數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)說(shuō)明

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題目數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師2017年4月8日數(shù)字電子鐘課程設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（1）設(shè)計(jì)一個(gè)有“時(shí)”、“分”、“秒”（23小時(shí)59分59秒）顯示，且有校時(shí)功能的電子鐘。（2）用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘。（3）畫出框圖和邏輯電路圖，寫出設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。（5）整點(diǎn)報(bào)時(shí)。在59分51秒、53秒、55秒、57秒輸出500Hz音頻信號(hào)，在59分59秒時(shí)輸出1000Hz信號(hào)，音頻持續(xù)1s，在1000Hz熒屏結(jié)束時(shí)刻為整點(diǎn)。二、方案設(shè)計(jì)與論證采用計(jì)數(shù)器芯片，在要求不是很精確的條件下可以利用計(jì)數(shù)器芯片搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的時(shí)鐘電路。電路一般包括以下幾個(gè)部分：振蕩器、分頻器、譯碼顯示電路、時(shí)分秒計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路。對(duì)于各個(gè)部分而言數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)應(yīng)該是頻率相當(dāng)穩(wěn)定的1HZ秒脈沖，所以要設(shè)置時(shí)間源。數(shù)字鐘計(jì)時(shí)周期是24小時(shí)，因此必須設(shè)置24小時(shí)計(jì)數(shù)器，他應(yīng)由模為60的秒計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器及模為24的時(shí)計(jì)數(shù)器組成，秒、分、時(shí)由七段數(shù)碼管顯示。為使數(shù)字鐘走時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致，校時(shí)電路是必不可少的。設(shè)計(jì)中采用開關(guān)控制校時(shí)直接用秒脈沖先后對(duì)“時(shí)”“分”“秒”計(jì)數(shù)器進(jìn)行校時(shí)操作。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1.振蕩器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(jiǎn)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(guò)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。這用壓電諧振的頻率即為晶體振蕩器的固有頻率。一般來(lái)說(shuō)，般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高也可以采用由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器。如圖所示。設(shè)振蕩頻率f=1KHz，R為可調(diào)電阻，微調(diào)R1可以調(diào)出1KHz輸出。2.分頻器由于振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒脈沖需要分頻，本實(shí)驗(yàn)采用一片74LS90和兩片74LS160實(shí)現(xiàn)，得到需要的秒脈沖信號(hào)。3.計(jì)數(shù)器秒脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)器，分別得到“秒”個(gè)位、十位、“分”個(gè)位、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)為二十四進(jìn)制。（1）六十進(jìn)制計(jì)數(shù)由分頻器來(lái)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)。本作品選用一片74LS161和一片74LS160采取同步置數(shù)的方式組成六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。（2）二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)“24翻1”小時(shí)計(jì)數(shù)器按照“00—01—02……22—23—00—01”規(guī)律計(jì)數(shù)。與生活中計(jì)數(shù)規(guī)律相同。二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)同樣選用74LS161和74LS160計(jì)數(shù)芯片。但清零方式采用的是異步清零方式。4．譯碼器

譯碼是指把給定的代碼進(jìn)行翻譯的過(guò)程。計(jì)數(shù)器采用的碼制不同，譯碼電路也不同。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/動(dòng)態(tài)滅燈輸出BI/RBO,當(dāng)LT=0時(shí)，74LS48出去全1。5．顯示器

本系統(tǒng)用七段發(fā)光二極管來(lái)顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種：共陽(yáng)極顯示器或共陰極顯示器。74LS48譯碼器對(duì)應(yīng)的顯示器是共陰極顯示器。6．校時(shí)電路當(dāng)數(shù)字鐘走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間。校時(shí)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)”“分”“秒”的校準(zhǔn)。在電路中設(shè)有正常計(jì)時(shí)和校對(duì)位置。本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)“時(shí)”“分”的校對(duì)。對(duì)校時(shí)的要求是，在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。需要注意的時(shí)，校時(shí)電路是由與非門構(gòu)成的組合邏輯電路，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，為防止這一情況的發(fā)生我們接入一個(gè)由RS觸發(fā)器組成的防抖動(dòng)電路來(lái)控制。校時(shí)開關(guān)功能表S1S2功能11計(jì)數(shù)01校分10校時(shí)7.電源本作品芯片均采用TTL電平，故選用7805穩(wěn)壓芯片進(jìn)行供電，其輸入電壓:7~40V；輸出電壓:4.85V~5.00V~5.15V(最小值--典型值--最大值)；壓差：2~2.5V（典型值—最大值）；靜態(tài)電流：3.9~8mA（典型值—最大值）8.功能擴(kuò)展電路——整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的功能要求是，每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快要到整點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時(shí)刻為整點(diǎn)時(shí)刻。設(shè)4聲低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音（約1KHz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時(shí)間均為1秒。CP（秒）Q3S1Q2S1Q1S1Q0S1功能500000

510001鳴低音520010停530011鳴低音540100停550101鳴低音560110停570111鳴低音581000低591001鳴高音000000停四、總原理圖及元器件清單1．總原理圖1．元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注74LS1603十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS1613