数字钟电路设计与制作毕业论文.doc
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1、摘要现代生活的人们越来越重视起了时间观念,可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说,时间的不准确会带来非常大的麻烦,所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。而机械式的依赖于晶体震荡器,可能会导致误差。数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置。数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。在这次设计中,我们采用 LED 数码管显示时、分、秒,以 24 小时计时方式,根据数码管动态显示原理来进行显示,用 32768MHz 的晶振产生振荡脉冲,定时器计数。在此次设计中,电路具有显示时间
2、的其本功能,还可以实现对时间的调整。数字钟是其小巧,价格低廉,走时精度高,使用方便,功能多,便于集成化而受广大消费的喜爱,因此得到了广泛的使用。关键字关键字:数字钟晶振计数AbstractAbstractModern life of people pay moreand more attention to the concept of time, money and time on the hospital. For those in time and accurately grasp the very strict about or inaccurate, time will bring g
3、reat trouble, so as to displays clock digital tube than the pointer clock showed a lot of advantages. Digital pipe display time is simple and accurate readings, time to seconds. And mechanical dependent on crystal oscillators, may cause errors.A digital clock is used in digital circuit , points and
4、second digital display timer. A digital clock accuracy and stability than old mechanical clock. In this design, we adopt LED digital display tube, minutes and seconds, when in 24 hours time, according to the principle of dynamic display of digital tube to show, with the crystals 32768Hz produce osci
5、llation pulses, timer count. In this design, the circuit has its time, still can realize the function of the time. A digital clock is its small, inexpensive, high precision, easy to use and when, the function is much, facilitate integration by vast consumption, so it has been widely used.KeyKey word
6、s:words:Digital electric clockCounterCrystal oscillator前言集成电路是信息产业和高新技术的核心,是推动国民经济和社会信息化的关键技术。集成电路的产业规模和技术水平已成为国家综合国力的一个重要标志.集成电路有体积小、功耗小、功能多等优点,因此在许多电子设备中被广泛使用。电子钟是人们日常生活中常用的计时工具,而数字式电子钟又有其体积小、重量轻、走时准确、结构简单、耗电量少等优点而在生活中被广泛应用,因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路来设计一个数字式电子钟,使其完成时间及星期的显示功能。本次设计以数字电子为主,分别对 1S 时钟信
7、号源、秒计时显示、分计时显示、小时计时显示、星期计时显示、整点报时及校时电路进行设计,然后将它们组合,来完成时、分、秒及一星期七天的显示并且有整点报时和走时校准的功能。并通过本次设计加深对数字电子技术的理解以及更熟练使用计数器、触发器和各种逻辑门电路的能力。电路主要使用集成计数器,例如 74LS160、CD4518,译码集成电路,例如 74ls48,LED 数码管,分频器电路,例如 CD4060,及各种门电路和基本的触发器等,很适合在日常生活中使用。目录1 1. .设设计计任任务务 72.设计方案的选择与论证 93.系统原理 114.单元电路的设计 134.1 振荡电路 134.2 计数电路
8、154.2.1 60 进制计数器 154.2.2 24 计数器电路 164.3 校时电路 174.4 译码与显示电路 184.5 报时电路 205.整体电路 215.1 电路总图 225.2 元器件列表 236.总结 24致 26参参考考文文献献 271 1. .设设计计任任务务设计一种多功能数字钟,该数字钟具有准确计时,以数字形式显示时、分、秒的时间和校时功能。在电路中,基本功能部分由主体电路实现,它们都要用到振荡电路提供的 1Hz 脉冲信号。在计时出现误差时电路还可以进行校时和校分,为了使电路简单所设计的电路不具备校秒的功能。并且要用数码管显示时、分、秒,各位均为两位显示,扩展部分要有相应
9、的响应电路。任务:1巩固和提高学过的基础理论和专业知识;2提高运用所学专业知识进行独立思考和综合分析、解决实际问题的能力;3培养掌握正确的思维方法和利用软件和硬件解决实际问题的基本技能;4增强对实际电路的认识,掌握分析处理方法,进行试、计算等基本技能的训练,使之具有一定程度的实际工作能力。5掌握科研、资料查询的基本方法以及获取新知识的能力。6促使我们学习和获取新知识,掌握自我学习的能力。7通过参与实际工作,使我们了解社会和工作,具备一定的实际工作能力8通过设计数字电子钟,了解电子钟的工作原理和部构造基本要求:1时间计数器电路采用 24 进制,从 00 开始到 23 后再回到 00;2各用 2
10、位数码管显示时、分、秒;3为了保证计时的稳定及准确,由晶体振荡器提供时间基准信号.2.设计方案的选择与论证1.方案设计一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、时,分,秒计数器和定时器组成。干电路系统由秒信号发生器、时、分、秒、计数器、译码器及显示器、电路组成。方案一:首先构成一个 CB555 定时器产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲,由 74LS161 采用清零法分别组成六十进制的秒计数器、六十进制分计数器、二十四进制时计数器和七进制的周计数器。使用CB555 定时器的输出作为秒记数器的 CP 脉冲,把秒记数器地进位输出作为分记数器地 CP 脉冲,分记数器的进位输出作为时记数器的 CP 脉冲。使用
