數(shù)字時鐘設(shè)計(畢業(yè)論文)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言：4</b></p><p><b>　　1.設(shè)計目的6</b></p><p>　　2.設(shè)計功能要求6</p><p><b>　　3.電路設(shè)計6</b></p&g

2、t;<p><b>　　3.1設(shè)計方案6</b></p><p>　　3.2單元電路的設(shè)計7</p><p>　　3.2.1 主體電路部分7</p><p>　　3.2.1.1 振蕩電路8</p><p>　　3.2.1.2 計數(shù)電路12</p><p>　　3.2.1.3

3、 校時電路17</p><p>　　3.2.1.4 譯碼與顯示電路19</p><p>　　3.2.2擴(kuò)展功功能電路的設(shè)計21</p><p>　　3.2.2.1定時控制電路21</p><p><b>　　4.調(diào)試23</b></p><p>　　4.1主體電路部分23</p&

4、gt;<p>　　4.2 擴(kuò)展電路部分25</p><p><b>　　5.總結(jié)25</b></p><p><b>　　致 謝26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>　　附錄29</b&

5、gt;</p><p><b>　　前言：</b></p><p>　　中國是世界上最早發(fā)明計時儀器的國家。有史料記載，漢武帝太初年間（紀(jì)元前104-101年）由落下閎創(chuàng)造了我國最早的表示天體運(yùn)行的儀器——渾天儀。東漢時期（公元130年）張衡創(chuàng)造了水運(yùn)渾天儀，為世界上最早的以水為動力的觀測天象的機(jī)械計時器，是世界機(jī)械天文鐘的先驅(qū)。盛唐時代，公元725年張遂（又稱一行）

6、和梁令瓚等人創(chuàng)制了水運(yùn)渾天銅儀，它不但能演示天球和日、月的運(yùn)動，而且立了兩個木人，按時擊鼓，按時打鐘。第一個機(jī)械鐘的靈魂——擒縱器用于計時器，這是中國科學(xué)家對人類計時科學(xué)的偉大貢獻(xiàn)。它比十四世紀(jì)歐洲出現(xiàn)的機(jī)械鐘先行了六個世紀(jì)。</p><p>　　第一只石英鐘出現(xiàn)在二十世紀(jì)二十年代，從三十年代開始得到了推廣，從六十年代開始，由于應(yīng)用半導(dǎo)體技術(shù)，成功地解決了制造日用石英鐘問題，石英電子技術(shù)在計時領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用

7、。并取代機(jī)械鐘做了更精確的時間標(biāo)準(zhǔn)。早在1880年，法國人皮埃爾·居里和保羅·雅克·居里就發(fā)現(xiàn)了石英晶體有壓電的特性，這是制造鐘表“心臟”的良好材料?？茖W(xué)家以石英晶體制成的振蕩計時器和電子鐘組合制成了石英鐘。經(jīng)過測試，一只高精度的石英鐘表，每年的誤差僅為3-5秒。1942年，著名的英國格林尼治天文臺也開始采用了石英鐘作為計時工具。在許多場合，它還經(jīng)常被列為頻率的基本標(biāo)準(zhǔn)，用于日常測量與檢測。大約在 1970

8、 年前后，石英鐘表開始進(jìn)入市場，風(fēng)靡全球。隨著科學(xué)的進(jìn)步，精密的電子元件不斷涌現(xiàn)，石英鐘表也開始變得小巧精致，它既是實用品，也是裝飾品。它為人們的生活提供方便，更為人們的生活增添了新的色彩。 在現(xiàn)行情況下根據(jù)簡單實用強(qiáng)的、走時準(zhǔn)確進(jìn)行設(shè)計。而實驗證明，鐘表的振蕩部分采用石英晶體作為時基信號源時，走時更精確、調(diào)整更方便。鐘是一種計時的器具，它的出現(xiàn)開拓了時間計量的新里程。提起時鐘大家都很熟悉，它是給我們指明時間的一種計時</p>

9、;<p>　　（1）從生產(chǎn)機(jī)械表轉(zhuǎn)為石英電子表； </p><p>　?。?）曾占據(jù)中國消費(fèi)市場四十多年的大型國有企業(yè)突然被剛剛冒起的“組業(yè)”所取代，鐘表生產(chǎn)中心轉(zhuǎn)向中國南方沿海一帶；</p><p>　　（3）中國鐘表業(yè)發(fā)展從以機(jī)芯為龍頭改為以手表外觀件為龍頭。</p><p>　　這場轉(zhuǎn)折以迅雷不及掩耳的速度，沖擊著傳統(tǒng)的中國鐘表工業(yè)。中

10、國的鐘表業(yè)從技術(shù)簡單、零件少的石英鐘機(jī)芯制造入手。最初石英鐘機(jī)芯全靠從日本、德國進(jìn)口，1989年開始完全自己生產(chǎn)，包括模具的制造加工。近十余年，逐漸提高機(jī)芯質(zhì)量的穩(wěn)定性，同時轉(zhuǎn)向?qū)κ直頇C(jī)芯研制與開發(fā)。目前石英鐘表機(jī)芯生產(chǎn)主要在福建省福州、廣東東莞、番禺；機(jī)械鐘表機(jī)芯在上海、山東等地。</p><p>　　現(xiàn)在我國的電子業(yè)發(fā)展非?？焖?，電子業(yè)的發(fā)展有利于鐘表業(yè)的發(fā)展。在中國鐘表發(fā)展史上，國產(chǎn)機(jī)芯研制的失敗已經(jīng)成為過

