數(shù)字時鐘綜述【文獻綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻綜述</b></p><p><b>　　電子信息工程</b></p><p><b>　　數(shù)字時鐘綜述</b></p><p>　　摘要：在現(xiàn)代科技不斷發(fā)展中，數(shù)字鐘已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚纳畋匦杵?。?shù)字鐘具有走時準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、顯示直觀、附加功能

2、多等優(yōu)點，使它廣泛的應(yīng)用于個人家庭以及車站、碼頭、劇院、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來了極大的方便。</p><p>　　關(guān)鍵字：數(shù)字鐘；優(yōu)點</p><p>　　1.各種計時工具的發(fā)展</p><p>　　在人類社會早期對時間沒有精確的計量，只能用“太陽出山”“雞叫三遍”“月掛樹梢”等模糊概念計時。</p><p>　

3、　到了春秋時期已經(jīng)用圭表、漏刻的等計時器。圭表即日晷，有日晷針盤組成。晷針插在盤中心，晷盤上刻著表示時刻的分劃。太陽照射的針影投射在晷盤的分劃上，就能指示出時刻。在陰雨天和夜晚就用漏刻，漏刻又稱漏壺，包括下有小孔的銅壺和帶有刻度的刻箭兩部分。水勻速流下，通過刻度觀察水位變化，即可確定時刻。</p><p>　　唐代僧一行發(fā)明了最早的自鳴鐘，用漏水激輪，一日一夜轉(zhuǎn)一周，29轉(zhuǎn)多為一個月365轉(zhuǎn)為一年。同時裝有兩個木

4、人，每一刻一擊鼓，一個時辰一撞鐘。元代郭守敬也曾發(fā)明出不同聲音的機械報時鐘。民間更多使用燃香，蠟燭等計時方法。</p><p>　　到了一世紀(jì)的時候，人類發(fā)明了機械鐘，第一臺機械鐘通過使用重物驅(qū)動轉(zhuǎn)輪，帶動指針計時。到了十七世紀(jì)末，一個名叫克里斯蒂安·于讓的荷蘭人，最早發(fā)明了走時準(zhǔn)確的鐘，這些鐘由一個鐘擺控制。他利用的是相同長度的鐘擺完成每次擺動花去相同的時間這個原理。在1929年的時候，出現(xiàn)了石英鐘，

5、石英是一種礦物，當(dāng)電流通過它時，它每秒鐘振動32768次。今天，大多數(shù)的鐘表都有一塊石英晶體。許多鐘表使用數(shù)字代替了鐘面。1949年，人們發(fā)明了原子鐘，原子鐘是最精確的。這種時鐘在37萬年里快慢誤差不會超過1秒。原子鐘以銫原子的振動為基礎(chǔ)，銫原子的振動速率是每秒9192631770次。在1957年時，出現(xiàn)了電動手表，電動手表是由小電池提供動力的。它們有一個微小的音叉使手表走時，從而代替了上發(fā)條。</p><p>

6、　　到了20世紀(jì)80年代初的時候，人類發(fā)明了數(shù)字鐘，一直到今天，數(shù)字鐘一直被人們廣泛使用中?，F(xiàn)在的數(shù)字表都有一塊電池、一個極小的計算器和一個石英晶體。人們做表，越做越小，甚至把它們當(dāng)作飾物來佩戴[1]。</p><p><b>　　2.數(shù)字鐘的概述</b></p><p><b>　　2.1數(shù)字鐘的定義</b></p><p&

7、gt;　　數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒的計時裝置。與一般的時鐘相比，數(shù)字鐘具有走時準(zhǔn)確，顯示直觀，具有更長的使用壽命等優(yōu)點，被人們得以廣泛的使用。</p><p>　　數(shù)字鐘沒有任何的機械裝置，它由一塊組件獨立構(gòu)成的時鐘集成電路專用芯片，在這芯片上集成了計數(shù)器、比較器、振蕩器、譯碼器和驅(qū)動等電路。其電路是能夠直接顯示時、分、秒、年、月、日，具有定時、報警等多種接口轉(zhuǎn)換的大規(guī)模集成電路，具有功能完整，結(jié)構(gòu)

