脈沖到來時，個位進(jìn)位清零，十位在反饋門的作用下清零，實現(xiàn)模為60的循環(huán)計數(shù)。</p><p>　　在24進(jìn)制的計數(shù)電路中，當(dāng)計數(shù)器從01、0

19、2、03、…23計數(shù)時，反饋門不起作用，而當(dāng)?shù)?4個脈沖信號到來時，計數(shù)器在反饋門的作用下同步清零，實現(xiàn)模為24的循環(huán)計數(shù)。</p><p>　?、帕M(jìn)制分、秒計數(shù)器</p><p>　　圖4 60進(jìn)制計數(shù)電路</p><p>　　如圖4所示，用兩片74LS160和一個與非門接成六十進(jìn)制的的計數(shù)器，個位芯片的進(jìn)位輸出管腳和十位上芯片的ENP、ENT管腳相連。另外

20、，個位和十位上芯片的計數(shù)輸入管腳都接上信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號。然后將十位上芯片的Q1、Q2通過與非門連到MR清零端，這樣就構(gòu)成了六十進(jìn)制的計數(shù)器。當(dāng)計數(shù)器的個位計數(shù)到10時會向十位進(jìn)一，當(dāng)計數(shù)器的十位到6時，計數(shù)器將會被清零，同時會將這個信號接到下一級計數(shù)器的計數(shù)輸入上，讓下一級計數(shù)器計數(shù)一次。 </p><p>　　下面對主要的元件74LS160進(jìn)行介紹： </p><p>　　(a)74

21、LS160是十進(jìn)制同步計數(shù)器，它的清除是異步的，當(dāng)清除端MR為低電平時，不管時鐘端CP狀態(tài)如何都可完成清零功能；</p><p>　　(b)另外，它的計數(shù)是同步的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。當(dāng)CEP、CET均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0-Q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰；</p><p>　　(c)74LS160有超前進(jìn)位的功能，當(dāng)計數(shù)溢出時，進(jìn)位輸出端（

22、TC）輸出一個高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。</p><p>　　(d)74LS160在不外加門電路的情況下，可以級聯(lián)成N位同步計數(shù)器。</p><p><b>　?、贫倪M(jìn)制計數(shù)器</b></p><p>　　圖5 24進(jìn)制計數(shù)電路</p><p>　　如圖5所示，用兩片74LS160和一個與非門接成二十四進(jìn)

23、制的計數(shù)器，個位上芯片的進(jìn)位輸出管腳和十位上芯片的ENP、ENT管腳相連，另外，個位上芯片的Q2和十位上的Q2通過一個與非門連到個位上芯片的MR清零端，這樣就構(gòu)成二十四進(jìn)制計數(shù)器。當(dāng)計數(shù)器的個位計數(shù)到10時會向十位進(jìn)一；當(dāng)計數(shù)器的十位到2，而個位到4時，計數(shù)器將會清零。</p><p>　　3.2.3校時、校分模塊</p><p>　　校時、校分電路的作用是：當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者出現(xiàn)誤差時

24、，校正時間，這是數(shù)字時鐘的基本功能。為了簡單，在此設(shè)計者中只進(jìn)行小時和分的校時。</p><p>　　在校正時間時，應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。</p><p>　　圖6 校時、校分電路</p><p>　　圖6所示即為用彈性的單刀雙擲開關(guān)和兩個非門實現(xiàn)的時或分校時電路，圖中，IN1端與正常的輸入信號

25、相連；IN2端與校正信號相連，校正信號可直接取自555振蕩器產(chǎn)生的1Hz信號；輸出端則與分或時計時輸入端相連。</p><p>　　一般情況下，開關(guān)向上打開，正常輸入信號可以順利通過，這時電路處在正常狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)打向下時，正常信號斷開，校正信號可以通過，這時校時電路處于校時狀態(tài)，我們可以通過校正信號來改變數(shù)字顯示。為了防止，正常信號和校正信號在通斷的時候，產(chǎn)生的脈沖信號，對輸入信號產(chǎn)生影響，所以在正常輸入信號和開

26、關(guān)間加裝了兩個非門。 </p><p>　　顯然，這樣的校正電路需要兩個，校分電路跟校時電路同理。</p><p>　　3.2.4 整點提醒模塊</p><p>　　根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)該具有整點報時裝置。報時器選蜂鳴器為電聲器件，蜂鳴器是一種脈沖電聲器件，當(dāng)有脈沖通過蜂鳴器時就會發(fā)出鳴叫聲。</p><p>　　圖7 整點提示電路<