11、去，“組裝業(yè)”作為新興鐘表工業(yè)的起步階段也已成為過去。一支新的充滿智慧的鐘表精英在成長。</p><p>　　我們相信在科技高速發(fā)展的今天，鐘表業(yè)運(yùn)用當(dāng)今材料工業(yè)、電子工業(yè)和其他領(lǐng)域的最新技術(shù)，一定會生產(chǎn)出代表中國科學(xué)水平的產(chǎn)品。我們希望鐘表業(yè)的精英們在提高制造技術(shù)水平中不斷創(chuàng)新，培育出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的品牌。這正是中國鐘表業(yè)發(fā)展的希望。</p><p>　　數(shù)字鐘被廣泛用于個人家庭,車站

12、, 碼頭、辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵?。由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,運(yùn)用超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴(kuò)展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實的意義

13、。</p><p><b>　　1.設(shè)計目的</b></p><p>　　設(shè)計一種多功能數(shù)字鐘，該數(shù)字鐘具有基本功能和擴(kuò)展功能兩部分。其中，基本功能部分的有準(zhǔn)確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間和校時功能。擴(kuò)展功能部分則具有：定時控制、、自動報整點(diǎn)時數(shù)和觸摸報正點(diǎn)的功能。數(shù)字鐘的電路也是由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分構(gòu)成，在電路中，基本功能部分由主體電路實現(xiàn)，而擴(kuò)展功能

14、部電路實現(xiàn)。這兩部分都有一個共同特點(diǎn)就是它們都要用到振蕩電路提供的1Hz脈沖信號。在計時出現(xiàn)誤差時電路還可以進(jìn)行校時和校分，為了使電路簡單所設(shè)計的電路不具備校秒的功能。并且要用數(shù)碼管顯示時、分、秒，各位均為兩位顯示，擴(kuò)展部分要有相應(yīng)的響應(yīng)電路。分則由擴(kuò)展</p><p><b>　　2.設(shè)計功能要求</b></p><p><b>　　基本功能：</b

15、></p><p>　?。?）時的計時要求為“12翻1”，分和秒的計時要求為60進(jìn)制</p><p>　?。?）準(zhǔn)確計時，以數(shù)字形式顯示時，分，秒的時間</p><p><b>　　（3）校正時間</b></p><p><b>　　擴(kuò)展功能：</b></p><p>

16、<b>　?。?）定時控制；</b></p><p>　?。?）仿廣播電臺報時功能；</p><p>　　（3）自動報整點(diǎn)時數(shù)；</p><p>　?。?）觸摸報整點(diǎn)時數(shù)；</p><p><b>　　3.電路設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1設(shè)計方案

17、</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求首先建立了一個多功能 數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖，框圖如圖1所示。</p><p><b>　　主體電路擴(kuò)展電路</b></p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　由圖1可知，電路的工作原理是：多功能數(shù)字鐘電路由主體電路和擴(kuò)展

18、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。</p><p>　　振蕩器產(chǎn)生的高脈沖信號作為數(shù)字鐘的振源，再經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計數(shù)器計滿60后向分計數(shù)器個位進(jìn)位，分計數(shù)器計滿60后向小時計數(shù)器個位進(jìn)位并且小時計數(shù)器按照“12翻1”的規(guī)律計數(shù)。計數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。計時出現(xiàn)誤差時電路進(jìn)行校時、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)行擴(kuò)展功能。&

19、lt;/p><p>　　3.2單元電路的設(shè)計</p><p>　　數(shù)字電子鐘的設(shè)計方法很多種，例如，可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘；也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘；還可以利用單片機(jī)來實現(xiàn)電子鐘等。</p><p>　　在本次設(shè)計，電路是由許多單元電路組成的，因此首先必須對各個單元電路進(jìn)行設(shè)計。</p><p>

20、;　　3.2.1 主體電路部分</p><p>　　主體電路部分的電路主要由振蕩電路、計數(shù)電路、顯示電路以及校時電路四大部分組成。下面將對各部分電路進(jìn)行設(shè)計。</p><p>　　3.2.1.1 振蕩電路</p><p>　　振蕩電路由振蕩器和分頻器產(chǎn)生 1Hz時鐘脈沖和擴(kuò)展部分所需的頻率，下面對振蕩器和分頻器兩部分進(jìn)行介紹。</p><p>

21、;<b>　?。?）振蕩器</b></p><p>　　數(shù)字電路中的時鐘是由振蕩器產(chǎn)生的，振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘計時的準(zhǔn)確程度，一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。它利用某種反饋方式產(chǎn)生時鐘信號。對數(shù)字電路來說，振蕩器的輸出的幅度范圍為0v—5v的方波信號而不是鋸齒波、三角波或其他形式。典型的振蕩器是弛豫振蕩器，它通過一個RC網(wǎng)絡(luò)將反相器的輸出反饋

22、回來并存在一定的工作延遲時間?；镜碾娐啡鐖D2所示。</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　在上述電路中，RI-C網(wǎng)絡(luò)由第一個反相器驅(qū)動，具有RC特性曲線的響應(yīng)信號被反饋給反相器的輸入。當(dāng)電容上的電壓達(dá)到施密特觸發(fā)器輸入反相器的門限電壓的時候，反相器的狀態(tài)發(fā)生改變，并輸出一個新的電壓值。這個輸出電壓經(jīng)過一定的延遲時間再次通過RI—C反饋回來，直

