畢業(yè)論文---可編程時(shí)鐘控制器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　理科類</b></p><p><b>　　本科畢業(yè)</b></p><p>　　題 目： 可編程時(shí)鐘控制器 </p><p>　　系 別： 物理與電子科學(xué)系 </p><p>　　專 業(yè)： 物理學(xué) <

2、/p><p>　　屆 次： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p><b>　　2012年6月4日<

3、;/b></p><p>　　可編程時(shí)鐘控制器的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：本論文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于靜態(tài)存儲器的由中小規(guī)模集成電路構(gòu)成的可編程時(shí)鐘控制器。該時(shí)鐘控制器包括時(shí)基、時(shí)鐘顯示、校時(shí)電路組成的數(shù)字電子鐘和由靜態(tài)存儲器RAM2114組成的存儲電路構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)簡單，校時(shí)方便，編程靈活，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，具有一定的推廣意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：可編

4、程時(shí)鐘控制器；數(shù)字電子鐘；靜態(tài)存儲器</p><p>　　Design of the programmable clock controller </p><p>　　Abstract：This paper designs a based on static memory by the medium and small scale integrated circuits and progr

5、ammable clock controller. The clock controller includes timing, clock display, school circuit digital electronic clock and by the static memory RAM2114is formed in the memory circuit, has the advantages of simple structu

6、re, convenient timing, flexible programming, cost-effective advantages, which has great value of popularization.</p><p>　　Keywords: Rogrammable clock controller; Digital electronic clock; </p><p&g

7、t;　　Static memory</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　可編程時(shí)鐘控制器（Programmable Time Controller，PTC），也稱可編程時(shí)控器、可編程時(shí)控開關(guān)，常用于學(xué)校、機(jī)關(guān)、工廠等用作定時(shí)控制，如：自動打鈴、路燈控制、定時(shí)錄像、定時(shí)轉(zhuǎn)播、交通控制等，是一種應(yīng)用廣泛的電子電路。</p>&l

8、t;p>　　隨著工業(yè)生產(chǎn)的自動化和智能化，人們對可編程時(shí)鐘控制器的要求也越來越高，這使得可編程時(shí)鐘控制器的發(fā)展也越來越快。目前大多數(shù)可編程時(shí)鐘控制器都以微處理器為基礎(chǔ), 綜合了計(jì)算機(jī)與自動化技術(shù)。時(shí)鐘控制器經(jīng)過不斷的改進(jìn)，由簡單的邏輯控制發(fā)展到能完成復(fù)雜運(yùn)算的直接數(shù)字控制，增強(qiáng)了系統(tǒng)的控制能力，為復(fù)雜過程控制奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　本論文主要討論了可編程時(shí)鐘控制器的各組成部分，在理論上分別對數(shù)字鐘

9、的時(shí)鐘部分、顯示部分、控制部分、及控制器的存儲部分等系統(tǒng)分析后，設(shè)計(jì)了一個(gè)可編程時(shí)鐘控制器的實(shí)現(xiàn)方案，并利用強(qiáng)大的EDA仿真軟件Multisim對系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的正確性。</p><p><b>　　2 基礎(chǔ)知識</b></p><p>　　2.1 時(shí)基電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在數(shù)字系統(tǒng)中，需要各種不同頻率的脈

10、沖信號，或者需要一定寬度和幅度的脈沖信號，來完成各種不同的控制要求。</p><p>　　電子鐘作為可編程時(shí)鐘器的基礎(chǔ)，首先需要的就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖，利用秒脈沖信號驅(qū)動秒計(jì)數(shù)器，當(dāng)秒計(jì)數(shù)器的秒信號輸入到59秒時(shí)，下一秒脈沖來時(shí)，秒計(jì)數(shù)器就自動清零，并向分計(jì)數(shù)器輸入一個(gè)信號，進(jìn)行分的計(jì)時(shí)；當(dāng)實(shí)現(xiàn)一天24小時(shí)的計(jì)時(shí)后，計(jì)數(shù)器又從0開始計(jì)時(shí)。</p><p>　　2.1.1 555定時(shí)電路產(chǎn)

