多功能数字时钟(19页).doc
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1、-多功能数字时钟-第 17 页毕业设计论文多功能数字时钟 系 电子信息工程系 专业 应用电子技术 姓名 徐广瀚 班级 电子092班 学号 0901023228 指导老师 职称 指导老师 职称 设计时间 2011.10.31 摘要本文是对多功能数字时钟进行设计与制作。首先是对多功能数字时钟的系统框图进行设计,再根据总设计分别对其各个单元的电路进行设计与制作,实现了从整体到局部,从粗到细的设计,同时并对各个电路所需要的元件及功能进行了介绍。此多功能时钟的设计,在完成基本钟表所具有的功能的基础上又实现了定时控制、仿广播电台报时功能、自动报整点时数、触摸报整点时数等多项功能。关键词: PCB板;译码器
2、;计数器;校时电路目 录摘要2第一章 引言4第二章 任务书的设计52.1、设计任务52.2、技术要求52.2.1、基本功能要求52.2.2、扩展功能要求5第三章 多功能数字时钟设计6、多功能数字时钟系统设计方案6、多功能数字时钟各单元电路的设计7.1 振荡电路73.2.2 计数电路103.2.3校时电路153.2.4 译码与显示电路16 3.2.5 PCB图19第四章 仿真调试20主体电路部分20振荡电路部分20计数电路部分20校时电路部分214.2 扩展电路部分21、定时控制21、仿广播电台正点报时21、触摸报整点时数22第五章 结 语23致 谢24参考文献25第一章 引言随着信息时代的到来
3、,电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用,运用模电和数电知识设计的电子产品成为社会生活不可缺少的一部分。现在我国的电子业发展非常快速,电子业的发展有利于钟表业的发展。在中国钟表发展史上,国产机芯研制的失败已经成为过去,“组装业”作为新兴钟表工业的起步阶段也已成为过去。一支新的充满智慧的钟表精英在成长。我们相信在科技高速发展的今天,钟表业运用当今材料工业、电子工业和其他领域的最新技术,一定会生产出代表中国科学水平的产品。我们希望钟表业的精英们在提高制造技术水平中不断创新,培育出拥有自主知识产权的品牌。这正是中国钟表业发展的希望。电子技术的不断发展,使得数字电子技术在设计中所体现出来的优势越来
4、越明显,它不仅是电子信息类专业的一个重要部分,而且在其它类专业工程中也是不可缺少的。报警电路、时序控制电路作为子系统的应用,发展更是迅速,已成为新一代一些电子设备不可缺少的核心部件,其现实生活中的运用也是非常普遍和广泛。数字钟被广泛用于个人家庭,车站, 码头、办公室等公共场所,成为人们日常生活中的必需品。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,运用超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启
5、用等,所有这些,都是以钟表数字化为基础的。因此,研究数字钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。根据这次毕业设计的内容和要求,我首先进行了整体方案的构思,通过在图书馆查阅资料,并分析和比较,选取了一种简单而且可行性高的方案。以下就是我对本次多功能数字时钟的设计,该设计为日常生活的人们提供了先进使用方法,同时带来了很大的方便,对于现在社会,人们越来越重视时间观念,这次设计无论是在现阶段还是在将来都是非常有意义的。第二章 任务书的设计2.1、设计任务设计一种多功能数字钟,该数字钟具有基本功能和扩展功能两部分。其中,基本功能部分的有准确计时,以数字形式显示时、分、秒的时间和校时功能。扩展功能部分则具有:
6、定时控制、仿广播电台正点报时、自动报整点时数和触摸报正点的功能。数字钟的电路也是由主体电路和扩展电路两部分构成,在电路中,基本功能部分由主体电路实现,而扩展功能部分则由扩展电路实现。这两部分都有一个共同特点就是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,各位均为两为显示,扩展部分要有相应的响应电路。2.2、技术要求.1、基本功能要求(1)时的计时要求为“12翻1”,分和秒的计时要求为60进制;(2)准确计时,以数字形式显示时、分、秒的时间;(3)校正时间。.2、扩展功能要求(1)定