23、到電容電壓再次達(dá)到門限電壓為止。</p><p>　　用施密特觸發(fā)器輸入器件（如74HC04），但是由于電容的參考電壓在每個臨界點(diǎn)都要發(fā)生變化，所以施密特觸發(fā)器不是必需的。由于電容與輸出相連，每次狀態(tài)改變時，電容的充電電壓會超過5V。從這一點(diǎn)來說，輸出電壓會改變電容的充電電壓，直到電容兩端的電壓變?yōu)?4HC04的門限電壓（2.5V）為止。振蕩器輸出狀態(tài)的改變發(fā)生在電容上的電壓達(dá)到2.5V時。</p>

24、<p>　　弛豫振蕩器對許多低成本而精度要求又不高的場所非常適合，但是并不推薦在任何有精度要求的實際應(yīng)用電路采用它。</p><p>　　如果想要獲得高的精度，就應(yīng)該在振蕩電路中使用石英晶體作振源。在數(shù)字鐘的設(shè)計與制作中應(yīng)采用石英晶體振蕩器，因為石英晶體具有壓電效應(yīng)，是一個壓電器件。當(dāng)交流電壓加在晶體兩端，晶體先隨電壓變化產(chǎn)生對應(yīng)的變化，然后機(jī)械振動又使晶體表面產(chǎn)生交變電荷。當(dāng)晶體幾何尺寸和結(jié)構(gòu)一定時

25、，它本生有一個固定的機(jī)械頻率。當(dāng)外加交流電壓的頻率等于晶體的固有頻率時，晶體片的機(jī)械振動最大，晶體表面電荷量最多，外電路的交流電流最強(qiáng)，于是產(chǎn)生振蕩，因此將石英晶體按一定方位切割成片，兩邊傅以電極，焊上引線，再用金屬或玻璃外殼封裝即構(gòu)成石英晶體。石英晶體的固有頻率十分穩(wěn)定。另外石英晶體的振動具有多諧性，除了基頻振動外，還有奇次諧次泛音振動，對于石英晶體，既可利用基頻振動，也可利用泛音振動。前者稱為基頻晶體，后者稱為泛音晶體，晶片厚度與振

26、動頻率成反比，工作頻率越高，要求晶片厚度越薄。將石英晶體作為高Q值諧振回路元件接入反饋電路中，就組成了晶體振蕩器。在設(shè)計中所用的振蕩器的電路圖如圖3所示。該電路能產(chǎn)生1MHz的方波脈沖振蕩信號。</p><p><b>　　圖3</b></p><p><b>　　（2）分頻器</b></p><p>　　分頻器的作用是將

27、由石英晶體產(chǎn)生的高頻信號分頻成基時鐘脈沖信號和擴(kuò)展部分所需的頻率。在此電路中，分頻器的功能主要有兩個：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號；二是功能擴(kuò)展電路所需的信號，如仿電臺用的1KHz的高頻信號和500Hz的低頻信號等.在此電路中作為分頻器的元件是:CD4518。</p><p>　　CD4518可以組成二分頻電路和十分頻電路。用CD4518組成二分頻的電路如圖4；用CD4518組成十分頻的電路如圖5；在本次設(shè)計中所用的分頻

28、器的電路圖如圖6。電路經(jīng)過十分頻后將晶振來的1MHz的振蕩脈沖變?yōu)?Hz的脈沖信號，該信號作為計數(shù)器的計數(shù)脈沖使用。</p><p>　　輸入 輸 出 </p><p>　　輸入 輸入 輸 出</p><p>&

29、lt;b>　　清零</b></p><p>　　圖4 圖5</p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　上表:CD4518的功能表</p><p>　　振蕩器和分頻器兩部分構(gòu)成振蕩電路，它的電路圖如圖7所示。</p>

30、<p>　　根據(jù)圖7可知電路的工作原理是：石英晶體振蕩器提供的頻率為1MHz，CD4518組成十分頻電路。并且一個 CD4518可以組成兩個十分頻電路即：CD4518的引腳2與引腳6組成一個十分頻電路而引腳10與引腳14組成另一個十分頻電路。晶振的輸出接入第一塊CD4518的輸入引腳2，經(jīng)過一次十分頻，頻率變?yōu)?00KHz。輸出引腳6接入同一塊CD4518的引腳10經(jīng)第二次分頻，頻率變?yōu)?0KHz。輸出引腳接人第二塊CD451

31、8的輸入引腳2再經(jīng)一次分頻，頻率變?yōu)?KHz。這樣經(jīng)過六次分頻最后可以得到1Hz的頻率。</p><p><b>　　圖7</b></p><p>　　3.2.1.2 計數(shù)電路</p><p>　　計數(shù)器是一種計算輸入脈沖的時序邏輯網(wǎng)絡(luò)，被計數(shù)的輸入信號就是時序網(wǎng)絡(luò)的時鐘脈沖，它不僅可以計數(shù)而且還可以用來完成其他特定的邏輯功能，如測量、定時控制

32、、數(shù)字運(yùn)算等等。</p><p>　　數(shù)字鐘的計數(shù)電路是用兩個六十進(jìn)制計數(shù)電路和“12翻1”計數(shù)電路實現(xiàn)的。數(shù)字鐘的計數(shù)電路的設(shè)計可以用反饋清零法。當(dāng)計數(shù)器正常計數(shù)時，反饋門不起作用，只有當(dāng)進(jìn)位脈沖到來時，反饋信號將計數(shù)電路清零，實現(xiàn)相應(yīng)模的循環(huán)計數(shù)。以六十進(jìn)制為例，當(dāng)計數(shù)器從00，01，02，……，59計數(shù)時，反饋門不起作用，只有當(dāng)?shù)?0個秒脈沖到來時，反饋信號隨即將計數(shù)電路清零，實現(xiàn)模為60的循環(huán)計數(shù)。<