11、生秒信號</p><p>　　555定時(shí)器是一種雙極型中規(guī)模集成電路，其內(nèi)部包涵了模擬電路和數(shù)字電路，只需要在外部接上幾個(gè)大小適當(dāng)?shù)淖枞萜骷?，便可?gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳如圖1所示。</p><p>　　圖1 555定時(shí)器的內(nèi)部原理圖及555外部引腳排列圖</p><p>　　圖2為555定時(shí)

12、器構(gòu)成的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)秒信號電路結(jié)構(gòu)，其中電容和電阻構(gòu)成了振蕩電路，當(dāng)T=1S，令C=10uF，R1=39K,選取固定電阻和點(diǎn)位器相串聯(lián)代替電阻R2。在調(diào)試電路時(shí)，調(diào)試電位器RP，使輸出脈沖為1s。</p><p>　　圖2 555秒信號電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1.2 晶體振蕩器產(chǎn)生秒信號</p><p>　　晶體振蕩器是一種機(jī)電器件，是用電損耗很小的石英晶體

13、經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上做成。這種晶體如果給它通電，它就會產(chǎn)生機(jī)械振蕩，反之，如果給它機(jī)械力，它也會產(chǎn)生電，這種特性叫機(jī)電效應(yīng)。其振蕩頻率與它形狀，材料，切割方向等密切相關(guān),是它一個(gè)很重要的特點(diǎn)。由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)非常小，其振蕩頻率也非常穩(wěn)定，幾何尺寸可以控制很精密，所以其諧振頻率也很準(zhǔn)確,穩(wěn)定度、精確度較高，且電路結(jié)構(gòu)簡單。</p><p>　　圖3 晶體振蕩器電路圖</p>

14、;<p>　　圖3是用晶體振蕩器組成的秒脈沖信號電路圖，本振蕩器采用CD4060，CD4060內(nèi)部有一個(gè)振蕩器和214的分頻器，晶體振蕩器采用32768Hz，經(jīng)分頻后從 CD4060 的③腳輸出頻率為 2Hz 的信號，再經(jīng) 74LS74組成的2分頻器，輸出1Hz的時(shí)鐘秒脈沖。</p><p>　　由于本系統(tǒng)的快速校時(shí)電路需要不同頻率的時(shí)鐘信號，結(jié)合數(shù)字鐘要求，在此采用方案2實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘秒信號的產(chǎn)生。

15、</p><p>　　2.2 控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)電路的控制，現(xiàn)在大多采用微處理機(jī)控制單元（MCU），現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）或隨機(jī)存取存儲器 (RAM)方案。</p><p>　　微處理機(jī)控制單元（MCU）將計(jì)算機(jī)的CPU、RAM、ROM、定時(shí)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制，程序可以反

16、復(fù)擦寫，靈活性很強(qiáng)。</p><p>　　現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）是由存放在RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)， 因此工作時(shí)需要對片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程。存在的缺點(diǎn)有，陳列面積大，導(dǎo)致信號開關(guān)延遲，時(shí)間長、工作速度降低。</p><p>　　隨機(jī)存取存儲器 (RAM)由多個(gè)存儲單元組成的存儲單元和控制單元，存儲單元的內(nèi)容可按需隨意取出或存入，且存取的速度與存儲單元的位置無關(guān)，但缺點(diǎn)是關(guān)機(jī)或斷

17、電數(shù)據(jù)便會丟失。</p><p>　　2.3 計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.1 利用中規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器</p><p>　　集成電路簡稱IC（integrated circuit），是20世紀(jì)60年代初期發(fā)展起來的一種半導(dǎo)體器件，他在半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ)上，將各種元器件和連線集成在一片硅片上，電子設(shè)備的可靠性和靈活性得到了很大提高，同時(shí)也降低了成本，

