畢業(yè)設(shè)計(jì)--數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)及原理

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</b></p><p>　　數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)及原理</p><p><b>　　2012年3月5日</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文針對(duì)簡易數(shù)字鐘進(jìn)行了設(shè)計(jì)及原理的分析,提出了整體的設(shè)計(jì)

2、方案,進(jìn)行了由上而下層次化的設(shè)計(jì).首先對(duì)各部分單元電路進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì),對(duì)各部分的電路原理及所需要的元器件進(jìn)行了分析,以及做出了各部分的電路圖,其中包括振蕩電路、計(jì)數(shù)電路、校時(shí)電路、譯碼與顯示電路等.振蕩電路由振蕩器和分頻器兩部分構(gòu)成,計(jì)數(shù)電路是用兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路和一個(gè)“12翻1”計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)的,校時(shí)電路用到的元器件有三塊四-2輸入與非門74LS00 、一塊六反相器74 LS04等,譯碼與顯示電路由譯碼器、顯示器構(gòu)成.最終達(dá)到了設(shè)計(jì)

3、的目的,完成了數(shù)字時(shí)鐘顯示時(shí)、分、秒的功能,而且能夠通過校時(shí)電路對(duì)時(shí)、分準(zhǔn)確校時(shí).并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展,完成了整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì),最終完成了設(shè)計(jì)任務(wù).</p><p>　　關(guān)鍵詞:數(shù)字時(shí)鐘;校時(shí)電路;譯碼;報(bào)時(shí)器</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The design and analysis of t

4、he principle of simple digital clock, the overall design scheme, a top-down hierarchical design.Detailed design of the first part of the unit circuit, on the part of the circuit and the required components were analyzed,

5、 and made ??various parts of the circuit, including the oscillation circuit, counting circuit, timing circuit translationcode and display circuit. The oscillator circuit from the oscillator and divider of two parts, the

6、counting circuit is implemented </p><p>　　Key words: Digital clock; the timing electric circuit; Decoding; chronopher</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1前言:1</b

7、></p><p><b>　　2設(shè)計(jì)目的:2</b></p><p><b>　　3設(shè)計(jì)功能要求2</b></p><p><b>　　4電路設(shè)計(jì)3</b></p><p><b>　　4.1設(shè)計(jì)方案3</b></p><

8、;p>　　4.2單元電路的設(shè)計(jì)4</p><p>　　4.2.1 主體電路部分4</p><p>　　4.2.1.1 振蕩電路4</p><p>　　4.2.1.2 計(jì)數(shù)電路6</p><p>　　4.2.1.3 校時(shí)電路11</p><p>　　4.2.1.4 譯碼與顯示電路13</p>

9、<p>　　4.2.2擴(kuò)展功功能電路的設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.2.2.1整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)15</p><p><b>　　5總結(jié)15</b></p><p><b>　　附　錄16</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)17</p><p&

10、gt;<b>　　致 謝17</b></p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　中國是世界上最早發(fā)明計(jì)時(shí)儀器的國家.有史料記載,漢武帝太初年間（紀(jì)元前104-101年）由落下閎創(chuàng)造了我國最早的表示天體運(yùn)行的儀器——渾天儀.東漢時(shí)期（公元130年）張衡創(chuàng)造了水運(yùn)渾天儀,為世界上最早的以水為動(dòng)力的觀測(cè)天象的機(jī)械計(jì)時(shí)器,是世界

11、機(jī)械天文鐘的先驅(qū).盛唐時(shí)代,公元725年張遂（又稱一行）和梁令瓚等人創(chuàng)制了水運(yùn)渾天銅儀,它不但能演示天球和日、月的運(yùn)動(dòng),而且立了兩個(gè)木人,按時(shí)擊鼓,按時(shí)打鐘.第一個(gè)機(jī)械鐘的靈魂——擒縱器用于計(jì)時(shí)器,這是中國科學(xué)家對(duì)人類計(jì)時(shí)科學(xué)的偉大貢獻(xiàn).它比十四世紀(jì)歐洲出現(xiàn)的機(jī)械鐘先行了六個(gè)世紀(jì).</p><p>　　第一只石英鐘出現(xiàn)在二十世紀(jì)二十年代,從三十年代開始得到了推廣,從六十年代開始,由于應(yīng)用半導(dǎo)體技術(shù),成功地解決了制

12、造日用石英鐘問題,石英電子技術(shù)在計(jì)時(shí)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.并取代機(jī)械鐘做了更精確的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn).早在1880年,法國人皮埃爾·居里和保羅·雅克·居里就發(fā)現(xiàn)了石英晶體有壓電的特性,這是制造鐘表“心臟”的良好材料.科學(xué)家以石英晶體制成的振蕩計(jì)時(shí)器和電子鐘組合制成了石英鐘.經(jīng)過測(cè)試,一只高精度的石英鐘表,每年的誤差僅為3-5秒．1942年,著名的英國格林尼治天文臺(tái)也開始采用了石英鐘作為計(jì)時(shí)工具．在許多場(chǎng)合,它還經(jīng)常被