33、;/p><p>　　下面將分別介紹60進(jìn)制計數(shù)器和“12翻1”小時計數(shù)器。 </p><p>　　（一）60進(jìn)制計數(shù)器</p><p><b>　　電路如圖8所示</b></p><p><b>　　圖8</b></p><p>　　電路中，74LS92作為十位計數(shù)器，在電路中采

34、用六進(jìn)制計數(shù)；74LS90作為個位計數(shù)器在電路中采用十進(jìn)制計數(shù)。當(dāng)74LS90的14腳接振蕩電路的輸出脈沖1Hz時74LS90開始工作，它計時到10時向十位計數(shù)器74LS92進(jìn)位。下面對電路中所用的主要元件及功能介紹。</p><p>　?、?十進(jìn)制計數(shù)器 74LS90 </p><p>　　74LS90是二—五—十進(jìn)制計數(shù)器，它有兩個時鐘輸入端CKA和CKB。其中，CKA和組成一位二進(jìn)

35、制計數(shù)器；CKB和組成五進(jìn)制計數(shù)器；若將與CKB相連接，時鐘脈沖從輸入，則構(gòu)成了8421BCD碼十進(jìn)制計數(shù)器。74LS90有兩個清零端R0（1）、R0（2），兩個置9端R9（1）和R9（2），其BCD碼十進(jìn)制計數(shù)時序如表1，二—五混合進(jìn)制計數(shù)時序如表2，74LS90的管腳圖如圖9。</p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　表1 BCD碼十進(jìn)制計數(shù)

36、時序 表2 二—五混合進(jìn)制計數(shù)時序</p><p>　?、?異步計數(shù)器74LS92</p><p>　　所謂異步計數(shù)器是指計數(shù)器內(nèi)各觸發(fā)器的時鐘信號不是來自于同一外接輸入時鐘信號，因而觸發(fā)器不是同時翻轉(zhuǎn)。這種計數(shù)器的計數(shù)速度慢。一異步計數(shù)器 74LS92是 二—六—十二進(jìn)制計數(shù)器，即CKA和組成二進(jìn)制計數(shù)器，CKB和在74LS92中為六進(jìn)制計數(shù)器。當(dāng)CKB和相連，時鐘脈沖從CKA

37、輸入，74LS92構(gòu)成十六進(jìn)制計數(shù)器。74LS92的管腳圖如圖10。</p><p><b>　　圖10</b></p><p>　?。ǘ?“12翻1”小時計數(shù)器電路 </p><p>　　（1） 電路如圖11 所 示</p><p><b>　　圖11</b></p><p&

38、gt;　　“12翻1”小時 計數(shù)器是按照“01—02—03—04—05—06—07—08—09—10—11—12—01”規(guī)律計數(shù)的，計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表3所示。</p><p>　　表3“12翻1”小時計時時序</p><p>　　（二）電路的工作原理</p><p>　　由表可知：個位計數(shù)器由4位二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器 74LS191構(gòu)成，十位計數(shù)器由雙D觸發(fā)

39、器74LS74構(gòu)成 ，將它們組成 “12翻1”小時計數(shù)器。</p><p>　　由表可知：計數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生 兩次跳躍：一是：計數(shù)器計到9，即個位計數(shù)器的狀態(tài)為 =1001后，在下一計數(shù)脈沖的作用下計數(shù)器進(jìn)入暫態(tài)1010，利用暫態(tài)的兩個1即使個位異步置0，同時向十位計數(shù)器進(jìn)位使 =1；二是計數(shù)到12后，在第13個計數(shù)脈沖作用下個位計數(shù)器的狀態(tài)應(yīng)為 =0001，十位計數(shù)器的 =0。第二次跳躍的十位清“0”和個位置“

40、1”的輸出端、、來產(chǎn)生。對電路中所用的主要元件及功能介紹。</p><p>　　D觸發(fā)器74LS74</p><p>　　在電路中用到了D觸發(fā)器74LS74，74LS74的管腳圖如圖12。</p><p><b>　　圖12</b></p><p>　　下面將介紹一些有關(guān)觸發(fā)器的內(nèi)容：</p><p&

41、gt;　　觸發(fā)器，它是由門電路構(gòu)成的邏輯電路，它的輸出具有兩個穩(wěn)定的物理狀態(tài)（高電平和低電平），所以它能記憶一位二進(jìn)制代碼。觸發(fā)器是存放在二進(jìn)制信息的最基本的單元。按其功能可為基本RS觸發(fā)器觸、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器。</p><p>　　這幾種觸發(fā)器都有集成電路產(chǎn)品。其中應(yīng)用最廣泛的當(dāng)數(shù)JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器。不過，深刻理解RS觸發(fā)器對全面掌握觸發(fā)器的工作方式或動作特點(diǎn)是至關(guān)重要的。事實上，JK觸發(fā)器和D