18、1959年出現(xiàn)的集成電路標(biāo)志著電子器件的第三次重大變革。</p><p><b>　　它的特點(diǎn)有：</b></p><p>　　(1)有集成電路工藝制造的元器件同處在一個(gè)硅片上，距離非常接近，所以參數(shù)的對稱性較好。</p><p>　　(2)在集成電路中，制造三極管往往比制造電阻、電容等無源器件方便，芯片占用面積少，成本更廉價(jià)，所以一般在集成放

19、大電路中，常用三極管代替電阻。</p><p>　　(3)由于集成電路工藝不適合制造幾十皮法以上的電容器，所以在放大級之間通常采用直接耦合方式。</p><p>　　集成電路按照其功能的不同，可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路。按照模擬集成電路的類型分，可以分為集成運(yùn)算放大器、集成高頻放大器、集成中頻放大器、集成功率放大器、集成穩(wěn)壓器、集成乘法器、集成比較器以及集成數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等。根據(jù)集

20、成電路規(guī)模的大小，通常將其分為小規(guī)模集成電路（SSI）、中規(guī)模集成電路（MSI）、大規(guī)模集成電路（LSI）、超大規(guī)模集成電路（VLSI），分類的依據(jù)是一片集成電路芯片上包含的邏輯門個(gè)數(shù)或元件個(gè)數(shù)。中規(guī)模集成電路（MSI）通常含邏輯門數(shù)為10門～99門(或含元件數(shù)100個(gè)～999個(gè))。</p><p>　　中規(guī)模集成電路中有很多種類的計(jì)數(shù)器。比如常用的2進(jìn)制計(jì)數(shù)器有74LS139,74161,74197，74LS1

21、97等，10進(jìn)制計(jì)數(shù)器有74160，74162，74LS160,74192等,此系統(tǒng)主要采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成24、60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。集成計(jì)數(shù)器通常帶有控制端，比如74160即帶有異步清零功能，又有同步置數(shù)和計(jì)數(shù)功能，以及保持功能；74290即帶有清零功能，又有置“9”功能，以及計(jì)數(shù)功能。 </p><p>　　圖4為計(jì)數(shù)器74160組成的十進(jìn)制的一個(gè)典型應(yīng)用。</p><p>　　圖4

22、 74160組成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 </p><p>　　2.3.2 利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器</p><p>　　單片機(jī)由于其內(nèi)部集成度高，功能全，抗干擾能力強(qiáng) ，使用方便等特點(diǎn)，它的使用已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，比如導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，工業(yè)自動化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等

23、，這些都離不開單片機(jī)。</p><p>　　單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中。 </p><p>　　2.3.3 利用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器</p><p>　　對可編程邏輯器件進(jìn)行編程和配置，利用它解決不同的邏輯設(shè)計(jì)問題?？删幊踢壿嬈骷苫具壿嬮T電路、觸發(fā)器以及內(nèi)部連接電路構(gòu)成，利用軟件和硬件(編程器

24、)可以對其進(jìn)行編程，從而實(shí)現(xiàn)特定的邏輯功能。</p><p>　　2.4 Multisim10.0 簡介</p><p>　　Multisim是加拿大Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。被美國NI公司收購后，更名為NI Multisim

25、 ，而本論文的仿真實(shí)現(xiàn)是利用2007年8月26日發(fā)行的NI系列電子電路設(shè)計(jì)軟件multisim10.0。仿真界面如圖5所示。</p><p>　　圖5 multisim10.0的工作界面圖</p><p>　　MULTISIM10.0系統(tǒng)集成一體化，界面直觀友好，操作簡單方便，在一個(gè)窗口就可以實(shí)現(xiàn)各種元件的取和放，還支持很多電路的仿真，如直流電路，瞬態(tài)電路，及正弦交流電路的設(shè)計(jì)仿真，并且

