數(shù)字鐘課程設(shè)計

1、<p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1 試用中小規(guī)模集成電路設(shè)計并制作一個數(shù)字鐘。 </p><p><b>　　二、設(shè)計要求</b></p><p>　　時間以24小時為一個周期；</p><p><b>　　顯示時、分、秒；</b><

2、;/p><p>　　具有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間；</p><p><b>　　具有鬧鈴功能；</b></p><p>　　為了保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號。</p><p>　?、?畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；</p><p>　?、?

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)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有較高的準確性和直觀性，無機械裝置，具有更長的使用壽命，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序電路。目前，數(shù)字鐘的功能越來越強，并且有多種專門的大規(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>　　時顯示器 分顯示器

5、 秒顯示器</p><p>　　時譯碼器 分譯碼器 秒譯碼器 整點報時電路</p><p>　　時計數(shù)器 分計數(shù)器 秒計數(shù)器</p><p>　　校時電路 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</b></p><p><b>　　1 振蕩器</b></p><p>　　振蕩器是計時器的核心，主要用來生產(chǎn)時間標準信號，也稱為時基信號。數(shù)字鐘的精度，主要取決于時間標準信號的頻率及穩(wěn)定度。振蕩器的頻率越高，計時的精度就越高，但耗電量將增大。一般采用石英晶體振蕩器經(jīng)過分頻后得到這一信號，

7、也采用由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器作為時間標準信號。</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 為非門提供偏置，使電路工作于 放大區(qū)，非門U2是振蕩器整形緩沖級 與石英晶體串聯(lián) 的微調(diào)電容，可以對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</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1、門2時反相器，門1用于振蕩，門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)生的時基信號通常頻率都很高，要使它成為能用過來計時的“秒”信號，需由分頻器來完成。分頻器的級數(shù)和每級的分頻次數(shù)要根據(jù)時基頻率來決定。例如，目

10、前石英電子鐘多采用32768HZde時標信號，將此信號經(jīng)過15級即可得到周期為1S的“秒”信號。也可選用其他頻率的時基信號，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時標信號進行15分頻。選用14為二進制計數(shù)器\分頻器CMOS集成電路cc4060，由它可以得到14分頻的信號。再將TTL集成電路74LS74雙D觸發(fā)器鐘的一個觸發(fā)器結(jié)成計數(shù)器型，完成第15級分頻，

11、即可得到周期為1s的沖信號。</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 計數(shù)器</b></p><p>　　數(shù)字鐘的“秒”、“分”信號產(chǎn)生電路都是由六十進制計數(shù)器構(gòu)成，“時”信號產(chǎn)生電路由二十四進

12、制計數(shù)器構(gòu)成?！懊搿焙汀胺帧庇嫈?shù)器用兩塊十進制計數(shù)器來實現(xiàn)很容易的，它們的個位為十進制，十位為六進制，這樣，符合人們通常計數(shù)的習慣?！皶r”計數(shù)也可以用兩塊十進制計數(shù)器實現(xiàn)，只要做成二十四進制。上述計數(shù)器課用反饋清零法來實現(xiàn)。</p><p>　　有了秒脈沖信號，則可以按照60s為1min，60min為1h，24h為一天來設(shè)定時、分、妙計數(shù)電路。分和秒計數(shù)器都是模為60的計數(shù)器，采用中規(guī)模集成電路十進制計數(shù)器至少需

13、要兩片。“秒”個位的計數(shù)器的時鐘cp信號是由分頻器提供的周期為1s的脈沖信號，“分”，個位計數(shù)器的cp信號是由秒計數(shù)器提供的進位信號，“分”計數(shù)器的進位信號送至“時”個位計數(shù)器的cp端。它們的個位是十進制計數(shù)器，而十位則是六進制計數(shù)器，其技術(shù)規(guī)律為00-01-0…-58-59-00…，當計滿60時產(chǎn)生一個進位信號。因此，可選用一片雙重BCD加法計數(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現(xiàn)六十進制計數(shù)器見下圖，“時”計數(shù)器是二十四進制計數(shù)器電路，也可選用一片cc4518采用反饋清零的方法實現(xiàn)二十四進制，見下圖：</p><p><b>　　二十四進制計數(shù)器</b></p><p><b>　　4 譯碼顯示器</b></p><

15、p>　　計數(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”、“分”“秒”計數(shù)器輸出的4為二進制代碼翻譯并顯示相應(yīng)的十進制數(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)動器。其引腳排列見 </p><p>　　c

16、c4511引腳排列</p><p><b>　　5 校時電路</b></p><p>　　在剛開機接通電源和計時出現(xiàn)誤差時，都需要對時間進行校正。?！皶r”電路的基本原理是將周期為0.5s的脈沖信號直接引進“時”計數(shù)器，同時將“分”</p><p>　　計數(shù)器清零，讓“時”計數(shù)器快速計數(shù)，在“時”的指示達到需要的數(shù)字后，切斷0.5s的脈沖信號。

17、?！胺帧彪娐芬舶创朔椒ㄟM行。輸入“秒”計數(shù)器的校正信號也是周期為0.5s的脈沖信號，使“秒”信號比正常快一倍，以便實現(xiàn)“秒”</p><p><b>　　校準。</b></p><p><b>　　校時電路見下圖</b></p><p><b>　　校時電路</b></p><p&