42、觸發(fā)器是RS觸發(fā)器的改進(jìn)型，其中JK觸發(fā)器保留了兩個數(shù)據(jù)輸入端，而D觸發(fā)器只保留了一個數(shù)據(jù)輸入端。D觸發(fā)器有邊沿D觸發(fā)器和高電平D觸發(fā)器。74LS74為一個電平D觸發(fā)器。</p><p>　?、?計數(shù)器74LS191 </p><p>　　74LS191的管腳圖如圖13 </p><p><b>　　圖13</b></p><

43、;p>　　3.2.1.3 校時電路</p><p>　?。ㄒ唬╇娐啡鐖D14 所示</p><p><b>　　圖14</b></p><p>　?。ǘ╇娐返墓ぷ髟?lt;/p><p>　　校時電路的作用是：當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者出現(xiàn)誤差時，校正時間。校時是數(shù)字鐘應(yīng)具有的基本功能。一般電子表都具有時、分、秒等校時功能。

44、為了使電路簡單，在此設(shè)計中只進(jìn)行分和小時的校時。校時有“快校時”和“慢校時”兩種，“快校時”是通過開關(guān)控制，使計數(shù)器對1Hz校時脈沖計數(shù)。“慢校時”是用手動產(chǎn)生單脈沖作校時脈沖。圖中S1校分用的控制開關(guān)，S2（總圖）為校時用的控制開關(guān)，它們的控制功能如表4所示，校時脈沖采用分頻器輸出的1Hz脈沖，當(dāng)S1或S2分別為“0”時可以進(jìn)行“快校時”。如果校時脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供，則可以進(jìn)行“慢校時”。 表4校時開關(guān)的功

45、能</p><p><b>　　表4</b></p><p>　?。ㄈ﹄娐分兴玫闹饕肮δ芙榻B</p><p>　　在此電路中，用到的元器件有兩塊四2輸入與非門74LS00 、一塊六反相器74 LS04、兩個電容、兩個電阻以及兩個開關(guān)。</p><p>　?。?）四-2輸入與非門74LS00</p>

46、<p>　　集成邏輯門是數(shù)字電路中應(yīng)用十分廣泛最基本的一種器件，為了合理的使用和充分利用其性能，必須對它的主要參數(shù)和邏輯功能進(jìn)行測試。74LS00與非門的主要參數(shù)為：</p><p>　　輸出高電平：指與非門有一個以上輸入端接地或接低電平時的輸出電平值。</p><p>　　輸出低電平：指與非門的所有輸入端均接高電平時的輸出電平值。</p><p>　

47、　開門電平：指與非門輸出處于額定低電平時允許輸入高電平的最小值。</p><p>　　關(guān)門電平：指與非門輸出處于高電平狀態(tài)時允許輸入低電平的最大值。</p><p>　　電壓傳輸特性：是指門的輸出電壓隨輸入電壓而變化的曲線，由它可以得到門電路的輸出高電平、輸出低電平、關(guān)門電平和開門電平等。</p><p>　　低電平的輸出電源電流；是指輸入所有端都懸空，輸出端空載時

48、，電源提供器件的電流。</p><p>　　高電平輸出電源電流：是指輸出端空載，每個門各有一個以上的輸入端接地，電源提供給器件的電流。</p><p>　　低電平輸入電流：是指被測輸入端接地，其余輸入端懸空時，由被測輸入端流出的電流值。</p><p>　　高電平輸入電流：指被測輸入端接高電平，其余輸入端接地，流入被測輸入端的電流值。</p><

49、p>　　扇出系數(shù)：門電路能驅(qū)動同類門的個數(shù)，它是衡量門電路負(fù)載能力的一個參數(shù)，TTL與非門有兩種不同性質(zhì)的負(fù)載，即灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載，因此有兩種扇出系數(shù)。即低電平扇出系數(shù)和高電平扇出系數(shù)。</p><p>　　3.2.1.4 譯碼與顯示電路</p><p>　　（一）電路如圖15所示</p><p><b>　　圖15</b><

50、/p><p>　?。ǘ╇娐返墓ぷ髟?lt;/p><p>　　譯碼是編碼的相反過程，譯碼器是將輸入的二進(jìn)制代碼翻譯成相應(yīng)的輸出信號以表示編碼時所賦予原意的電路。常用的集成譯碼器有二進(jìn)制譯碼器、二—十制譯碼器和BCD—7段譯碼器、顯示模塊用來顯示計時模塊輸出的結(jié)果。</p><p>　?。ㄈ﹄娐分械闹饕肮δ芙榻B</p><p>　?。?）譯

51、碼器74LS48</p><p>　　譯碼器是一個多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的工作是把給定的代碼進(jìn)行“翻譯”，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示，還用于數(shù)字分配，存儲器尋址和組合控制信號等。譯碼器可以分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。在電路中用的譯碼器是共陰極譯碼器74LS48，用74LS48把輸入的8421BCD碼ABCD譯

52、成七段輸出a-g，再由七段數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)。 74LS48的管腳圖如圖16。在管腳圖中，管腳LT、RBI、BI/RBO都是低電平是起作用，作用分別為：</p><p>　　LT為燈測檢查，用LT可檢查七段顯示器個字段是否能正常被點(diǎn)燃。</p><p>　　BI是滅燈輸入，可以使顯示燈熄滅。</p><p>　　RBI是滅零輸入，可以按照需要將顯示的零予以熄滅。BI

53、/RBO是共用輸出端，RBO稱為滅零輸出端，可以配合滅零輸出端RBI，在多位十進(jìn)制數(shù)表示時，把多余零位熄滅掉，以提高視圖的清晰度。也可用共陰譯碼器74LS248，CD4511。</p><p><b>　　圖16</b></p><p>　?。?）顯示器SM421050N</p><p>　　在此電路圖中所用的顯示器是共陰極形式，陰極必須接地。