8、新穎，功耗低，性能卓越，驅(qū)動能起強，集成化程度高，計時精度高，應(yīng)用擴展領(lǐng)域廣等特點[2]。 </p><p>　　圖.1 多功能數(shù)字鐘</p><p>　　2.2數(shù)字鐘的起源發(fā)展。</p><p>　　多功能數(shù)字鐘最早起源于歐洲中世紀(jì)的教堂，是完全機械式結(jié)構(gòu)，動力使用重錘，打點鐘聲完全使用人工撞擊鑄鐘，因此當(dāng)時一個多功能數(shù)字鐘工程在建筑和機械結(jié)構(gòu)方面是相當(dāng)復(fù)雜的。進

9、入電子時代后，數(shù)字鐘也相應(yīng)出現(xiàn)。早期的數(shù)字鐘仍采用分立式元件或中、小規(guī)模集成電路設(shè)計制造，一般只與高檔儀器儀表設(shè)備相配套，并且體積較大，價格又昂貴。到了八十年代初期，隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展和電子科學(xué)技術(shù)的進步，國外一些芯片廠家已經(jīng)建立了大規(guī)模集成電路的設(shè)計中心，采用新器件、新技術(shù)、新工藝，使數(shù)字鐘電路得以比較完美。我國數(shù)字鐘行業(yè)從80年代起逐漸成長壯大起來，目前在技術(shù)及應(yīng)用水平上已經(jīng)達到世界同類水平。</p><p&

10、gt;　　隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，隨著人類社會的不斷進步，人們對數(shù)字鐘的要求也越來越高，傳統(tǒng)的時鐘已經(jīng)不能滿足人們需求。多功能數(shù)字鐘不管在樣式上還是性能上都有了一個質(zhì)的突破。外觀上它根據(jù)人們的需求，可以有液晶顯示，也可以是數(shù)碼管顯示。在性能上它也出現(xiàn)了很多的附加功能，比如整點報時，鬧鐘，顯示環(huán)境溫度， 秒表等功能。當(dāng)然它還可以通過按鍵進行定時，校時功能。這些都給人們的日常生活帶來了極大的方便[3-4]。</p><p

11、>　　2.3數(shù)字鐘的計時原理</p><p>　　數(shù)字計時器一般由振蕩器、分頻器計數(shù)器、譯碼器、顯示器等幾部分組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的時標(biāo)信號發(fā)送到分頻器，分頻電路將時標(biāo)信號分成每秒一次的方波做為秒信號，秒信號送入計數(shù)器開始計數(shù)，并把累計的結(jié)果以“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。</p><p>　　現(xiàn)在市面上的數(shù)字鐘的精確度都不同，決定其精確度的就是頻率的基準(zhǔn)。目前數(shù)字鐘的頻

12、率基準(zhǔn)有兩種，一是以市電工頻頻率（50Hz或60Hz）為基準(zhǔn)，其準(zhǔn)確度受當(dāng)?shù)厥须婎l率的牽制，日誤差一般大于±10秒；另一種是高頻晶振頻率經(jīng)分頻后作頻率源，準(zhǔn)確度大大提高[5]。</p><p>　　圖2.數(shù)字鐘計時原理框圖</p><p>　　3.各種設(shè)計方法介紹</p><p>　　目前數(shù)字鐘設(shè)計一般分為兩大類：第一類是指利用中小規(guī)模集成電路實現(xiàn)組合邏輯

13、與時序邏輯電路來實現(xiàn)數(shù)字鐘的設(shè)計；一種是利用單片機或者可編程邏輯器件來實現(xiàn)數(shù)字鐘的設(shè)計。因為數(shù)字鐘具有走時精準(zhǔn)的特點，所以在設(shè)計上必須得時間的誤差達到最小。而數(shù)字鐘的功能也要齊全。我們設(shè)計的數(shù)字鐘一般要具有時分、秒計數(shù)顯示、鬧鐘功能，能夠利用按鍵實現(xiàn)對鬧鐘時間的設(shè)定并在當(dāng)前顯示時間到時能夠進行鬧鐘提示[6]。</p><p>　　3.1用集成電路實現(xiàn)數(shù)字鐘</p><p>　　目前流行的數(shù)