13、列為頻率的基本標(biāo)準(zhǔn),用于日常測(cè)量與檢測(cè).大約在 1970 年前后,石英鐘表開始進(jìn)入市場(chǎng),風(fēng)靡全球.隨著科學(xué)的進(jìn)步,精密的電子元件不斷涌現(xiàn),石英鐘表也開始變得小巧精致,它既是實(shí)用品,也是裝飾品.它為人們的生活提供方便,更為人們的生活增添了新的色彩.在現(xiàn)行情況下根據(jù)簡單實(shí)用強(qiáng)的、走時(shí)準(zhǔn)確進(jìn)行設(shè)計(jì).而實(shí)驗(yàn)證明,鐘表的振蕩部分采用石英晶體作為時(shí)基信號(hào)源時(shí),走時(shí)更精確、調(diào)整更方便.鐘是一種計(jì)時(shí)的器具,它的出現(xiàn)開拓了時(shí)間計(jì)量的新里程.提起時(shí)鐘大家都

14、很熟悉,它是給我們指明時(shí)間的一種計(jì)時(shí)器</p><p>　?。?）從生產(chǎn)機(jī)械表轉(zhuǎn)為石英電子表; </p><p>　?。?）曾占據(jù)中國消費(fèi)市場(chǎng)四十多年的大型國有企業(yè)突然被剛剛冒起的“組業(yè)”所取代,鐘表生產(chǎn)中心轉(zhuǎn)向中國南方沿海一帶;</p><p>　?。?）中國鐘表業(yè)發(fā)展從以機(jī)芯為龍頭改為以手表外觀件為龍頭.</p><p>　　這

15、場(chǎng)轉(zhuǎn)折以迅雷不及掩耳的速度,沖擊著傳統(tǒng)的中國鐘表工業(yè).中國的鐘表業(yè)從技術(shù)簡單、零件少的石英鐘機(jī)芯制造入手.最初石英鐘機(jī)芯全靠從日本、德國進(jìn)口,1989年開始完全自己生產(chǎn),包括模具的制造加工.近十余年,逐漸提高機(jī)芯質(zhì)量的穩(wěn)定性,同時(shí)轉(zhuǎn)向?qū)κ直頇C(jī)芯研制與開發(fā).目前石英鐘表機(jī)芯生產(chǎn)主要在福建省福州、廣東東莞、番禺;機(jī)械鐘表機(jī)芯在上海、山東等地.</p><p>　　現(xiàn)在我國的電子業(yè)發(fā)展非?？焖?電子業(yè)的發(fā)展有利于鐘表業(yè)

16、的發(fā)展.在中國鐘表發(fā)展史上,國產(chǎn)機(jī)芯研制的失敗已經(jīng)成為過去,“組裝業(yè)”作為新興鐘表工業(yè)的起步階段也已成為過去.一支新的充滿智慧的鐘表精英在成長.</p><p>　　我們相信在科技高速發(fā)展的今天,鐘表業(yè)運(yùn)用當(dāng)今材料工業(yè)、電子工業(yè)和其他領(lǐng)域的最新技術(shù),一定會(huì)生產(chǎn)出代表中國科學(xué)水平的產(chǎn)品.我們希望鐘表業(yè)的精英們?cè)谔岣咧圃旒夹g(shù)水平中不斷創(chuàng)新,培育出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的品牌.這正是中國鐘表業(yè)發(fā)展的希望.</p>

17、<p>　　數(shù)字鐘被廣泛用于個(gè)人家庭,車站, 碼頭、辦公室等公共場(chǎng)所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵?由于數(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,運(yùn)用超過老式鐘表, 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)起閉路燈、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

18、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.</p><p><b>　　2設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一種多功能數(shù)字鐘,該數(shù)字鐘具有基本功能和擴(kuò)展功能兩部分.其中,基本功能部分的有準(zhǔn)確計(jì)時(shí),以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間和校時(shí)功能.擴(kuò)展功能部分:整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路以及觸摸報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)電路.數(shù)字時(shí)鐘的電路也是由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分構(gòu)成,在電路中

19、,基本功能部分由主體電路實(shí)現(xiàn),而擴(kuò)展功能是由擴(kuò)展電路實(shí)現(xiàn).這兩部分都有一個(gè)共同特點(diǎn)就是它們都要用到振蕩電路提供的1Hz脈沖信號(hào).在計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)電路還可以進(jìn)行校時(shí)和校分,為了使電路簡單所設(shè)計(jì)的電路不具備校秒的功能.并且要用數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒,各位均為兩位顯示,擴(kuò)展部分要有相應(yīng)的響應(yīng)電路.</p><p><b>　　3設(shè)計(jì)功能要求</b></p><p><b

20、>　　基本功能:</b></p><p>　　（1）時(shí)間以12小時(shí)為一個(gè)周期,時(shí)的計(jì)時(shí)要求為“12翻1”,分和秒的計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)制;</p><p>　?。?）準(zhǔn)確計(jì)時(shí),以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間;</p><p>　　（3）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>　?。?）為

21、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><b>　　擴(kuò)展功能:</b></p><p>　?。?）計(jì)時(shí)過程具有報(bào)時(shí)功能,當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí).</p><p><b>　　4電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1設(shè)計(jì)方案<