54、SM421050N的管腳功能圖如圖17</p><p><b>　　圖17</b></p><p>　　主體電路部分是由上面的以上的各個單元電路組成的。</p><p>　　3.2.2擴(kuò)展功功能電路的設(shè)計</p><p>　　3.2.2.1定時控制電路</p><p>　　數(shù)字鐘在指定的時刻發(fā)出信

55、號，或驅(qū)動音響電路“鬧時”；或?qū)δ逞b置的電源進(jìn)行接通或斷開“控制”。不管是鬧時還是控制，都要求時間準(zhǔn)確，即信號的開始時刻與持續(xù)時間必須滿足規(guī)定的要求。</p><p>　?。ㄒ唬┰O(shè)計電路如圖18所示</p><p><b>　　圖18</b></p><p>　?。ǘ╇娐返墓ぷ髟?lt;/p><p>　　在這里將舉例來說

56、明它的工作原理。要求上午7時59分發(fā)出鬧時信號，持續(xù)1分鐘。設(shè)計如下：</p><p>　　7時59分對應(yīng)數(shù)字鐘的時時個位計數(shù)器的狀態(tài)為，分十位計數(shù)器的狀態(tài)為，分個位計數(shù)器的狀態(tài)為，若將上述計數(shù)器輸出為“1”的所有輸出端經(jīng)過與門電路去控制音響電路，就可以使音響電路正好在7點(diǎn)59分響，持續(xù)1分鐘后（即8點(diǎn)）停響。所以鬧時控制信號Z的表達(dá)式為</p><p>　　式中，M為上午的信號輸出，要求

57、M=1。</p><p>　　如果用與非門實現(xiàn)的邏輯表達(dá)式為：</p><p>　　在該電路圖中用到了4輸入二與非門74LS20，集電極開路的2輸入四與非門74LS03，因OC門的輸出端可以進(jìn)行“線與”，使用時在它們的輸出端與電源+5V端之間應(yīng)接一電阻RL。RL的值由下式?jīng)Q定：</p><p>　　=0.4V,=0.4mA,=2.4V,=50uA,=8mA,=100

58、Ua;m為負(fù)載門輸入端總個數(shù)。</p><p>　　取RL=3.3KΩ。如果控制1KHz高音和驅(qū)動音響電路的兩極與非門也采用OC門，則RL的值應(yīng)該重新計算。</p><p>　　由電路圖可以看見，上午7點(diǎn)59分，音響電路的晶體管導(dǎo)通，則揚(yáng)聲器發(fā)出1KHz的聲音。持續(xù)1分鐘到8點(diǎn)整晶體管因為輸入端為“0”而截止，電路停鬧。</p><p>　?。ㄈ﹄娐分兴玫闹饕?/p>

59、元件及功能介紹</p><p>　　在電路中所用到的元件有74LS03，74LS20等。</p><p>　?。?）四2輸入與非門74LS03，只要輸入變量有一個為0則輸出為1，只有輸入全為1，輸出才為0.</p><p>　　74LS03的管腳圖如圖19 </p><p><b>　　圖19</b></p>

60、<p>　　（2）二4輸入與非門74LS20，四個輸入端有一個為0，則輸出為1，只有全部輸入為1，輸出才為0.</p><p>　　74LS20的管腳圖如圖20所示。</p><p><b>　　圖20</b></p><p><b>　　4.調(diào)試</b></p><p>　　在本設(shè)計

61、中，為了設(shè)計的順利進(jìn)行，我在實驗箱上進(jìn)行了部分調(diào)試，因為電路太復(fù)雜，在實驗箱上不可能整體電路進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試后，我就自己焊接了一個試驗板進(jìn)行調(diào)試。以確保最后能很好的完成其各部分功能。調(diào)試后，我就畫PCB圖，用來制印制板。因為PCB圖先畫，后經(jīng)過反復(fù)考慮振蕩電路部分改進(jìn)了，最后用的是1MHZ的晶振經(jīng)過三片CD4518六次分頻就能得到1HZ的頻率。所以在印制板外加了一個振蕩部分電路。</p><p>　　4.1主體電路

62、部分 </p><p><b>　　振蕩電路部分</b></p><p>　　我先用的是32768HZ的晶振和反向器74LS00接兩個電阻和兩個電容組成的振蕩電路，產(chǎn)生32768HZ的方波信號，經(jīng)過15級二分頻后得到1HZ的基準(zhǔn)脈沖。擴(kuò)展部分所需的頻率可以從5級二分頻得到1024HZ六級二分頻得到512HZ但是這樣用的集成塊較多，時間延遲較長。用555產(chǎn)生多諧振蕩方

63、波也可，就是精確度和穩(wěn)定度不高。后來我就用的1MHZ的晶振產(chǎn)生1MHZ的頻率經(jīng)過74LS90組成的二-五-十的分頻器，可很好的擴(kuò)展部分所需的頻率。只是要用六塊74LS90，后來我查了手冊，發(fā)現(xiàn)4518有兩片十進(jìn)制分頻器，功能與74LS90又基本上相同，這樣就可少用集成塊，減少時間延時。</p><p>　　在現(xiàn)用電路調(diào)試中，晶振的輸出頻率為1MHz，用三片CD4518組成了六級十分頻電路，在調(diào)試中我對每級分路進(jìn)行