26、軟件自帶電路分析方法，方便實(shí)驗(yàn)者對自己所組成的電路進(jìn)行分析，同時(shí)還具有保存打印功能。</p><p><b>　　3 本論文選擇方案</b></p><p>　　時(shí)基電路設(shè)計(jì)我采用晶體振蕩器來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)?55定時(shí)器在開關(guān)打開或關(guān)閉時(shí)，電容不是很穩(wěn)定，而晶體振蕩器則不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，而且通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步，而555則不能實(shí)現(xiàn)，用石英晶體振蕩器特

27、點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡單，另外它有一個(gè)極為穩(wěn)定的串聯(lián)諧振頻率f，其作用在于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率，這個(gè)頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就得到我們所需要的頻率，但當(dāng)晶振頻率很高時(shí)，準(zhǔn)確度也很高，那么使用分頻級數(shù)越多，耗電量越大，成本也越高，綜合考慮，這里用CD4060作為分頻。CD4060在數(shù)字集成電路中可實(shí)現(xiàn)的分頻技術(shù)最高，而且CD4060還包含了振蕩電路所需要的非門，它為14級2進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器（14級2分頻），可以將32768HZ的信號分頻為2H

28、Z,由于mutisim10中不支持CD4060的仿真，因此在仿真里可以選擇4060BD來實(shí)現(xiàn)分頻的功能，在用一個(gè)計(jì)數(shù)器得到1HZ標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號。</p><p>　　計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)采用中規(guī)模集成電路和發(fā)光二極管LED來實(shí)現(xiàn)，控制電路則采用隨機(jī)存取存儲器 (RAM)，因?yàn)槲⑻幚頇C(jī)控制單元或者現(xiàn)場可編程門陣列是在內(nèi)部進(jìn)行程序的編寫，一般速度要慢，無法完成復(fù)雜的設(shè)計(jì)，且需消耗更多的電能，而隨機(jī)存取存儲器 (RAM)可按需

29、隨意對存儲單元的內(nèi)容取出或存入，且存取時(shí)的速度與存儲單元所在位置沒有關(guān)系。</p><p>　　由于隨機(jī)存儲器 (RAM)斷電時(shí)，將丟失其存儲內(nèi)容，所以必須不間斷地為本設(shè)計(jì)提供電源，市電比其他形式電能更可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，所以將市電作為主要能源，但是一旦遇到停電，就必須將市電這種可能中斷的電源轉(zhuǎn)換為不間斷電源進(jìn)行供電，所以供電選擇市電和蓄電池更替供電。 當(dāng)市電正常時(shí)，由市電提供電源，并不斷給蓄電池充電，

30、當(dāng)市電停電，蓄電池在同一時(shí)間代替市電提供直流電，從而實(shí)現(xiàn)了直流電源的不間斷供應(yīng)。4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</p><p>　　圖6 系統(tǒng)總體框架圖</p><p>　　圖6包括時(shí)鐘部分、顯示部分、控制部分、存儲部分。</p><p>　　參考時(shí)鐘、時(shí)鐘分頻和時(shí)鐘計(jì)數(shù)組成時(shí)鐘電路部分，其中一路將產(chǎn)生的1HZ（1秒

31、）的脈沖輸送到數(shù)碼顯示部分，經(jīng)譯碼器，在數(shù)碼管中顯示出時(shí)間，另外一路則將1HZ（1秒）的脈沖送到控制部分，計(jì)時(shí)在走動過程中難免會出現(xiàn)誤差，均需要校正時(shí)間，所以在時(shí)鐘電路部分還要對計(jì)時(shí)進(jìn)行校時(shí)。譯碼驅(qū)動和數(shù)碼顯示組成顯示部分，利用譯碼器輸送時(shí)鐘顯示。其中存儲部分由存儲器RAM2114組成，功能為輸入我們需要的時(shí)間。編程控制、驅(qū)動放大和控制終端以及存儲部分組成控制部分。</p><p>　　4.2 系統(tǒng)組成部分<