22、;/b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求首先建立了一個(gè)數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖,如圖1所示．</p><p>　　圖1　數(shù)字時(shí)鐘邏輯方框圖</p><p>　　由圖1可知,電路的工作原理:電路是由555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路、分頻器、計(jì)數(shù)器、顯示器和校時(shí)電路組成.555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生的高脈沖信號(hào)作為數(shù)字鐘的振源,再經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖,秒脈沖送

23、入計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)結(jié)果通過“時(shí)”、“分”、“秒”譯碼器顯示時(shí)間．秒計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向分計(jì)數(shù)器個(gè)位進(jìn)位,分計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向時(shí)計(jì)數(shù)器個(gè)位進(jìn)位,并且時(shí)計(jì)數(shù)器按照“12翻1”的規(guī)律計(jì)數(shù).計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器.而且計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí),校時(shí)電可以分別對(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.擴(kuò)展電路必須在主體電路正常運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行擴(kuò)展功能.</p><p>　　4.2單元電路的設(shè)計(jì)</p><p&

24、gt;　　數(shù)字電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)方法很多種,例如,可用中小規(guī)模集成電路組成電子時(shí)鐘;也可以利用專用的電子時(shí)鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子時(shí)鐘;還可以利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘等.在本次設(shè)計(jì)中,電路是由許多單元電路組成的,因此首先必須對(duì)各個(gè)單元電路進(jìn)行設(shè)計(jì).</p><p>　　4.2.1 主體電路部分</p><p>　　主體電路部分的電路主要由振蕩電路、計(jì)數(shù)電路、校時(shí)電路以及譯

25、碼與顯示電路四大部分組成.下面將對(duì)各部分電路進(jìn)行設(shè)計(jì).</p><p>　　4.2.1.1 振蕩電路</p><p>　　振蕩電路由振蕩器和分頻器構(gòu)成,產(chǎn)生1Hz的時(shí)鐘脈沖及擴(kuò)展部分所需的頻率,下面對(duì)振蕩器和分頻器兩部分進(jìn)行介紹.</p><p><b>　　（1）振蕩器</b></p><p>　　數(shù)字電路中的時(shí)鐘是由

26、振蕩器產(chǎn)生的,振蕩器是數(shù)字時(shí)鐘的核心.振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字時(shí)鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度,一般來說,振蕩器的頻率越高,計(jì)時(shí)精度越高.它利用某種反饋方式產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào).對(duì)數(shù)字電路來說,振蕩器的輸出的幅度范圍為0v—5v的方波信號(hào)而不是鋸齒波、三角波或其他的形式.</p><p>　　①首先介紹一種典型的振蕩器:弛豫振蕩器.它通過一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)將反相器的輸出反饋回來并存在一定的工作延遲時(shí)間.基本的電路如圖2所示.&l

27、t;/p><p><b>　　圖2 弛豫振蕩器</b></p><p>　　在上述電路中,RI-C網(wǎng)絡(luò)由第一個(gè)反相器驅(qū)動(dòng),具有RC特性曲線的響應(yīng)信號(hào)被反饋給反相器的輸入.當(dāng)電容上的電壓達(dá)到施密特觸發(fā)器輸入反相器的門限電壓的時(shí)候,反相器的狀態(tài)發(fā)生改變,并輸出一個(gè)新的電壓值.這個(gè)輸出電壓經(jīng)過一定的延遲時(shí)間再次通過RI—C反饋回來,直到電容電壓再次達(dá)到門限電壓為止.用施密特觸發(fā)

28、器輸入器件（如74HC04）,但由于電容的參考電壓在每個(gè)臨界點(diǎn)都要發(fā)生變化,所以施密特觸發(fā)器不是必需的.由于電容與輸出相連,每次狀態(tài)改變時(shí),電容的充電電壓會(huì)超過5V.從這一點(diǎn)來說,輸出電壓會(huì)改變電容的充電電壓,直到電容兩端的電壓變?yōu)?4HC04的門限電壓（2.5V）為止.振蕩器輸出狀態(tài)的改變發(fā)生在電容上的電壓達(dá)到2.5V時(shí).弛豫振蕩器對(duì)許多低成本而精度要求又不高的場(chǎng)所非常適合,但是并不推薦在任何有精度要求的實(shí)際應(yīng)用電路采用它.</

29、p><p>　　②石英晶體振蕩器.如果想要獲得高的精度,就應(yīng)該在振蕩電路中使用石英晶體作振源.石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易調(diào)整.它還具有壓電效應(yīng),在晶體某一方向加一電場(chǎng),則在與此垂直的方向產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),有了機(jī)械振動(dòng),就會(huì)在相應(yīng)的垂直面上產(chǎn)生電場(chǎng),從而機(jī)械振動(dòng)和電場(chǎng)互為因果,這種循環(huán)過程一直持續(xù)到晶體的機(jī)械強(qiáng)度限止時(shí),才達(dá)到最后穩(wěn)定．這時(shí)壓電諧振的頻率即為晶體振蕩器的固有頻率.一般來說,振蕩