64、了測試。在第一級分頻后出現(xiàn)的脈沖信號為100KHz，經(jīng)過第二級得到了10KHz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖，這樣一級級的分頻，經(jīng)過六次分頻后得到了標(biāo)準(zhǔn)的1Hz脈沖信號。</p><p><b>　　計數(shù)電路部分</b></p><p><b>　?。?）小時計數(shù)部分</b></p><p>　　這部分電路較復(fù)雜，在第一次焊接完成后的調(diào)試顯示

65、中，發(fā)現(xiàn)小時的十位沒有變化，經(jīng)過分析、檢查發(fā)現(xiàn)74LS74的3腳沒有接上。</p><p>　?。?）秒計數(shù)電路部分</p><p>　　這部分的調(diào)試中順利得到了結(jié)果即：秒計數(shù)器的個位能準(zhǔn)確以十進(jìn)制形式計數(shù)；秒計數(shù)器的十位也能準(zhǔn)確以六進(jìn)制的形式計數(shù)。當(dāng)秒計數(shù)器的個位計數(shù)到9后自動向秒計數(shù)器的十位計數(shù)。</p><p>　　（3）分計數(shù)電路部分</p>

66、<p>　　這部分的調(diào)試電路與秒計數(shù)器的電路一樣，在調(diào)試中不同的是秒計數(shù)電路的個位計數(shù)器74LS90的14腳接入振蕩電路部分的輸出端，而分計數(shù)電路的個位計數(shù)器74LS90的14腳本該接校時電路，但是由于校時電路作為最后調(diào)試的電路， 所以在調(diào)試中74LS90的14腳與單次脈沖連接。</p><p>　　調(diào)試的結(jié)果是：這部分的結(jié)果與秒計數(shù)電路部分的結(jié)果一樣。</p><p><

67、b>　　校時電路部分</b></p><p>　　在整個電路的設(shè)計中，需要用到兩個校時電路，兩個校時電路的功能相同，它們不同的是在電路的設(shè)計時，校分電路比校時電路少一個反相器，這是因為74LS191為高電平有效而74LS90為低電平有效。</p><p>　　調(diào)試的結(jié)果是：當(dāng)開關(guān)斷開時，分計數(shù)電路，小時計數(shù)電路正常計數(shù)，當(dāng)開關(guān)閉合時，校時電路進(jìn)行校時。只是有時松開按鍵時，

68、較時數(shù)會有點(diǎn)誤變化，經(jīng)過仔細(xì)分析，確定是由于在松按鍵時產(chǎn)生了抖動，如果接上R-S觸發(fā)器就能夠消抖。</p><p>　　4.2 擴(kuò)展電路部分 </p><p>　　擴(kuò)展部分的調(diào)試是在主體部分正確的情況下，才能完成的。有些也可模擬調(diào)試。</p><p><b>　　1定時控制：</b></p><p>　　擴(kuò)展部分的調(diào)試是

69、在主體部分正確的情況下，才能完成的。單獨(dú)在實驗箱上可以調(diào)試其電路的輸入就用模擬開關(guān)輸入高低電平。只要在輸入的變化下能夠控制風(fēng)鳴器工作就行。因為這部分的電路比較簡單、原理也不難。所以這部分調(diào)試很快，一切很順利。</p><p>　　有了以上主要在DA軟件虛擬平臺上實現(xiàn)，，主體電路的功能接上電源后就能實現(xiàn)：能顯示時、分、秒的時間；小時的計數(shù)為“12翻1”，分和秒的計時為60進(jìn)位；擴(kuò)展部分：定時控制；能夠校時、分。&l

70、t;/p><p><b>　　5.總結(jié)</b></p><p>　　通過本次畢業(yè)設(shè)計,我明白了一個道理:無論做什么事情,都必需養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn),認(rèn)真,善思的工作作風(fēng).我這畢業(yè)設(shè)計由于我采用的是數(shù)字電路來實現(xiàn)的,所以電路較復(fù)雜,但是容易理解.每一部分我都能理解并且能有多種設(shè)計方法.</p><p>　　通過這次設(shè)計,我還掌握了制PCB的一系列步驟,在幾個月

71、時間里,我把本設(shè)計的整個電路圖畫好了,并且畫好了PCB板圖.</p><p>　　通過這次畢業(yè)設(shè)計，我又掌握了些元器件的用途以及它們的參數(shù)、性能。這次設(shè)計提高了我理論和實踐相結(jié)合的能力，增加了把理論用于實踐的興趣，同時也提高了我分析問題和解決問題的能力。沒有最好，只有更好。我相信通過這一次的畢業(yè)設(shè)計之后，我以后會更加努力，用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度去面對一切?？朔щy，戰(zhàn)勝自我，超越自我。</p><p

72、><b>　　致 謝</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計完成了，在這個過程中我學(xué)到了很多東西。首先我要感謝我的指導(dǎo)老師吳瑞，她在我完成論文的過程中，給予了我很大的幫助。在論文開始的初期，我對于論文的結(jié)構(gòu)以及文獻(xiàn)選取等方面都有很多問題，整體構(gòu)思不是很明確，段落層次也不是很清晰，老師詳細(xì)給我分析論文的寫作過程，從論文的題目，論文的內(nèi)容，論文的脈絡(luò)，都給我詳細(xì)的指導(dǎo)。在我論文的進(jìn)展過程中

