電子多功能數(shù)字鐘設計論.doc

多功能數(shù)字鐘設計姓名：徐 立日期：2014年11月15日摘要摘要：多功能數(shù)字鐘采用數(shù)字電路實現(xiàn)對“時”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計時裝置。具有時間顯示、鬧鐘設置、報時功能、校正作用。走時準確、顯示直觀、精度、穩(wěn)定等優(yōu)點。電路裝置十分小巧,安裝使用也方便。同時在日期中，它以其小巧，價格低廉，走時精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費的喜愛，小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直?，大到車站、碼頭、機場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘關鍵字:晶體振蕩器、分頻器、計數(shù)器、顯示器和校時電路Abstract: multi-function digital clock adopting digital circuit to achieve ", "" points", "seconds" digital display timer device. With time display, alarm time function, calibration, role. Keep good time, show intuitional, precision, stability, etc. Circuit device is very small, install and use convenient also. Meanwhile in date, it with its small, inexpensive, high precision, easy to use and walking, the function is much, facilitate integration and receives general consumption favorite, small to Peoples Daily life, the electronic watches to stations, docks and airports, public large digital electric clockKey word: crystal oscillator frequency device, counter, points, a display and reset circuit目錄1.課程設計任務書12.設計方案22.1.總方案22.2.秒脈沖發(fā)生器22.3.計數(shù)譯碼顯示32.4.校時電路32.5.整點報時電路33.參考電路54.參考電路簡要說明74.1.秒脈沖電路74.2.單次脈沖、連續(xù)脈沖74.3.秒、分、時、日計數(shù)器74.4.譯碼、顯示74.5.整點報時74.6.嗚叫電路81. 設計任務書用中、小規(guī)模集成電路設計一臺能顯示日、時、分、秒的數(shù)字電子鐘，要求如下：1.由晶振電路產(chǎn)生1Hz標準秒信號。2.秒、分為0059六十進制計數(shù)器。3.時為0023二十四進制計數(shù)器。4.周顯示從1日為七進制計數(shù)器。5.可手動校時：能分別進行秒、分、時、日的校時。只要將開關置于手動位置，可分別對秒、分、時、日進行手動脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入的校正。6.整點報時。整點報時電路要求在每個整點前嗚叫五次低音（500Hz），整點時嗚叫一次高音（1000Hz）。2. 設計方案2.1. 總方案根據(jù)設計任務和要求，對照數(shù)字電子鐘的框圖，可以分以下幾部分進行模塊化設計。數(shù)字電子鐘的電路組成方框圖如圖2.1所示。圖2.1數(shù)字電子鐘框圖2.2. 秒脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質量，通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如晶振為32768 Hz，通過15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出，電路圖如圖2.2所示。