7、时控制;(2)仿广播电台报时功能;(3)自动报整点时数;(4)触摸报整点时数。第三章 多功能数字时钟设计、多功能数字时钟系统设计方案根据设计要求,首先建立了一个多功能数字钟电路系统的组成框图,框图如图(1)所示。图1 多功能数字钟电路系统的组成框图由图(1)可知,电路的工作原理是:多功能数字时钟电路由主体电路和扩展电路两大部分组成。其中主体电路完成数字时钟的基本功能,扩展电路完成数字时钟的扩展功能。振荡器产生的高脉冲信号作为数字钟的振源,再经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器计满60后向分计数器个位进位,分计数器计满60后向小时计数器个位进位并且小时计数器按照“12翻1”的规律计数。计数器的输出经
8、译码器送显示器。计时出现误差时电路进行校时、校分、校秒。扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行扩展功能。通过以上多功能数字时钟电路系统框图的设计,以下将对各单元电路的设计与制作进行介绍。3.2、多功能数字时钟各单元电路的设计在本次设计中,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。主体电路部分的电路主要由振荡电路、计数电路、显示电路以及校时电路四大部分组成。下面将对各部分电路进行设计。振荡电路 1、振荡电路图设计如下图(2)所示:图2 振荡电路根据图(2)可知,电路的工作原理是:石英晶体振荡器提供的频率为1MHz,CD4518组成十分频电路。并且一个 CD4518可
9、以组成两个十分频电路即:CD4518的引脚2与引脚6组成一个十分频电路而引脚10与引脚14组成另一个十分频电路。晶振的输出接入第一块CD4518的输入引脚2,经过一次十分频,频率变为100KHz。输出引脚6接入同一块CD4518的引脚10经第二次分频,频率变为10KHz。输出引脚接人第二块CD4518的输入引脚2再经一次分频,频率变为1KHz。这样经过六次分频最后可以得到1Hz的频率。振荡电路由振荡器和分频器产生 1Hz时钟脉冲和扩展部分所需的频率,下面对振荡器和分频器两部分进行介绍。(1) 振荡器数字电路中的时钟是由振荡器产生的,振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精度决定了数字钟计
10、时的准确程度,一般来说,振荡器的频率越高,计时精度越高。如果想要获得高的精度,就应该在振荡电路中使用石英晶体作振源。在数字钟的设计与制作中应采用石英晶体振荡器,因为石英晶体具有压电效应,是一个压电器件。当交流电压加在晶体两端,晶体先随电压变化产生对应的变化,然后机械振动又使晶体表面产生交变电荷。当晶体几何尺寸和结构一定时,它本生有一个固定的机械频率。当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率时,晶体片的机械振动最大,晶体表面电荷量最多,外电路的交流电流最强,于是产生振荡,因此将石英晶体按一定方位切割成片,两边傅以电极,焊上引线,再用金属或玻璃外壳封装即构成石英晶体。石英晶体的固有频率十分稳定。另外
11、石英晶体的振动具有多谐性,除了基频振动外,还有奇次次泛音振动,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。在设计中所用的振荡器的电路图如图(3)所示,该电路能产生1MHz的方波脉冲振荡信号。图3 石英晶体振荡器(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,分频器的功能主要有两个:一是产生标准脉冲信号;二是功能扩展电路所需的信号,如仿电台用的1KHz的高频信号和500Hz
12、的低频信号等。在本次设计中所用的分频器的电路图如图(4),电路经过十分频后将晶振来的1MHz的振荡脉冲变为1Hz的脉冲信号,该信号作为计数器的计数脉冲使用。图4 分频器的电路图在此电路中作为分频器的元件是:CD4518。(表1 CD4518的功能表)CD4518可以组成二分频电路和十分频电路。用CD4518组成二分频的电路如图(5);用CD4518组成十分频的电路如图(6)输入输出CKCREN上升沿LH加计数LL上升沿加计数下降沿LX保 持XL上升沿上升沿LLHL下降沿XLX全为L表1 CD4518的功能表 Cr CPEN Cr CP 输出输入 输入 输出 清零图5 二分频的电路图 图6 十分