30、器的頻率越高,計(jì)時(shí)精度越高,但耗電量將增大.</p><p>　?、廴绻纫蟛桓咭部梢圆捎糜杉呻娐范〞r(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器.如圖3所示.設(shè)振蕩頻率f=1MHz,R為可調(diào)電阻,微調(diào)R1可以調(diào)出1MHz輸出．</p><p>　　圖3 555多諧振蕩器</p><p>　　為了簡單方便本次設(shè)計(jì)選擇了由555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路.</p>

31、<p><b>　　（2）分頻器</b></p><p>　　分頻器的作用是將由振蕩器產(chǎn)生的高頻信號(hào)分頻成基時(shí)鐘脈沖信號(hào)和擴(kuò)展部分所需的頻率,即在此電路中,分頻器的功能主要有兩個(gè):一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào);二是功能擴(kuò)展電路所需的信號(hào).</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)用的是集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器,產(chǎn)生1KHz的脈沖信號(hào).故采用3片中規(guī)模集成電路分頻

32、計(jì)數(shù)器74LS90來實(shí)現(xiàn),得到需要的秒脈沖信號(hào).例如,振蕩器輸出1kHz信號(hào),通過D觸發(fā)器（74LS74）送到10分頻計(jì)數(shù)器（74LS90,該計(jì)數(shù)器可以用8421碼制）,經(jīng)過3次10分頻而獲得1Hz的方波信號(hào)作為秒脈沖信號(hào).如圖4所示.</p><p><b>　　圖4 分頻計(jì)數(shù)電路</b></p><p>　　振蕩器和分頻器兩部分構(gòu)成振蕩電路,根據(jù)圖3及圖4可知電路

33、的工作原理是:振蕩器提供的頻率為1kHz,74LS90組成十分頻電路.74LS90的引腳2與引腳6組成一個(gè)十分頻電路,晶振的輸出接入第一塊74LS90的輸入引腳14,經(jīng)過一次十分頻,頻率變?yōu)?00Hz.輸出引腳11接入第二塊74LS90的輸入引腳14經(jīng)第二次十分頻,頻率變?yōu)?0Hz.輸出引腳接人第三塊74LS90的輸入引腳14再經(jīng)一次十分頻,頻率變?yōu)?Hz.這樣經(jīng)過三次分頻最后即可得到1Hz的頻率.</p><p&g

34、t;　　4.2.1.2 計(jì)數(shù)電路</p><p>　　計(jì)數(shù)器是一種計(jì)算輸入脈沖的時(shí)序邏輯網(wǎng)絡(luò),被計(jì)數(shù)的輸入信號(hào)就是時(shí)序網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘脈沖,它不僅可以計(jì)數(shù)而且還可以用來完成其他特定的邏輯功能,如測(cè)量、定時(shí)控制、數(shù)字運(yùn)算等等.</p><p>　　在此設(shè)計(jì)中的數(shù)字時(shí)鐘的計(jì)數(shù)電路是用兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路和一個(gè)“12翻1”計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)的.秒脈沖信號(hào)經(jīng)過6級(jí)計(jì)數(shù)器,分別得到“秒”個(gè)位、十位、“分”個(gè)位、

35、十位以及“時(shí)”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí).“秒”“分”計(jì)數(shù)器為六十進(jìn)制,小時(shí)計(jì)數(shù)器為“12翻1”.數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)采用反饋清零法．當(dāng)計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)時(shí),反饋門不起作用,只有當(dāng)進(jìn)位脈沖到來時(shí),反饋信號(hào)將計(jì)數(shù)電路清零,實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模的循環(huán)計(jì)數(shù).以六十進(jìn)制為例,當(dāng)計(jì)數(shù)器從00,01,02,……,59計(jì)數(shù)時(shí),反饋門不起作用,只有當(dāng)?shù)?0個(gè)秒脈沖到來時(shí),反饋信號(hào)隨即將計(jì)數(shù)電路清零,實(shí)現(xiàn)模為60的循環(huán)計(jì)數(shù).</p><p>　?。ㄒ唬?/p>

36、六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路</p><p>　　由分頻器來的秒脈沖信號(hào),首先送到“秒”計(jì)數(shù)器進(jìn)行累加計(jì)數(shù),秒計(jì)數(shù)器應(yīng)完成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加,并達(dá)到60秒時(shí)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào),所以,選用一片74LS90和一片74LS92組成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,采用反饋歸零的方法來實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì)數(shù).其中,74LS92作為十位計(jì)數(shù)器,在電路中采用六進(jìn)制計(jì)數(shù);74LS90作為個(gè)位計(jì)數(shù)器,在電路中采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)．當(dāng)74LS90的輸入腳接振蕩電路的輸出

37、脈沖1Hz時(shí)74LS90開始工作,它計(jì)時(shí)到10時(shí)向十位計(jì)數(shù)器74LS92進(jìn)位.“秒”十位是六進(jìn)制,“秒”個(gè)位是十進(jìn)制．如圖5所示</p><p>　　圖5 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路</p><p>　?。?）下面對(duì)本電路中所用的主要元件及功能進(jìn)行介紹.</p><p>　?、?十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS90 </p><p>　　74LS90是二—五—