32、;/p><p>　　4.2.1 時(shí)鐘部分</p><p>　　時(shí)鐘部分主要由振蕩器和分頻器產(chǎn)生 1Hz（即1秒）標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，用秒脈沖驅(qū)動“秒”計(jì)數(shù)器，因每分鐘有 60 秒，所以“秒”計(jì)數(shù)器應(yīng)為 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)輸出經(jīng)譯碼、顯示時(shí)鐘秒；利用“秒”計(jì)數(shù)器的復(fù)位脈沖作為“分”計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖，因?yàn)橐环昼娪?0秒，所以“分”計(jì)數(shù)器也是60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)秒脈沖累積到59秒時(shí)，則向“分”計(jì)數(shù)器發(fā)送一

33、個(gè)計(jì)時(shí)脈沖，而“秒”計(jì)數(shù)器繼續(xù)從零開始重新計(jì)時(shí)，重復(fù)上述過程，當(dāng)“分”計(jì)數(shù)器累積計(jì)數(shù)到59時(shí)，就向下一級“時(shí)”計(jì)數(shù)器發(fā)送脈沖，一天是24小時(shí)，那么“時(shí)”計(jì)數(shù)器應(yīng)為 24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可實(shí)現(xiàn)一天24小時(shí)的計(jì)數(shù)。各計(jì)數(shù)器輸出信號經(jīng)譯碼顯示到數(shù)字顯示器上</p><p>　　4.2.1.1 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　“秒”和“分”的計(jì)數(shù)器都是 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，它由一級十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和

34、一級六進(jìn)制計(jì)數(shù)器級聯(lián)而成，采用加法計(jì)數(shù)器，所以此電路中分和秒的計(jì)時(shí)都采用 74290 來進(jìn)行設(shè)計(jì)。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的復(fù)位是：個(gè)位觸發(fā)器當(dāng) CP 輸入端每輸入1個(gè)脈沖，他的十個(gè)觸發(fā)器輸出狀態(tài)變化為“0000”-“0001”-“0010”-“0011”-“0100”-“0101”-“0110”-“0111”-“1000”-“1001”,當(dāng)觸發(fā)器輸出狀態(tài)為“1001”時(shí)，則輸送一個(gè)脈沖給十位觸發(fā)器，即此時(shí)十位觸發(fā)器的輸出狀態(tài)為“0000”，而個(gè)位

35、觸發(fā)器重新置零，開始以上循環(huán)，每當(dāng)個(gè)位觸發(fā)器輸送一次脈沖，十位觸發(fā)器的輸出狀態(tài)變化為“0000”-“0001”-“0010”-“0011”-“0100”-“0110”，當(dāng)個(gè)位輸出狀態(tài)為“1001”且十位輸出狀態(tài)為“0110”時(shí)，此時(shí)個(gè)位輸出端QaQd為高電平“1”，十位輸出端 QbQC均為高電平“1” 。將它們相“與” （用兩級“與非”門，保證復(fù)位信號為高電平）后，送到計(jì)數(shù)器的清除端 Cr，使計(jì)數(shù)器復(fù)“0” ，從而實(shí)現(xiàn) 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)。

36、</p><p>　　圖7 74290構(gòu)成的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　圖7所示電路為74290構(gòu)成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的仿真電路圖，通過仿真驗(yàn)證，該電路實(shí)現(xiàn)了60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p>　　4.2.1.2 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　24進(jìn)制計(jì)數(shù)器的基本原理為：個(gè)位計(jì)數(shù)器的 CP 輸入端每輸入1個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器計(jì)1，當(dāng)觸發(fā)