18、gt;　　3個控制開關(guān)S1、S2、S3分別用來實現(xiàn)"時"、"分"、秒"的標準.開關(guān)處于正常位置時,分別接高電平,門3、門6、門8被封鎖,校準信號不能通過3個門,所以"時"、"分"、"秒"計數(shù)器按正常計數(shù).</p><p>　　當按下S1至"校時"位置時,S1閉合,門3打開,由分頻器CC

19、4060送來0.5s的脈沖信號直接進入“時”計數(shù)器，使小時指示每0.5s計一個字,達到快速校時的目的,同時0.5s的脈沖信號送入“分”計數(shù)器的置0端，使“分”置0。“時”校準后，放開開關(guān)S1。</p><p>　　當按下開關(guān)S2至“校分”位置時，和“校時”的原理一樣，將0.5s的脈沖信號送入“分”計數(shù)器的CPA端和“秒”計數(shù)器的置0端，使“分”指示快速計數(shù)，同時將“秒”計數(shù)器置0。“分”校準后，放開開關(guān)。<

20、/p><p>　　“秒”校準開關(guān)控制著一個RS觸發(fā)器（實際電路可用雙觸發(fā)器74LS74集成塊中的一個D觸發(fā)器來實現(xiàn)的RS功能）的狀態(tài)。當S3處于正常位置時觸發(fā)器置“1”，非Q端輸出低電平，關(guān)閉門8，Q端輸出高電平，使門7打開，“秒”信號正常進入“秒”計數(shù)器，使時鐘正常計數(shù)。當按下開關(guān)S3至“校時”位置，則觸發(fā)器置“0”，Q端輸出低電平，關(guān)閉門7，Q非端輸出高電平，打開門8，使0.5s的脈沖信號進入“秒”計數(shù)器，此時，

21、“秒”計數(shù)器快速計時，待“秒”校準后，開放開關(guān)S3，使其回復(fù)正常位置。</p><p><b>　　6 整點報時電路</b></p><p>　　整點報時是最基本的功能之一。此電路要求每當“分”和“秒”計數(shù)器計到59分50秒時，使自動驅(qū)動音響電路，在10s內(nèi)自動發(fā)出5次響聲。要求每隔1s響一次，每次持續(xù)時間為1s，共響5次，并且前4次為低音，最后一響為高音，此時計數(shù)

22、器正好為整點（“0”分“0”秒）。</p><p>　　整點報時電路見下圖，包括控制電路和音響電路兩部分。</p><p><b>　　整點報時電路</b></p><p>　　第一部分為控制門電路部分。當“分”和“秒”計數(shù)器到59分50秒時，從59分50秒到59分59秒之間，只有“秒”個位在計數(shù)，而“秒”的十位，“分”的個位，“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，去控制門15和門16。在每小時的最后10s內(nèi)C=1。門15輸入端加有頻率2084Hz的信號B（可取自分頻器CC4060的Q4端），同時又受Qd1和Qa1的控制，即C 在59s時，Qd1Qa1=1，門16被關(guān)閉，門15打開，B信號通過們15；門16輸入端加有頻率1024Hz的信號A（可取自分頻率CC4060的Q5端

24、），同時又受非Qd1和Qa1的控制，即C在51s、53s、57s時，非Qd1Qa1C=1，門15被關(guān)閉，門16打開，4信號通過門16.則Z=Qd1Qa1CB+非Qd1Qa1CA，即可實現(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。</p><p>　　第二部分為音響電路部分。該電路選用射及跟隨器，推動揚聲器發(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大燒壞揚聲器。報時所需的2048Hz和1024Hz音頻信號，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)計總結(jié)及心得</p><p>　

26、　這次設(shè)計讓我真正體會到了書本知識永遠是基礎(chǔ)，而基礎(chǔ)正是你向高層次邁進的扎實階梯，沒有這個基礎(chǔ)，就無法實現(xiàn)技術(shù)上的騰飛。在實踐當中，靈活運用書本上所講的知識，萬變不離其中，只有扎實掌握了核心的方法，才有可能做到活用巧用。</p><p>　　通過這次對數(shù)字鐘的設(shè)計與制作，讓我了解了設(shè)計電路的程序，對數(shù)字電路又有了進一步的認識，溫習了以前學(xué)的知識，就像人們所說的溫故而知新！也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計理念，要

27、設(shè)計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設(shè)計時應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出我們適合的設(shè)計方法。 通過這次學(xué)習，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實際操作才能過真正了解它的內(nèi)涵及應(yīng)用，更好的運用自己所學(xué)的知識創(chuàng)造財富。

28、</p><p><b>　　八、參考文獻</b></p><p>　　賈秀美，數(shù)字電路實踐技術(shù)（第一版）.中國科學(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，電子電路實踐及仿真（第一版）.清華大學(xué)出版社，20044、趙寶經(jīng)，中國集成電路大全CMOS集成電路（第一版）. 國防工業(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）.國防工業(yè)出版社，20027、蕭寶瑾，protel 99 SE作指導(dǎo)與電路設(shè)計實例（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)計使用教程，