38、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,它有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端CKA和CKB.其中,CKA和組成一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器;CKB和組成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器;若將與CKB相連接,時(shí)鐘脈沖從輸入,則構(gòu)成了8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器.74LS90有兩個(gè)清零端R0（1）、R0（2）,兩個(gè)置9端R9（1）和R9（2）,其BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)序如表1,二—五混合進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)序如表2,74LS90的管腳圖如圖.</p><p>　　圖6 74LS90的管腳圖</p&

39、gt;<p>　　表1 BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)序 表2 二—五混合進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)序</p><p>　?、?異步計(jì)數(shù)器74LS92</p><p>　　所謂異步計(jì)數(shù)器是指計(jì)數(shù)器內(nèi)各觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)不是來自于同一外接輸入時(shí)鐘信號(hào),因而觸發(fā)器不是同時(shí)翻轉(zhuǎn).這種計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)速度慢.異步計(jì)數(shù)器 74LS92是二—六—十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,即CKA和組成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,CKB和在74L

40、S92中為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器.當(dāng)CKB和相連,時(shí)鐘脈沖從CKA輸入,74LS92構(gòu)成十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器.74LS92的管腳圖如圖7.</p><p>　　圖7 74LS92的管腳圖</p><p>　　（二） “12翻1”小時(shí)計(jì)數(shù)器電路 </p><p>　?。?） 電路如圖8 所 示</p><p>　　圖8 “12翻1”計(jì)數(shù)電路</p>

41、<p>　　“12翻1”小時(shí)計(jì)數(shù)器是按照“01—02—03—04—05—06—07—08—09—10—11—12—01”規(guī)律計(jì)數(shù)的,計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表3所示.</p><p>　　表3“12翻1”小時(shí)計(jì)時(shí)時(shí)序</p><p>　?。?）電路的工作原理</p><p>　　由表可知:個(gè)位計(jì)數(shù)器由4位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器 74LS191構(gòu)成,十位計(jì)

42、數(shù)器由雙D觸發(fā)器74LS74構(gòu)成 ,將它們組成 “12翻1”小時(shí)計(jì)數(shù)器.</p><p>　　計(jì)數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生兩次跳躍:一是計(jì)數(shù)器計(jì)到9,即個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為 =1001后,在下一計(jì)數(shù)脈沖的作用下計(jì)數(shù)器進(jìn)入暫態(tài)1010,利用暫態(tài)的兩個(gè)1即使個(gè)位異步置0,同時(shí)向十位計(jì)數(shù)器進(jìn)位使 =1;二是計(jì)數(shù)到12后,在第13個(gè)計(jì)數(shù)脈沖作用下個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)應(yīng)為 =0001,十位計(jì)數(shù)器的 =0．第二次跳躍的十位清“0”和個(gè)位置“

43、1”的輸出端、、來產(chǎn)生.</p><p>　?。?）對(duì)電路中所用的主要元件及功能介紹．</p><p>　　①D觸發(fā)器74LS74</p><p>　　在電路中用到了D觸發(fā)器74LS74,74LS74的管腳圖如圖9.</p><p>　　圖9 74LS74的管腳圖</p><p>　　下面將介紹一些有關(guān)觸發(fā)器的內(nèi)容:&

44、lt;/p><p>　　觸發(fā)器,它是由門電路構(gòu)成的邏輯電路,它的輸出具有兩個(gè)穩(wěn)定的物理狀態(tài)（高電平和低電平）,所以它能記憶一位二進(jìn)制代碼.觸發(fā)器是存放在二進(jìn)制信息的最基本的單元.按其功能可分為基本RS觸發(fā)器觸、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器.這幾種觸發(fā)器都有集成電路產(chǎn)品.其中應(yīng)用最廣泛的當(dāng)數(shù)JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器.不過,深刻理解RS觸發(fā)器對(duì)全面掌握觸發(fā)器的工作方式或動(dòng)作特點(diǎn)是至關(guān)重要的.事實(shí)上,JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器是R

45、S觸發(fā)器的改進(jìn)型,其中JK觸發(fā)器保留了兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端,而D觸發(fā)器只保留了一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端.D觸發(fā)器有邊沿D觸發(fā)器和高電平D觸發(fā)器.74LS74為一個(gè)高電平D觸發(fā)器.</p><p>　?、?計(jì)數(shù)器74LS191 </p><p>　　74LS191的管腳圖如圖10: </p><p>　　圖10 74LS191的管腳圖</p><p>　　4.

