數(shù)字時(shí)鐘

摘要：本文利用數(shù)字電路知識(shí)設(shè)計(jì)數(shù)字鐘，該數(shù)字鐘可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)計(jì)時(shí)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)、校時(shí)功能。系統(tǒng)分為4個(gè)模塊，即計(jì)數(shù)模塊、較時(shí)模塊、報(bào)時(shí)模塊以及顯示模塊。利用555芯片構(gòu)成振蕩電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)經(jīng)分頻器分頻獲得時(shí)基脈沖和報(bào)時(shí)脈沖。再經(jīng)計(jì)數(shù)器和譯碼器構(gòu)成系統(tǒng)的主體電路，在主體電路的基礎(chǔ)上增加相應(yīng)邏輯結(jié)構(gòu)構(gòu)成報(bào)時(shí)電路和校時(shí)電路。

關(guān)鍵詞：脈沖；計(jì)數(shù)器；分頻器；報(bào)時(shí)；校時(shí)

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 (2012) 06-0095-01

一、電路設(shè)計(jì)原理與實(shí)驗(yàn)電路

數(shù)字電子鐘由555組成的多諧振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器顯示器和校時(shí)電路組成。

（一）設(shè)計(jì)任務(wù)及要求

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.功能擴(kuò)展：（1）整點(diǎn)報(bào)時(shí)。（2）在計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)能通過校時(shí)電路進(jìn)行校正。

（二）計(jì)時(shí)器的特點(diǎn)及其應(yīng)用

本數(shù)字鐘能清晰地顯示時(shí)、分、秒之間的相互變化，并具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)和手動(dòng)校時(shí)的功能，電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，模塊化明顯。

（三）設(shè)計(jì)方案

數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由主體電路和擴(kuò)展電路兩大部分組成。其中，主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，擴(kuò)展電路完成數(shù)字鐘的擴(kuò)展功能。該系統(tǒng)的工作原理是：振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定高頻脈沖信號(hào)，作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，再經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)計(jì)滿60后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按照“24翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)可以用校時(shí)電路進(jìn)行較時(shí)、校分、校秒。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)行功能擴(kuò)展。

數(shù)字鐘的邏輯框圖它由５５５振蕩器、分頻器計(jì)數(shù)器、譯碼器顯示器和校時(shí)電路組成。

（三）單元模塊的設(shè)計(jì)

主體電路由功能部件或單元電路組成，設(shè)計(jì)中采用了模塊化的思想。

1.振蕩器的設(shè)計(jì)。振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度。本設(shè)計(jì)采用了集成定時(shí)器５５５與Ｒ、Ｃ組成多諧振蕩器。

2.分頻器的設(shè)計(jì)。分頻器的功能主要有兩個(gè)：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)；二是提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)，正點(diǎn)報(bào)時(shí)用的是1KHZ的高音頻信號(hào)和500HZ的低音頻信號(hào)。選用3片中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器74LS90來完成上述功能。每片為1/10分頻，3片級(jí)聯(lián)則可以獲得所需要的頻率信號(hào)，即第一片的Q0端輸出頻率為100HZ，第二片的Q3端輸出10HZ，第三片的Q3端輸出為1HZ。

3.時(shí)分秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)。分和秒計(jì)數(shù)器都是模數(shù)M=60的計(jì)數(shù)器，選74LS92作十位計(jì)數(shù)器，74LS90作個(gè)位計(jì)數(shù)器，再將它們級(jí)聯(lián)組成模數(shù)M=60的計(jì)數(shù)器.時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)“24翻1”的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到24時(shí)59分59秒，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖時(shí)，數(shù)字鐘應(yīng)自動(dòng)顯示為01時(shí)00分00秒。

4.譯碼電路的設(shè)計(jì)。譯碼電路由74LS48和八段數(shù)碼顯示器組。74LS90產(chǎn)生的時(shí)間脈沖信號(hào)經(jīng)由74LS48譯碼后翻譯二進(jìn)制代碼，輸入給八段數(shù)碼顯示器顯示相應(yīng)的時(shí)間，本系統(tǒng)中采用共陰極八段數(shù)碼顯示器作為時(shí)間的顯示。

5.較時(shí)電路的設(shè)計(jì)。當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間。通過開關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器對(duì)1HZ的校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。同時(shí)為了緩解開關(guān)產(chǎn)生的抖動(dòng)，需在開關(guān)處各并接一電容。當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間。對(duì)校時(shí)電路的要求是，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)。通過開關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器對(duì)1HZ的校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。

6.報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)。每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快要到正點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲響，前4低音聲響頻率為500HZ，后1高音聲響頻率為1000HZ。并以最后一聲高音結(jié)束的時(shí)刻為正點(diǎn)時(shí)刻。本設(shè)計(jì)中，報(bào)時(shí)電路采用TTL與非門。4聲低音分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音發(fā)生在59分59秒，聲響均持續(xù)1秒。

二、電路板的制作及電路焊接與調(diào)試

（一）電路板的制作

利用protel軟件將已仿真成功后的數(shù)字鐘邏輯框圖繪制成原理圖和PCB圖。

（二）電路安裝

電路的安裝分三步進(jìn)行：元件測(cè)試，元件焊接，系統(tǒng)檢查。

1.元件測(cè)試。全部元件在安裝前都要進(jìn)行檢查

2.元件的焊接。在焊接元器件前應(yīng)先將過孔導(dǎo)線連接好。焊接過程按不同的元件分類進(jìn)行焊接，先將小元件或易于焊接的元器件焊接到銅板上，再進(jìn)行芯片的或難焊接的元件的焊接。焊料尚未凝固以前，不能改變被焊件的位置，因?yàn)楹噶衔茨糖埃绻缓讣南鄬?duì)位置發(fā)生改變，可能出現(xiàn)虛焊.

（三）電路的調(diào)試

接通電源查看數(shù)碼管顯示狀況，看是否出現(xiàn)錯(cuò)誤。若出現(xiàn)錯(cuò)誤，則需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試步驟如下：

1.接通電源逐級(jí)調(diào)試。先檢查各芯片的電源線是否接上，并保證有正常的工作電壓。

2.用萬(wàn)用表在U23（74LS90）的第11腳處測(cè)量輸出電壓，如果指針左右擺動(dòng)，且周期為1秒，則正常。

3.檢查各級(jí)計(jì)數(shù)器的工作情況。

4.觀察校時(shí)電路的功能是否滿足校時(shí)要求，如果不正常，則需檢查74LS92及74LS00芯片。

5.將時(shí)間調(diào)整到59min50s，觀察報(bào)時(shí)電路能否準(zhǔn)確報(bào)時(shí)。如果不正常，則需檢查相應(yīng)的74LS90芯片。

6.整機(jī)聯(lián)調(diào)，使數(shù)字電子時(shí)鐘正常工作。

三、心得與體會(huì)

在完成課程設(shè)計(jì)，我收獲了很多。熟悉了WORD的一些不常用的基本操作，掌握了數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)方法，掌握了數(shù)字鐘的主要性能參數(shù)及其測(cè)量方法，進(jìn)一步對(duì)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)有了更深一層的了解。通過仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)了EWB軟件，加深了由電路原理圖生成PCB，然后再生成實(shí)物的一般過程。

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