37、器輸出狀態(tài)為“1001”時(shí)，若再輸入一個(gè)脈沖則個(gè)位計(jì)數(shù)器向十位計(jì)數(shù)器送1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，驅(qū)動十位計(jì)數(shù)器工作。當(dāng)十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為“0010”即“2”，且個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)計(jì)數(shù)到“0011”即“3”時(shí)，若再來一個(gè)外部脈沖CP，十位計(jì)數(shù)器及個(gè)位計(jì)數(shù)器復(fù)位為零，實(shí)現(xiàn)“0~23”的24進(jìn)制計(jì)數(shù)器的循環(huán)。</p><p>　　在此采用個(gè)位計(jì)數(shù)器的“4”及十位計(jì)數(shù)器“2”的狀態(tài)充當(dāng)異步復(fù)位信號，即將個(gè)位計(jì)數(shù)器的“QbQc”與十位計(jì)

38、數(shù)器的“QB”連接至個(gè)位計(jì)數(shù)器和十位計(jì)數(shù)器的異步復(fù)位端從而實(shí)現(xiàn)了 24 進(jìn)制計(jì)數(shù)。</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)采用的為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160，其帶有低電平有效的異步清零端，為此，復(fù)位信號必須通過與非門變?yōu)榈碗娖胶笤龠B接至復(fù)位端。電路如圖8所示。</p><p>　　4.2.2 校時(shí)電路</p><p>　　校時(shí)電路是數(shù)字時(shí)鐘不可缺少的部分，每當(dāng)數(shù)字時(shí)鐘顯示與實(shí)

39、際時(shí)間不符時(shí)，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行校時(shí)。</p><p>　　圖9為校時(shí)電路，當(dāng)正常計(jì)時(shí)時(shí)，秒進(jìn)位脈沖和分進(jìn)位脈沖分別為高電平(1)，此時(shí)S1、S2斷開，而校時(shí)脈沖為低電平(0),那么此時(shí)秒進(jìn)位和分進(jìn)位的電平都為高電平，此時(shí)時(shí)鐘正常計(jì)時(shí)，就說時(shí)鐘為高電平有效。當(dāng)計(jì)時(shí)不正常時(shí)，那么就需要對時(shí)鐘進(jìn)行校時(shí)，則秒脈沖打到校時(shí)脈沖上，此時(shí)秒進(jìn)位脈沖和分進(jìn)位脈沖都為低電平(0)。當(dāng)閉合S1斷開S2，而此時(shí)進(jìn)過與非門，使得輸出

40、秒進(jìn)位為0而分進(jìn)位為1，就是說分進(jìn)位是高電平屬于正常計(jì)時(shí)，而秒進(jìn)位為低電平，此時(shí)就對分進(jìn)行校時(shí)，通過改變校時(shí)脈沖的頻率來改變計(jì)時(shí)，一般有向上計(jì)時(shí)和向下計(jì)時(shí)，為了簡單，我們這里只設(shè)計(jì)向上計(jì)時(shí)，就是每給一次脈沖，校時(shí)部分時(shí)間就向上走時(shí)。當(dāng)閉合S2斷開S1時(shí)，同樣的推理，此時(shí)秒進(jìn)位為1，分進(jìn)位為0，那么秒進(jìn)位就是正常計(jì)時(shí)，而對分進(jìn)位進(jìn)行校時(shí)，而分進(jìn)位是走向時(shí)的，就是對時(shí)進(jìn)行校時(shí)，校時(shí)分方法也是采用向上走時(shí)。</p><p&

41、gt;<b>　　圖9 校時(shí)電路</b></p><p>　　4.2.2 顯示部分</p><p>　　顯示部分是對時(shí)間進(jìn)行顯示，通過譯碼器的譯碼，把時(shí)間顯示到數(shù)碼顯示管上，由譯碼器和顯示器兩部分組成，這里譯碼器選擇共陰譯碼器74LS48，顯示器則用共陰數(shù)碼管。</p><p>　　譯碼器是一個(gè)多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的作用是把給定的