46、2.1.3 校時(shí)電路</p><p>　?。ㄒ唬╇娐啡鐖D11 所示</p><p><b>　　圖11 校時(shí)電路</b></p><p>　?。ǘ╇娐返墓ぷ髟?lt;/p><p>　　校時(shí)電路的作用是:當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者出現(xiàn)誤差時(shí),校正時(shí)間.校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具有的基本功能.一般電子表都具有時(shí)、分、秒等校時(shí)功能.為了使電路

47、簡單,在此設(shè)計(jì)中只進(jìn)行分和小時(shí)的校時(shí).校時(shí)有“快校時(shí)”和“慢校時(shí)”兩種,“快校時(shí)”是通過開關(guān)控制,使計(jì)數(shù)器對(duì)1Hz校時(shí)脈沖計(jì)數(shù).“慢校時(shí)”是用手動(dòng)產(chǎn)生單脈沖作校時(shí)脈沖.圖中S1校分用的控制開關(guān),S2（總圖）為校時(shí)用的控制開關(guān),它們的控制功能如表4所示,校時(shí)脈沖采用分頻器輸出的1Hz脈沖,當(dāng)S1或S2分別為“0”時(shí)可以進(jìn)行“快校時(shí)”.如果校時(shí)脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供,則可以進(jìn)行“慢校時(shí)”.</p><p><

48、b>　　表4校時(shí)開關(guān)的功能</b></p><p>　　（三）對(duì)電路中所用的主要元件及功能介紹</p><p>　　在此電路中,用到的元器件有三塊四-2輸入與非門74LS00 、一塊六反相器74 LS04、兩個(gè)電容、兩個(gè)電阻以及兩個(gè)開關(guān).</p><p>　?。?）四-2輸入與非門74LS00</p><p>　　集成邏輯門

49、是數(shù)字電路中應(yīng)用十分廣泛最基本的一種器件,為了合理的使用和充分利用其性能,必須對(duì)它的主要參數(shù)和邏輯功能進(jìn)行測(cè)試.74LS00與非門的主要參數(shù)為:</p><p>　　輸出高電平:指與非門有一個(gè)以上輸入端接地或接低電平時(shí)的輸出電平值.</p><p>　　輸出低電平:指與非門的所有輸入端均接高電平時(shí)的輸出電平值.</p><p>　　開門電平:指與非門輸出處于額定低電

50、平時(shí)允許輸入高電平的最小值.</p><p>　　關(guān)門電平:指與非門輸出處于高電平狀態(tài)時(shí)允許輸入低電平的最大值.</p><p>　　電壓傳輸特性:是指門的輸出電壓隨輸入電壓而變化的曲線,由它可以得到門電路的輸出高電平、輸出低電平、關(guān)門電平和開門電平等.</p><p>　　低電平的輸出電源電流:是指輸入所有端都懸空,輸出端空載時(shí),電源提供器件的電流.</p&

51、gt;<p>　　高電平輸出電源電流:是指輸出端空載,每個(gè)門各有一個(gè)以上的輸入端接地,電源提供給器件的電流.</p><p>　　低電平輸入電流:是指被測(cè)輸入端接地,其余輸入端懸空時(shí),由被測(cè)輸入端流出的電流值.</p><p>　　高電平輸入電流:指被測(cè)輸入端接高電平,其余輸入端接地,流入被測(cè)輸入端的電流值.</p><p>　　扇出系數(shù):門電路能驅(qū)動(dòng)

52、同類門的個(gè)數(shù),它是衡量門電路負(fù)載能力的一個(gè)參數(shù),TTL與非門有兩種不同性質(zhì)的負(fù)載,即灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載,因此有兩種扇出系數(shù).即低電平扇出系數(shù)和高電平扇出系數(shù).</p><p>　　4.2.1.4 譯碼與顯示電路</p><p>　　（一）電路如圖12所示</p><p>　　圖12 譯碼與顯示電路</p><p>　?。ǘ╇娐返墓ぷ髟?/p>

53、</p><p>　　譯碼器:譯碼是指把給定的代碼進(jìn)行翻譯的過程,是編碼的相反過程.將輸入的代碼翻譯成相應(yīng)的輸出信號(hào)以表示編碼時(shí)所賦予原意的電路.計(jì)數(shù)器采用的碼制不同,譯碼電路也不同.常用的集成譯碼器有二進(jìn)制譯碼器、二—十制譯碼器和BCD—7段譯碼器,顯示模塊用來顯示計(jì)時(shí)模塊輸出的結(jié)果.74LS48驅(qū)動(dòng)器是與8421BCD編碼計(jì)數(shù)器配合用的七段譯碼驅(qū)動(dòng)器.74LS48配有燈測(cè)試LT、動(dòng)態(tài)滅燈輸入RBI,滅燈輸入/

54、動(dòng)態(tài)滅燈輸出BI/RBO,當(dāng)LT=0時(shí),74LS48出去全1.</p><p>　　顯示器:本系統(tǒng)用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字,顯示器有兩種:共陽極顯示器和共陰極顯示器.74LS48譯碼器對(duì)應(yīng)的顯示器是共陰極顯示器.</p><p>　?。ㄈ?duì)電路中的主要元件及功能介紹</p><p>　?。?）譯碼器74LS48</p><p>

55、;　　譯碼器是一個(gè)多輸入、多輸出的組合邏輯電路.它的工作是把給定的代碼進(jìn)行“翻譯”,變成相應(yīng)的狀態(tài),使輸出通道中相應(yīng)的信號(hào)輸出.譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途,不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示,還用于數(shù)字分配,存儲(chǔ)器尋址和組合控制信號(hào)等.譯碼器可以分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類.在電路中用的譯碼器是共陰極譯碼器74LS48,用74LS48把輸入的8421BCD碼ABCD譯成七段輸出a-g,再由七段數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù).74LS48的管