圖2.2秒脈沖發(fā)生器2.3. 計數(shù)譯碼顯示秒、分、時、日分別為60、60、24、7進制計數(shù)器、秒、分均為60進制，即顯示0059，它們的個位為十進制，十位為六進制。時為二十四進制計數(shù)器，顯示為0023，個位仍為十進制，而十位為三進制，但當十進位計到2，而個位計到4時清零，就為二十四進制了。周為七進制數(shù)，按人們一般的概念一周的顯示日期“日、1、2、3、4、5、6”，所以我們設計這個七進制計數(shù)器，應根據(jù)譯碼顯示器的狀態(tài)表來進行，如表1.1所示。按表1.1狀態(tài)表不難設計出“日”計數(shù)器的電路（日用數(shù)字8代替）。所有計數(shù)器的譯碼顯示均采用BCD七段譯碼器，顯示器采用共陰或共陽的顯示Q4 Q3 Q2 Q1顯示1 0 0 080 0 0 110 0 1 020 0 1 130 1 0 040 1 0 150 1 1 06表1.1 狀態(tài)表2.4. 校時電路在剛剛開機接通電源時，由于日、時、分、秒為任意值，所以，需要進行調(diào)整。置開關在手動位置，分別對時、分、秒、日進行單獨計數(shù)，計數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。2.5. 整點報時電路每秒鐘有聲光同步，當時計數(shù)器在每次計到整點前六秒時，需要報時，這可用譯碼電路來解決；當秒計數(shù)到59時，則去驅動高音1KHz頻率輸出而鳴叫1聲。3. 參考電路數(shù)字電子鐘邏輯電路參考圖如圖3-a所示。圖3-a秒脈沖產(chǎn)生電路圖3-b連續(xù)脈沖產(chǎn)生電路圖3-c數(shù)字電子鐘邏輯電路參考圖4. 參考電路簡要說明4.1. 秒脈沖電路由晶振32768Hz經(jīng)14分頻器分頻為2Hz，再經(jīng)一次分頻，即得1Hz標準秒脈沖，供時鐘計數(shù)器用。4.2. 單次脈沖、連續(xù)脈沖這主要是供手動校時用。若開關打在單次端，要調(diào)整日、時、分、秒即可按單次脈沖進行校正。如K1在單次，K2在手動，則此時按動單次脈沖鍵，使周計數(shù)器從星期1到星期日計數(shù)。若開關處于連續(xù)端，則校正時，不需要按動單次脈沖，即可進行校正。單次、連續(xù)脈沖均由門電路構成。4.3. 秒、分、時、日計數(shù)器這一部分電路均使用中規(guī)模集成電路74HC161實現(xiàn)秒、分、時的計數(shù)，其中秒、分為六十進制，時為二十四進制。從圖1.3中可以發(fā)現(xiàn)秒、分兩組計數(shù)器完全相同。當計數(shù)到59時，再來一個脈沖變成00，然后再重新開始計數(shù)。圖中利用“異步清零”反饋到/CR端，而實現(xiàn)個位十進制，十位六進制的功能。時計數(shù)器為二十四進制，當開始計數(shù)時，個位按十進制計數(shù)，當計到23時，這時再來一個脈沖，應該回到“零”。所以，這里必須使個位既能完成十進制計數(shù)，又能在高低位滿足“23”這一數(shù)字后，時計數(shù)器清零，圖中采用了十位的“2”和個位的“4”相與非后再清零。對于日計數(shù)器電路，它是由四個D觸發(fā)器組成的（也可以用JK觸發(fā)器），其邏輯功能滿足了表1，即當計數(shù)器計到6后，再來一個脈沖，用7的瞬態(tài)將Q4、Q3、Q2、Q1置數(shù)，即為“1000”，從而顯示“日”（8）。4.4. 譯碼、顯示譯碼、顯示很簡單，采用共陰極LED數(shù)碼管LC5011-11和譯碼器74LS248，當然也可用共陽數(shù)碼管和譯碼器。4.5. 整點報時當計數(shù)到整點的前6秒鐘，此時應該準備報時。圖1.3中，當分計到59分時，將分觸發(fā)器QH置1，而等到秒計數(shù)到54秒時，將秒觸發(fā)器QL置1，然后通過QL與QH相與后再和1s標準秒信號相與而去控制低音喇叭嗚叫，直至59秒時，產(chǎn)生一個復位信號，使QL清0，停止低音嗚叫，同時59秒信號的反相又和QH相與后去控制高音喇叭嗚叫。當計到分、秒從59：5900：00時，嗚叫結束，完成整點報時。（原理已經(jīng)正確，由于硬件電路出點問題，現(xiàn)在只能實現(xiàn)整點報時）4.6. 嗚叫電路嗚叫電路由高、低兩種頻率通過或門去驅動一個三極管，帶動喇叭嗚叫。1KHz和500Hz從晶振分頻器近似獲得。如圖中CD4060分頻器的輸出端Q5和Q6。Q5輸出頻率為1024Hz，Q6輸出頻率為512Hz。