42、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)據(jù)分配，存貯器尋址和組合控制信號等。不同的功能可選用不同種類的譯碼器。譯碼器可分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。通用譯碼器又分為變量譯碼器和代碼變換譯碼器。這里譯碼器選擇共陰譯碼器74LS48，圖10是共陰譯碼器74LS48的引腳排列圖，其中A0、A1、A2、A3為BCD碼輸入端， a、b、c、

43、d、e、f、g——譯碼輸出端，輸出高電平“1"有效，用來驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管。</p><p>　　圖10 共陰譯碼器74LS48的引腳排列圖</p><p>　　LED數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，他有共陰管和共陽管兩種電路，其中共陰管和共陽管兩種不同出線形式的引出腳功能圖如圖11。</p><p>　　圖11 LED數(shù)碼管共陰管和共陽管出線形式&

44、lt;/p><p>　　其中左邊為共陰連接，靠高電平來驅(qū)動工作，右邊為共陽連接，靠低電平來驅(qū)動。</p><p>　　一個(gè)LED數(shù)碼管可用來顯示一位0--9十進(jìn)制數(shù)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。小型數(shù)碼管（0.5寸和0.36寸）每段發(fā)光二極管有正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為2～2.5V，每個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流在5～10mA。 LED數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進(jìn)制

45、數(shù)字就需要有一個(gè)專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有驅(qū)動能力。在實(shí)際使用過程中，數(shù)碼管各段必須使用限流電阻保護(hù)數(shù)碼管不因電流過大而損壞。在此選擇300歐姆電阻作為限流電阻使用。</p><p>　　圖12為7448驅(qū)動共陰數(shù)碼管的電路圖，將計(jì)數(shù)器的輸出連接到譯碼器的數(shù)據(jù)輸入端，經(jīng)仿真得出該譯碼器及顯示電路符合要求。</p><p>　　4.2.3 存儲部分</p>

46、<p>　　存儲部分主要由存儲器RAM2114組成。利用脈沖給其寫入一個(gè)設(shè)置好的時(shí)間，當(dāng)?shù)刂范伺c設(shè)置好的存儲單元的地址碼一致時(shí)，由RAM2114讀出存儲信號，驅(qū)動揚(yáng)聲器工作。在此用一個(gè)發(fā)光二極管代替揚(yáng)聲器工作。</p><p>　　RAM2114 為 4×1K 的存儲器，具有 10 位地址線，其存儲單元為 2 的 10 次方，共有 1024 個(gè)單元，每單元有 4 位，可以輸出 4 個(gè)不同的數(shù)

47、據(jù)?，F(xiàn)在對時(shí)間進(jìn)行控制，一天24小時(shí)，其控制點(diǎn)為24*60=1440個(gè)，1440>1024，就不能用RAM2114來實(shí)現(xiàn)存儲，可以用兩片RAM2114來實(shí)現(xiàn)，但設(shè)計(jì)比較麻煩，這里不采用。</p><p>　　一天有24小時(shí)，我們可以把24小時(shí)分為兩個(gè)時(shí)段，每一時(shí)段有12個(gè)小時(shí)，其控制點(diǎn)為12*60=720個(gè)，這個(gè)值小于1024，可以實(shí)現(xiàn)RAM2114的存儲功能，但是一天中相同的時(shí)間有兩個(gè)，就可能出現(xiàn)我們需要

48、8：00響鈴，而下一時(shí)段的20：00也響鈴的現(xiàn)象，為避免這種現(xiàn)象，就對RAM2114進(jìn)行設(shè)置，RAM2114有四個(gè)I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出端，可以控制四個(gè)數(shù)據(jù)的輸入和輸出，現(xiàn)在用一個(gè)I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出端控制上一個(gè)時(shí)段的12個(gè)小時(shí)，用另一個(gè)I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出端控制下一個(gè)時(shí)段的12個(gè)小時(shí)，就使得上下時(shí)段的控制分開，但是兩個(gè)時(shí)段的相同時(shí)間都是控制同一個(gè)現(xiàn)象，則會產(chǎn)生信號干擾的問題，如何來解決這個(gè)問題？就將12小時(shí)的進(jìn)位脈沖控制一個(gè)D觸發(fā)器，用