56、腳圖如圖16．在管腳圖中,管腳LT、RBI、BI/RBO都是低電平起作用,作用分別為:</p><p>　　LT為燈測(cè)檢查,用LT可檢查七段顯示器各字段是否能正常被點(diǎn)燃.</p><p>　　BI是滅燈輸入,可以使顯示燈熄滅.</p><p>　　RBI是滅零輸入,可以按照需要將顯示的零予以熄滅．BI/RBO是共用輸出端,RBO稱為滅零輸出端,可以配合滅零輸出端RB

57、I,在多位十進(jìn)制數(shù)表示時(shí),把多余零位熄滅掉,以提高視圖的清晰度．也可用共陰譯碼器74LS248,CD4511.</p><p>　　圖13 74LS248管腳圖</p><p>　?。?）顯示器SM421050N</p><p>　　在此電路圖中所用的顯示器是共陰極形式,陰極必須接地．SM421050N的管腳功能圖如圖14.</p><p>

58、　　圖14 顯示器管腳圖</p><p>　　電路是由上面的以上的各個(gè)單元電路組成的．</p><p>　　4.2.2擴(kuò)展功功能電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.2.1整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由74HC30D和蜂鳴器組成,電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí),當(dāng)時(shí)間在59:50到59:59時(shí),蜂鳴報(bào)時(shí),電路如圖15．即當(dāng)

59、時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí),報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào).當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí),分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變,分別為5、9和5,因此可將分計(jì)數(shù)器十位的Q2和Q0 、個(gè)位的Q3和Q0及秒計(jì)數(shù)器十位的Q2和Q0相與,從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào).74HC30為8輸入與非門.</p><p><b>　　圖15整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</b></p><p><

60、;b>　　5總結(jié)</b></p><p>　　通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì),我明白了一個(gè)道理:無論做什么事情,都必需養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn),認(rèn)真,善思的工作作風(fēng).我這畢業(yè)設(shè)計(jì)由于我采用的是數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)的,所以電路較復(fù)雜,但是容易理解.每一部分我都能理解并且能有多種設(shè)計(jì)方法.</p><p>　　通過這次設(shè)計(jì),我還掌握了制作數(shù)字時(shí)鐘的一系列步驟,在這段時(shí)間里,我把本設(shè)計(jì)的整個(gè)電路設(shè)計(jì)好了,并且最終

61、完成了設(shè)計(jì)之初的目的,在此基礎(chǔ)上還進(jìn)行了小小的擴(kuò)展,并交孫老師檢查,還在實(shí)驗(yàn)箱上調(diào)試了部分電路.</p><p>　　最后在我在制的印制板上都能很好的實(shí)現(xiàn)多功能數(shù)字鐘的各相功能,都達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果,并且很美觀.通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì),我又掌握了些元器件的用途以及它們的參數(shù)、性能.這次設(shè)計(jì)提高了我理論和實(shí)踐相結(jié)合的能力,增加了把理論用于實(shí)踐的興趣,同時(shí)也提高了我分析問題和解決問題的能力.沒有最好,只有更好.我相信通過這一

62、次的畢業(yè)設(shè)計(jì)之后,我以后會(huì)更加努力,用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度去面對(duì)一切.克服困難,戰(zhàn)勝自我,超越自我.</p><p><b>　　附　錄</b></p><p><b>　　觸發(fā)器</b></p><p>　　1.按照電路的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)的不同,觸發(fā)器可分為基本觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器.本設(shè)計(jì)主要偏重于邊沿觸發(fā)

63、器,它們各有特點(diǎn).</p><p>　　1）基本觸發(fā)器:在這種電路中輸入信號(hào)是直接加到輸入端的,它是觸發(fā)器的基本觸發(fā)形式,是構(gòu)成其它類型觸發(fā)器的基礎(chǔ).</p><p>　　2)同步觸發(fā)器:在這種電路中輸入信號(hào)是通過控制門輸入的而管理控制門的信號(hào)是時(shí)鐘脈沖ck信號(hào),只有在脈沖信號(hào)到來時(shí),觸發(fā)器才能接受輸入信號(hào),否則對(duì)電路不起作用.</p><p>　　3）主從觸發(fā)器:

64、為了克服同步觸發(fā)器的缺點(diǎn),經(jīng)改進(jìn)得到主從觸發(fā)器,在這種觸發(fā)器中,先把輸入信號(hào)送入主觸發(fā)器中,然后送入從觸發(fā)器并輸出,整個(gè)過程在時(shí)鐘脈沖下分布進(jìn)行,具有主從控制的特點(diǎn).</p><p>　　4）邊沿觸發(fā)器:為了進(jìn)一步解決主從觸發(fā)器的缺點(diǎn),出現(xiàn)了邊沿觸發(fā)器,這種觸發(fā)器只有在時(shí)鐘脈沖信號(hào)的上升沿或下降沿,輸入信號(hào)才能被接受,大大減少了被干擾的機(jī)會(huì).</p><p>　　2.按在時(shí)鐘脈沖下邏輯功能