73、，老師也及時給我解決疑惑，并且監(jiān)督我論文的進(jìn)展過程，非常感謝！但是慚愧的是，論文也時有偏差出現(xiàn)，經(jīng)過了曲折的過程，老師也耐心的給我激勵，非常感謝!</p><p>　　我想，畢業(yè)論文的過程不僅僅是一個完成一篇論文的過程，而是一個端正態(tài)度的過程，是總結(jié)大學(xué)三年的一個過程，是在踏入社會前的歷練過程。這個過程將使我受益匪淺！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>&l

74、t;/p><p>　　[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).數(shù)字部分 北京:高等教育出版社,2000</p><p>　　[2]顧永杰.電工電子技術(shù)實訓(xùn)教程.上海:上海交通大學(xué)出版社,1999 </p><p>　　[3]陳小虎.電工實習(xí)（I）.北京:中國電力出版社，1996</p><p>　　[4]焦輜厚.電子工藝實習(xí)教程.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社

75、,1993</p><p>　　[5]陳 堅.電力電子學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2002</p><p>　　[6]宋春榮.通用集成電路速查手冊.山東科學(xué)技術(shù)出版社,1995</p><p>　　[7]高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.電子工業(yè)出版社,2002</p><p>　　[8]呂思忠.數(shù)子電路實驗與課程設(shè)計.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出

76、版社,2001</p><p>　　[9]謝自美.電子線路設(shè)計、實驗、測試.華中理工大學(xué)出版社,2000</p><p>　　[10]王琉銀.脈沖與數(shù)字電路.高等教育出版，1985</p><p>　　[11][美]M.Morris Mano.Digital Design.北京:高等教育出版社,2002</p><p>　　[12][美] J

77、ohnM Yarbrough .DIGITAL LOGIC APPLICATIONS AND DESIGN.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　觸發(fā)器</b></p><p>　　1.按照電路的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)的不同，觸發(fā)器可分為基本觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸

78、發(fā)器和邊沿觸發(fā)器。本設(shè)計主要偏重于邊沿觸發(fā)器，它們各有特點(diǎn)。</p><p>　　1）基本觸發(fā)器：在這種電路中輸入信號是直接加到輸入端的，它是觸發(fā)器的基本觸發(fā)形式，是構(gòu)成其它類型觸發(fā)器的基礎(chǔ)。</p><p>　　2)同步觸發(fā)器：在這種電路中輸入信號是通過控制門輸入的而管理控制門的信號是時鐘脈沖ck信號，只有在脈沖信號到來時，觸發(fā)器才能接受輸入信號，否則對電路不起作用。</p>

79、<p>　　3）主從觸發(fā)器：為了克服同步觸發(fā)器的缺點(diǎn)，經(jīng)改進(jìn)得到主從觸發(fā)器，在這種觸發(fā)器中，先把輸入信號送入主觸發(fā)器中，然后送入從觸發(fā)器并輸出，整個過程在時鐘脈沖下分布進(jìn)行，具有主從控制的特點(diǎn)。</p><p>　　4）邊沿觸發(fā)器：為了進(jìn)一步解決主從觸發(fā)器的缺點(diǎn)，出現(xiàn)了邊沿觸發(fā)器，這種觸發(fā)器只有在時鐘脈沖信號的上升沿或下降沿，輸入信號才能被接受，大大減少了被干擾的機(jī)會。</p><

80、;p>　　2.按在時鐘脈沖下邏輯功能的不同，時鐘觸發(fā)器可分為RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器、T`觸發(fā)器等。</p><p>　　3.按照電路使用的開關(guān)元件的不同，可分為TTL觸發(fā)器和CMOS觸發(fā)器。</p><p>　　4.按照電路是否集成，分為分立元件觸發(fā)器和集成觸發(fā)器。</p><p><b>　　顯示譯碼器：</b>&l

81、t;/p><p>　　七段顯示器，它由a~g七個光段，從0~9十個數(shù)碼將有其中不同的光段組合而成。半導(dǎo)體七段顯示器的每個光段都是一個發(fā)光二極管。</p><p>　　發(fā)光二極管和普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦裕?dāng)外加反向電壓時，處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)外加正向電壓而且足夠大時，才處于導(dǎo)通狀態(tài)，而當(dāng)正向電流足夠大時才能發(fā)光。</p><p><b>　　如下圖所示：&l

82、t;/b></p><p><b>　　發(fā)光二極管</b></p><p>　　發(fā)光二極管的驅(qū)動電路，其中門電路均為集電極開路門（OC）.當(dāng)門處于導(dǎo)通狀態(tài)（即輸出為低電平）時，發(fā)光二極管因正向電壓太低而不可能發(fā)光；當(dāng)門處于截止?fàn)顟B(tài)時（即輸出電平為高電平）時，只要電阻R取值得當(dāng)，發(fā)光二極管就會有足夠大的正向電流而發(fā)光，可見該電路為高電平驅(qū)動</p>

83、<p>　　當(dāng)門電路處于導(dǎo)通狀態(tài)（即輸處為低電平）時，只要電阻R取值得當(dāng)，發(fā)光二極管就會有足夠的正向電流，因而發(fā)光；當(dāng)處于截止?fàn)顟B(tài)（即輸處為高電平）時，發(fā)光二極管正向電壓過小不足以使其導(dǎo)通，因而不會發(fā)光。則該電平為低電平驅(qū)動。 </p><p>　　集成十進(jìn)制異步計數(shù)器74LS90的功能：</p><p>　　(1)異步清零功能。當(dāng)R0=R0(2),R0(1)=0時，若R9=R9