11、74LS48 为驱动器, BS201A 数码管作为显示器。方案二:首先构成一个由 32768Hz 的石英晶体振荡器和由 CD4060 构成的分频器构成的产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲,由 74LS160 采用清零法分别组成六十进制的秒计数器、六十进制分计数器、二十四进制时计数器和七进制的周计数器。使用由 32768Hz 的石英晶体振荡器和由 CD4060 构成的分频器构成的产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲,把秒计数器地进位输出作为分计数器的 CP 脉冲,分计数器的进位输出作为时计数器的 CP 脉冲。使用 74LS48 为驱动器, Dpy Green-CC 数码管作为显示器。方案三:用专用集成电路
12、设计的秒表&时钟电路。应用时钟芯片可以驱动 6 位的 7 段发光二极管显示时间。主要特点是:电路设计容易,计时精确,但成本较高。2.方案论证方案一、方案二和方案三都很正确,但是方案一由 555 定时器构成的多谐振荡器的震荡频率没有方案二中由石英晶体振荡器的震荡频率稳定,而数字钟要求每天计时误差不超过 1s,故方案二比方案一好,另外,方案二所用的元件易于采购,成本也不高,而方案三成本较高。所以选用方案二。3.系统原理数字钟实际上是一个对标准频率1HZ进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间如时间一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的 1HZ 时间信号必须做到准确稳定。通常使
13、用石英晶体振荡器电路构成数字钟。图 1所示为数字钟的一般构成框图。图 1 原理框图晶体振荡器电路:晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的 32768z 的方波信号,可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。分频器电路:分频器电路将 32768HZ 的高频方波信号经分频后得到 1Hz 的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。时间计数器电路:时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成,其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为 60 进制计数器,而根据设计要求,时个位和时十位
14、计数器为 24 进制计数器。译码驱动电路:译码驱动电路将计数器输出的 8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。整点报时电路:一般时钟都应具备整点报时电路功能,即在时间出现整点会自动报时,以示提醒.其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波,较复杂的也可以是实时语音提示。4.单元电路的设计数字电子钟的设计方法很多种,例如,可用中小规模集成电路组成电子钟;也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟;还可以利用单片机来实现电子钟等。在本次设计,电路是由许多单元电路组成的,因此首先必须对各个单元电路进行设计。4.14.1 振荡电路
15、振荡电路振荡电路由石英晶体振荡器和分频器产生 1Hz 时钟脉冲,下面对石英晶体振荡器和分频器两部分进行介绍。1石英晶体振荡器石英晶体的固有频率十分稳定。另外石英晶体的振动具有多谐性,除了基频振动外,还有奇次谐次泛音振动,对于石英晶体,既可利用基频振动,也可利用泛音振动。前者称为基频晶体,后者称为泛音晶体,晶片厚度与振动频率成反比,工作频率越高,要求晶片厚度越薄。将石英晶体作为高 Q 值谐振回路元件接入反馈电路中,就组成了晶体振荡器。 2分频器分频器的作用是将由石英晶体产生的高频信号分频成基时钟脉冲信号和扩展部分所需的频率。在此电路中,分频器的功能主要一是产生标准脉冲信号.在此电路中作为分频器的
16、元件是:CD4518。CD4518 的功能表如下表 1:CD4518 的功能表 振荡器和分频器两部分构成振荡电路,它的电路图如图 2 所示。图 2 晶体振荡器构成的秒脉冲电路输入输出CKCREN上升沿LH加计数LL上升沿加计数下降沿LXXL上升沿上升沿LLHL下降沿保 持XLX全为 L工作原理:如上图所示,电路由 14 级二进制串行计数器CD4060 和晶体、电阻、电容及 BCD 同步加法计数器 CD4518 构成。电路中利用 CD4060 组成两部分电路。一部分是 14 级分频器,其最高分频数为 16384;另一部分是由外接电子表用石英晶体、电阻及电容构成振荡频率为 32768Hz 的振荡器
17、。震荡器输出经 14级分频后在输出端 Q14 上得到 1/2 秒脉冲并送入由 1/2 CD4518构成的二分频器,分频后在输出端 Q1 上得到秒基准脉冲.4.24.2 计数电路计数电路计数器是一种计算输入脉冲的时序逻辑网络,被计数的输入信号就是时序网络的时钟脉冲,它不仅可以计数而且还可以用来完成其他特定的逻辑功能,如测量、定时控制、数字运算等等。在数字钟电路中,时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成,其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为 60 进制计数器,而根据设计要求,时个位和时十位计数器为 24 进制计数器。有了时间标准秒信号后,
18、就可以根据60 秒为 1 分、60 分为1 小时、24 小时为 1 天的计数周期,分别组成。将这些计数器适当连接,就可以实现秒、分、时、的计时功能。数字钟的计数电路的设计可以用反馈清零法。当计数器正常计数时,反馈门不起作用,只有当进位脉冲到来时,反馈信号将计数电路清零,实现相应模的循环计数。秒分计数器为 60 进制计数器,小时计数器为 24 进制计数器。实现这两种模数的计数器采用集成计数器74LS160。为十进制计数器,当时进行十进制计数;当时,完成预置数码功能。用于秒钟、分钟、时钟的个位计数时,不需作任何改进。但用于秒钟、分钟的十位计数时,必须逢即 0110进且清零,用于时钟计数时,必须逢即
19、 00100100清零。下面将分别介绍 60 进制计数器和 24 进制小时计数器。 4.2.14.2.1 6060 进制计数器进制计数器首先将两片 74LS160 设置成十进制加法计数器。因为 MR 为同步置数控制端,PE 为异步置零控制端,CET 和 CEP 为计数控制端P0P3 为并行数据输入端 Q0Q3 为输出端 CO 为进位输出端将 CET和 CEP 接高电平。将第一片 74ls160 计数器的进位输出 TC 接到第二片 74LS160 计数器的技术控制端 CET 和 CEP.这样两片计数器最大可实现一百进制的计数器,现要设计一个六十进制的计数器可利用异步置零的方法实现,由于 74LS
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