65、的不同,時(shí)鐘觸發(fā)器可分為RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器、T`觸發(fā)器等.</p><p>　　3.按照電路使用的開關(guān)元件的不同,可分為TTL觸發(fā)器和CMOS觸發(fā)器．</p><p>　　4.按照電路是否集成,分為分立元件觸發(fā)器和集成觸發(fā)器.</p><p><b>　　顯示譯碼器:</b></p><p>　　

66、七段顯示器,它由a~g七個(gè)光段,從0~9十個(gè)數(shù)碼將有其中不同的光段組合而成.半導(dǎo)體七段顯示器的每個(gè)光段都是一個(gè)發(fā)光二極管.</p><p>　　發(fā)光二極管和普通二極管一樣,具有單向?qū)щ娦?當(dāng)外加反向電壓時(shí),處于截止?fàn)顟B(tài);當(dāng)外加正向電壓而且足夠大時(shí),才處于導(dǎo)通狀態(tài),而當(dāng)正向電流足夠大時(shí)才能發(fā)光.</p><p><b>　　如下圖所示:</b></p>&

67、lt;p><b>　　圖16 發(fā)光二極管</b></p><p>　　發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電路,其中門電路均為集電極開路門（OC）.當(dāng)門處于導(dǎo)通狀態(tài)（即輸出為低電平）時(shí),發(fā)光二極管因正向電壓太低而不可能發(fā)光;當(dāng)門處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)（即輸出電平為高電平）時(shí),只要電阻R取值得當(dāng),發(fā)光二極管就會(huì)有足夠大的正向電流而發(fā)光,可見該電路為高電平驅(qū)動(dòng).</p><p>　　當(dāng)門電路處

68、于導(dǎo)通狀態(tài)（即輸處為低電平）時(shí),只要電阻R取值得當(dāng),發(fā)光二極管就會(huì)有足夠的正向電流,因而發(fā)光;當(dāng)處于截止?fàn)顟B(tài)（即輸處為高電平）時(shí),發(fā)光二極管正向電壓過小不足以使其導(dǎo)通,因而不會(huì)發(fā)光.則該電平為低電平驅(qū)動(dòng).</p><p>　　集成十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74LS90的功能:</p><p>　　(1)異步清零功能．當(dāng)R0=R0(2),R0(1)=0時(shí),若R9=R9(1),R9(2)=0時(shí),則計(jì)數(shù)器

69、清零,并與CK無關(guān).</p><p>　　(2)異步置9功能．當(dāng)R0=R0(2),R0(1)=1時(shí),計(jì)數(shù)器置9,即被置成1001的狀態(tài),置9功能也于CK無關(guān).</p><p>　　(3)計(jì)數(shù)功能,當(dāng)R0=0,R9=0時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)．根據(jù)不同接法,還可實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制、五進(jìn)制.</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p>&

70、lt;p>　　[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).數(shù)字部分 北京:高等教育出版社,2000</p><p>　　[2]顧永杰.電工電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教程.上海:上海交通大學(xué)出版社,1999 </p><p>　　[3]陳小虎.電工實(shí)習(xí)（I）.北京:中國電力出版社,1996</p><p>　　[4]焦輜厚.電子工藝實(shí)習(xí)教程.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1993</p

71、><p>　　[5]陳 堅(jiān).電力電子學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2002</p><p>　　[6]宋春榮.通用集成電路速查手冊(cè).山東科學(xué)技術(shù)出版社,1995</p><p>　　[7]高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社,2002</p><p>　　[8]呂思忠.數(shù)子電路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2001<

72、/p><p>　　[9]謝自美.電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試.華中理工大學(xué)出版社,2000</p><p>　　[10]王琉銀.脈沖與數(shù)字電路.高等教育出版,1985</p><p>　　[11][美]M.Morris Mano.Digital Design.北京:高等教育出版社,2002</p><p>　　[12][美] JohnM Yarbro

73、ugh .DIGITAL LOGIC APPLICATIONS AND DESIGN.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了,在這個(gè)過程中我學(xué)到了很多東西.首先我要感謝我的指導(dǎo)老師王法社老師,他在我完成論文的過程中,給予了我很大的幫助.在論文開始的初期,我對(duì)于論文的結(jié)構(gòu)以及文獻(xiàn)選取等方面都有很多

74、問題,整體構(gòu)思不是很明確,段落層次也不是很清晰,老師詳細(xì)給我分析論文的寫作過程,從論文的題目,論文的內(nèi)容,論文的脈絡(luò),都給我詳細(xì)的指導(dǎo).在我論文的進(jìn)展過程中,老師也及時(shí)給我解決疑惑,并且監(jiān)督我論文的進(jìn)展過程,非常感謝!但是慚愧的是,我沒有及時(shí)完成任務(wù),論文也時(shí)有偏差出現(xiàn),經(jīng)過了曲折的過程,老師也耐心的給我激勵(lì),非常感謝!</p><p>　　我想,畢業(yè)論文的過程不僅僅是一個(gè)完成一篇論文的過程,而是一個(gè)端正態(tài)度的過