49、這個(gè)觸發(fā)器的Q端和Q非端分別控制兩個(gè)二輸入端的與非門，與非門的另一端分別接RAM2114的另兩個(gè)I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出端，在把兩個(gè)與非門的輸出結(jié)果送給一或非門在輸出結(jié)果，就得到一個(gè)控制輸出信號輸出，排除了信號的干擾。圖13為RAM2114存貯器功能驗(yàn)證圖。</p><p>　　圖13 RAM2114存貯器功能驗(yàn)證</p><p>　　由于RAM2114在Multisim里面沒有實(shí)際模型，所

50、以直接在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了功能驗(yàn)證，對其進(jìn)行寫的操作和讀的操作進(jìn)行說明，它如何實(shí)現(xiàn)對特定單元的讀和寫。</p><p>　　當(dāng)片選端為高電平（1）時(shí)，存儲器即不寫入也不讀出數(shù)據(jù)，當(dāng)片選端為低電平（0）時(shí)，存儲器寫入數(shù)據(jù)或者讀出數(shù)據(jù)。</p><p>　　計(jì)數(shù)器清0，使端先輸入一個(gè)0，使得計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)工作方式，當(dāng)片選端為低電平（0）時(shí)，使數(shù)據(jù)開關(guān)- 為1111狀態(tài)，然后將讀/寫控制端先置0在置1

51、,這時(shí)1111就寫入到0000單元中，按動一次單次脈沖，計(jì)數(shù)器為0001，改變數(shù)據(jù)開關(guān)- 為1110，再將讀/寫控制端先置0在置1，這時(shí)1110就寫入0001單元中，依此類推，沒按動一次單次脈沖，改變一次- 的狀態(tài)，將讀/寫控制端先置0在置1，這樣就寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　計(jì)數(shù)器清0，使端先輸入一個(gè)0，使得計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)工作方式，片選端為低電平（0），將讀/寫控制端置1，通過改變計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)開關(guān)的狀態(tài)來實(shí)

52、現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀出。</p><p><b>　　5 總結(jié)與展望</b></p><p>　　本論文主要討論如何在隨機(jī)存儲器RAM2114的基礎(chǔ)上來實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的可編程性，并對電路的基本組成部分時(shí)鐘部分、顯示部分、校準(zhǔn)電路、控制部分以及存儲部分進(jìn)行分析，還學(xué)習(xí)了計(jì)數(shù)器、譯碼器、數(shù)字顯示器，微處理機(jī)控制單元，現(xiàn)場可編程門陣列等知識，并在multisim仿真軟件里面應(yīng)用芯片74L

53、S160，74LS48，CD4060，74290進(jìn)行仿真。由于可編程時(shí)鐘控制器對時(shí)鐘的控制具有相對穩(wěn)定行，所以它在我們生活中的應(yīng)用越來越廣泛，涉及面也越來越廣，比如導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，錄象機(jī)、攝象機(jī)，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，工業(yè)自動化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等。本設(shè)計(jì)只進(jìn)行了理論分析和仿真運(yùn)作，并在仿真軟件里得到了本實(shí)驗(yàn)的理論結(jié)果，由于沒有進(jìn)

54、行實(shí)驗(yàn)探討，所以能不能在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)電子鐘的可編程性還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 楊魯平,李良榮. 近代電子學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].貴州大學(xué)出版社, 2007年2月.</p><p>　　[2] 楊樹行. 模擬電子計(jì)術(shù)基礎(chǔ)簡明教程(第三版) [M]，高等教育出版社, 2006年5月.&l

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