13、频的电路图3.2.2 计数电路本次设计的多功能数字钟的计数电路是用两个六十进制计数电路和“12翻1”计数电路实现的。数字钟的计数电路的设计可以用反馈清零法。以六十进制为例,当计数器从00,01,02,59计数时,反馈门不起作用,只有当第60个秒脉冲到来时,反馈信号随即将计数电路清零,实现模为60的循环计数。下面将分别介绍60进制计数器和“12翻1”小时计数器。 1、60进制计数器,电路如图(7)所示。图7 60进制计数器电路图在电路中,74LS92作为十位计数器,在电路中采用六进制计数;74LS90作为个位计数器在电路中采用十进制计数。当74LS90的14脚接振荡电路的输出脉冲1Hz时74LS
14、90开始工作,它计时到10时向十位计数器74LS92进位。下面对电路中所用的主要元件及功能介绍。(1)十进制计数器 74LS90 74LS90是二五十进制计数器,它有两个时钟输入端CPA和CPB。其中,CPA和组成一位二进制计数器;CPB和组成五进制计数器;若将与相连接,时钟脉冲从输入,则构成了8421BCD码十进制计数器。74LS90有两个清零端R0(1)、 R0 (2) 两个置9端R9(1)和R9(2),其BCD码十进制计数时序如表2,二五混合进制计数时序如表3,74LS90的管脚图如图(8)。图8 74LS90的管脚图CP CP 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 1
15、1 0 0 0 12 0 0 1 0 2 0 0 1 03 0 0 1 1 3 0 0 1 14 0 1 0 0 4 0 1 0 05 0 1 0 1 5 1 0 0 06 0 1 1 0 6 1 0 0 17 0 1 1 1 7 1 0 1 08 1 0 0 0 8 1 0 1 19 1 0 0 1 9 1 1 0 0表2 BCD码十进制计数时序 表3 二五混合进制计数时序(2)异步计数器74LS92 所谓异步计数器是指计数器内各触发器的时钟信号不是来自于同一外接输入时钟信号,因而触发器不是同时翻转。这种计数器的计数速度慢。一异步计数器 74LS92是二六十二进制计数器,即和组成二进制计数器
16、,和在74LS92中为六进制计数器。当和相连,时钟脉冲从输入,74LS92构成十六进制计数器。74LS92的管脚图如图(9)。图9 74LS92的管脚图 表4 74LS92 计数功能表2、“12翻1”小时计数器电路,电路如图(11)所示。图10 “12翻1”小时计数器电路图“12翻1”小时 计数器是按照“01020304050607080910111201”规律计数的,计数器的计数状态转换表如表4所示。十位 个位十位 个位CPQ10Q03 Q02 Q01 Q00CP Q10Q03 Q02 Q01 Q0001234567 000000000 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10
17、 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 1891011121300011101 0 0 01 0 0 11 0 1 00 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 0 1表5“12翻1”小时计时时序“12翻1”小时计数器电路的工作原理电路的工作原理由表可知:计数器的状态要发生两次跳跃,一是:计数器计到9,即个位计数器的状态为 =1001后,在下一计数脉冲的作用下计数器进入暂态1010,利用暂态的两个1即使个位异步置0,同时向十位计数器进位使 =1;二是计数到12后,在第13个计数脉冲作用下个位计数器的状态应为 =0001,十位计数器的 =0。第二次跳跃的十位清“0”和个位置“1
18、”的输出端、来产生。对电路中所用的主要元件及功能介绍。分别是D触发器74LS74和计数器74LS191 74LS191的管脚(1)D触发器74LS74D触发器74LS74,如图(11)图11 74LS74的管脚图下面将介绍一些有关触发器的内容:触发器,它是由门电路构成的逻辑电路,它的输出具有两个稳定的物理状态(高电平和低电平),所以它能记忆一位二进制代码。触发器是存放在二进制信息的最基本的单元。按其功能可为基本RS触发器触、JK触发器、D触发器和T触发器。这几种触发器都有集成电路产品。其中应用最广泛的当数JK触发器和D触发器。不过,深刻理解RS触发器对全面掌握触发器的工作方式或动作特点是至关重
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