14、字鐘電路有兩種：一種是用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器作為時鐘源的數(shù)字鐘電路，另一種是采用石英晶體振蕩器作為時鐘源的數(shù)字鐘電路。兩種方法各有優(yōu)缺點，用555定時器中的兩個運算放大器作為電壓的比較器，靈敏度非常高。因此用這種器件構(gòu)成的多諧振蕩器頻率穩(wěn)定，受電源電壓及環(huán)境溫度的影響很小。缺點是占空比的調(diào)節(jié)不靈活，振蕩頻率不能太高，一般不超過幾百赫茲。石英晶體兩端加不同頻率的電壓信號石英晶體會表現(xiàn)出不同的阻抗值。因此，對頻率要求很高的情況下要采

15、用石英晶體振蕩器。這種用集成電路設(shè)計的數(shù)字鐘，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，在基本電路的基礎(chǔ)上，還能擴展其他的功能[7]。</p><p>　　圖3.數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖</p><p>　　3.2基于單片機的數(shù)字鐘設(shè)計</p><p>　　單片機在多功能計時器中的應(yīng)用已經(jīng)是非常普遍。由單片機作為計時器的核心控制器，可以通過它的時鐘信號進行計時實現(xiàn)計時功能，將其時間數(shù)據(jù)經(jīng)單

16、片機輸出，利用顯示器顯示出來。通過鍵盤可以進行定時、校時功能。輸出設(shè)備顯示器可以用液晶顯示技術(shù)和數(shù)碼管顯示技術(shù)完成。應(yīng)用單片機實現(xiàn)的數(shù)字鐘具有很強的實用性,系統(tǒng)硬件具有外圍器件少、電路簡單、成本低等優(yōu)點,整個系統(tǒng)作為獨立化的模塊,還可以進一步擴展,具有良好的應(yīng)用前景[8]。</p><p>　　圖4.基于單片機的數(shù)字鐘設(shè)計框圖</p><p>　　3.3基于FPGA的數(shù)字鐘設(shè)計</p

17、><p>　　用FPGA設(shè)計數(shù)字鐘，主要是通過VHDL語言編寫代碼，然后，然后用模擬器驗證其功能，再將設(shè)計代碼綜合成門級電路，最后下載到可編程邏輯器件FPGA 中來實現(xiàn)一個設(shè)計。由于VHDL 語言具有支持大規(guī)模設(shè)計和再利用已有設(shè)計等優(yōu)點，因此使用VHDL 語言來設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)已成為一種潮流。</p><p>　　FPGA具有在線編程，裁減擴充容易等特點，使得系統(tǒng)的改進和完善十分容易，因此還可以根

18、據(jù)數(shù)字鐘的具體應(yīng)用場合，使其不僅僅局限于時間和日期等日常需要，例如導(dǎo)航、報警、定位等相應(yīng)功能滿足越來越多行業(yè)的需求[9-11]。</p><p>　　圖5.基于FPGA的數(shù)字鐘設(shè)計的結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　4.總結(jié)</b></p><p>　　隨著電子技術(shù)在不斷進步，機械式時鐘已經(jīng)被淘汰，取而代之的是具有高度準(zhǔn)確性和直觀性且無機械

19、裝置，具有更長的使用壽命等優(yōu)點的數(shù)字時鐘。數(shù)字時鐘更具人性化，更能提高人們的生活質(zhì)量，更受人們歡迎。無可否認機械時代已經(jīng)過去，電子時代已經(jīng)到來。作為新時代的我們，更應(yīng)該提高自身能力，適應(yīng)新時代的發(fā)展。知識來自實踐，多去生活中探詢所需要的。對于上述所提到的研究課題，我們應(yīng)盡量考慮到人的因素，增強時鐘的實用性和操作性，為使用者提供切實的方便，營造一種舒適的生活氛圍。所以，在設(shè)計的時候，應(yīng)該從多方面、多角度去考慮問題而且應(yīng)該進一步提高時鐘的質(zhì)

20、量，并盡可能的增加一些使用功能。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] Spiwak, Marc.Build A Digital Clock[J]. Popular Electronics,2007,(7):61-67.</p><p>　　[2] 于瑩瑩,林喆.一種數(shù)字鐘的設(shè)計[J].電大理工，2010,3

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