數字時鐘綜述【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>　　數字時鐘綜述</b></p><p>　　摘要：在現代科技不斷發(fā)展中，數字鐘已經成為人們日常生活中不可缺少的生活必需品。數字鐘具有走時準確、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、學習、工作、娛樂帶來了極大的方便。</p><p>　　關鍵字：數字鐘；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，一日一夜轉一周，29轉多為一個月365轉為一年。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動轉輪，帶動指針計時。到了十七世紀末，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，出現了石英鐘，

5、石英是一種礦物，當電流通過它時，它每秒鐘振動32768次。今天，大多數的鐘表都有一塊石英晶體。許多鐘表使用數字代替了鐘面。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，銫原子的振動速率是每秒9192631770次。在1957年時，出現了電動手表，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80年代初的時候，人類發(fā)明了數字鐘，一直到今天，數字鐘一直被人們廣泛使用中?，F在的數字表都有一塊電池、一個極小的計算器和一個石英晶體。人們做表，越做越小，甚至把它們當作飾物來佩戴[1]。</p><p><b>　　2.數字鐘的概述</b></p><p><b>　　2.1數字鐘的定義</b></p><p&

7、gt;　　數字鐘是采用數字電路技術實現時、分、秒的計時裝置。與一般的時鐘相比，數字鐘具有走時準確，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>　　數字鐘沒有任何的機械裝置，它由一塊組件獨立構成的時鐘集成電路專用芯片，在這芯片上集成了計數器、比較器、振蕩器、譯碼器和驅動等電路。其電路是能夠直接顯示時、分、秒、年、月、日，具有定時、報警等多種接口轉換的大規(guī)模集成電路，具有功能完整，結構

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

9、入電子時代后，數字鐘也相應出現。早期的數字鐘仍采用分立式元件或中、小規(guī)模集成電路設計制造，一般只與高檔儀器儀表設備相配套，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)展和電子科學技術的進步，國外一些芯片廠家已經建立了大規(guī)模集成電路的設計中心，采用新器件、新技術、新工藝，使數字鐘電路得以比較完美。我國數字鐘行業(yè)從80年代起逐漸成長壯大起來，目前在技術及應用水平上已經達到世界同類水平。</p><p&

10、gt;　　隨著電子技術的不斷發(fā)展，隨著人類社會的不斷進步，人們對數字鐘的要求也越來越高，傳統(tǒng)的時鐘已經不能滿足人們需求。多功能數字鐘不管在樣式上還是性能上都有了一個質的突破。外觀上它根據人們的需求，可以有液晶顯示，也可以是數碼管顯示。在性能上它也出現了很多的附加功能，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數字鐘的計時原理</p><p>　　數字計時器一般由振蕩器、分頻器計數器、譯碼器、顯示器等幾部分組成。石英晶體振蕩器產生的時標信號發(fā)送到分頻器，分頻電路將時標信號分成每秒一次的方波做為秒信號，秒信號送入計數器開始計數，并把累計的結果以“時”、“分”、“秒”的數字顯示出來。</p><p>　　現在市面上的數字鐘的精確度都不同，決定其精確度的就是頻率的基準。目前數字鐘的頻

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

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

14、字鐘電路有兩種：一種是用555定時器構成的多諧振蕩器作為時鐘源的數字鐘電路，另一種是采用石英晶體振蕩器作為時鐘源的數字鐘電路。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。這種用集成電路設計的數字鐘，結構簡單，成本低，在基本電路的基礎上，還能擴展其他的功能[7]。</p><p>　　圖3.數字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖</p><p>　　3.2基于單片機的數字鐘設計</p><p>　　單片機在多功能計時器中的應用已經是非常普遍。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計時功能，將其時間數據經單

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。輸出設備顯示器可以用液晶顯示技術和數碼管顯示技術完成。應用單片機實現的數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,具有良好的應用前景[8]。</p><p>　　圖4.基于單片機的數字鐘設計框圖</p><p>　　3.3基于FPGA的數字鐘設計</p

17、><p>　　用FPGA設計數字鐘，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 中來實現一個設計。由于VHDL 語言具有支持大規(guī)模設計和再利用已有設計等優(yōu)點，因此使用VHDL 語言來設計數字系統(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、據數字鐘的具體應用場合，使其不僅僅局限于時間和日期等日常需要，例如導航、報警、定位等相應功能滿足越來越多行業(yè)的需求[9-11]。</p><p>　　圖5.基于FPGA的數字鐘設計的結構框圖</p><p><b>　　4.總結</b></p><p>　　隨著電子技術在不斷進步，機械式時鐘已經被淘汰，取而代之的是具有高度準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)點的數字時鐘。數字時鐘更具人性化，更能提高人們的生活質量，更受人們歡迎。無可否認機械時代已經過去，電子時代已經到來。作為新時代的我們，更應該提高自身能力，適應新時代的發(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，在設計的時候，應該從多方面、多角度去考慮問題而且應該進一步提高時鐘的質

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.一種數字鐘的設計[J].電大理工，2010,3

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