27、/p><p>　　如圖7所示，將分計數(shù)器十位的Q2和Q0，分計數(shù)器個位的Q3和Q0，秒計數(shù)器十位的Q2和Q0，分別和與非門U9的輸入管腳1、2、3、4、5、6、12相連，信號發(fā)生電路輸出的脈沖信號接入與非門U9的輸入管腳11相連，與非門U9的輸入管腳12接入5V電源。與非門U9的輸出端接到接到蜂鳴器上，這樣就形成了整點報時系統(tǒng)。分計數(shù)器和秒計數(shù)器計數(shù)到59分50秒至59分59時，與非門U9的輸入管腳1、2、3、4、5

28、、6、12接入的都是高電平，管腳11接入的是脈沖信號，這時，U9的輸出端輸出的也是脈沖信號，所以蜂鳴器將會發(fā)出鳴叫。 </p><p><b>　　4.設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計的設(shè)計完成過程中涉及到電路分析、數(shù)字電路、算法的設(shè)計等學(xué)科專業(yè)的知識。在選擇各個模塊的主要構(gòu)件時，需對各種芯片及系統(tǒng)板的結(jié)構(gòu)、功能有全面的了解。在通過本次設(shè)計，使我對本科階段

29、的各門主干課程有了全面的鞏固，極大了提高了自己的動手能力。</p><p>　　本數(shù)字鐘設(shè)計并不完善，存在諸多可改進(jìn)完善的地方：本設(shè)計中，只可進(jìn)行加調(diào)整，不能進(jìn)行減調(diào)整，若要做成減調(diào)整功能，則在最開始的芯片選擇中選用有減調(diào)整功能的芯片，并改進(jìn)控制電路。另外，本設(shè)計中，數(shù)字時鐘在校正時間的時候，沒有減計數(shù)的功能，如果要實現(xiàn)這一功能，應(yīng)在對計數(shù)芯片進(jìn)行重新選擇</p><p>　　在經(jīng)過很長時

30、間辛勞之后對著自己的最終設(shè)計成果，疲憊但開心?；仡欉@段歷程，有以下幾點體會：拿到設(shè)計后，不應(yīng)該盲目的需找資料開始細(xì)節(jié)研究，而應(yīng)該研究資料，理解其設(shè)計原理和思路，再分析本實驗中所要求的功能，對整個數(shù)字鐘設(shè)計有一個總體思路，即總框架。再此基礎(chǔ)上，根據(jù)各個模塊的需要，確定其連接方案。這樣就不需要在后面的設(shè)計中發(fā)現(xiàn)矛盾或不合理之處而返工，且工作效率更高。</p><p>　　在設(shè)計之中，不應(yīng)該閉門造車，而應(yīng)該多和別人交流

31、，聆聽他人的設(shè)計思路，相互討論，可碰撞出思想的火花，得出更優(yōu)越的設(shè)計思路。</p><p>　　最后感謝韋永梅老師，對我這次設(shè)計的悉心指導(dǎo)。</p><p><b>　　5.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]. 康華光,陳大欽,張林.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006 </p><

32、;p>　　[2]. 李漢延.制作LED搖字光棒[J] .電子制作，2009年，10期. 35-38頁.</p><p>　　[3]. 電子電路圖網(wǎng).http://www.cndzz.com</p><p>　　[4]. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）閻石主編；北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　[5]. 模擬電路與數(shù)字電路林捷等編著；人民郵電出版社

33、，2007</p><p>　　[6]. 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）[M].北京:高等教育出版社,2006</p><p>　　[7]. 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，1997</p><p>　　[8]. 邱寄帆.數(shù)字電子技術(shù).北京：人民郵電出版社，2005</p><p>　　[9].張亦華、延明、肖冰主編

34、.數(shù)字邏輯設(shè)計實驗技術(shù)與EDA工具.北京郵電大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[10].滕政勝等. 555定時器的典型應(yīng)用及OrCAD／PSpice仿真. 學(xué)術(shù)期刊《現(xiàn)代電子技術(shù)》，2009年7期 </p><p><b>　　6.附錄</b></p><p>　　附錄1：元器件明細(xì)表：</p><p><