`多功能数字钟的设计与制作

多功能数字钟的设计与制作1目录1绪论.....................................................................................................21.1概述...............................................................................................21.2设计任务.......................................................................................21.3功能要求.......................................................................................22电路设计.............................................................................................22.1设计方案........................................................................................22.2单元电路的设计.............................................................................32.2.1主体电路部分...........................................................................32.2.1.1振荡电路.............................................................................32.2.1.2计数电路.............................................................................72.2.1.3校时电路...........................................................................102.2.1.4译码与显示电路................................................................112.2.2扩展功能电路的设计............................................................112.2.2.1定时控制电路....................................................................112.2.2.2仿广播电台正点报时电路..................................................122.2.2.3自动报整点时数电路.........................................................132.2.2.4触摸报整点时数电路.........................................................143调试...................................................................................................153.1主体电路部分...............................................................................153.2扩展电路部分..............................................................................164总结...................................................................................................22谢辞............................................................................错误!未定义书签。参考文献...............................................................................................23附录.......................................................................................................24西南石油大学2006届本科毕业设计论文21绪论1.1概述1.2设计任务设计一种多功能数字钟，该数字钟具有基本功能和扩展功能两部分。其中，基本功能部分的有准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间和校时功能。扩展功能部分则具有：定时控制、仿广播电台正点报时、自动报整点时数和触摸报正点的功能。数字钟的电路也是由主体电路和扩展电路两部分构成，在电路中，基本功能部分由主体电路实现，而扩展功能部分则由扩展电路实现。这两部分都有一个共同特点就是它们都要用到振荡电路提供的1Hz脉冲信号。在计时出现误差时电路还可以进行校时和校分，为了使电路简单所设计的电路不具备校秒的功能。并且要用数码管显示时、分、秒，各位均为两为显示，扩展部分要有相应的响应电路。1.3功能要求基本功能（1）时的计时要求为“12翻1”，分和秒的计时要求为60进制（2）准确计时，以数字形式显示时，分，秒的时间（3）校正时间扩展功能（1）定时控制；（2）仿广播电台报时功能；（3）自动报整点时数；（4）触摸报整点时数；2电路设计2.1设计方案根据设计要求首先建立了一个多功能数字钟电路系统的组成框图，框图如图1所示。由图1可知，电路的工作原理是：多功能数字钟电路由主体电路和扩展电路两大部分组成。其中主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能。振荡器产生的高脉冲信号作为数字钟的振源，再经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器计满60后向分计数器个位进位，分计数器计满60后向小时计数器个位进位并且小时计数器按照“12翻1”的规律计数。计多功能数字钟的设计与制作3数器的输出经译码器送显示器。计时出现误差时电路进行校时、校分、校秒。扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行扩展功能。触摸报时数1s主体电路扩展电路图12.2单元电路的设计数字电子钟的设计方法很多种，例如，可用中小规模集成电路组成电子钟；也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟；还可以利用单片机来实现电子钟等。在本次设计，电路是由许多单元电路组成的，因此首先必须对各个单元电路进行设计。2.2.1主体电路部分主体电路部分的电路主要由振荡电路、计数电路、显示电路以及校时电路四大部分组成。下面将对各部分电路进行设计。2.2.1.1振荡电路振荡电路由振荡器和分频器产生1Hz时钟脉冲和扩展部分所需的频率，下面对振荡器和分频器两部分进行介绍。（1）振荡器数字电路中的时钟是由振荡器产生的，振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精度决定了数字钟计时的准确程度，一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高。它利用某种反馈方式产生时钟信号。对数字电路来说，振荡器的输出的幅度范围为0v—5v的方波信号而不是锯齿波、三角波或其他形式。典型的振荡器是弛豫振荡器，它通过一个时显示器时译码器时计数器分显示器分译码器分计数器秒显示器秒译码器秒计数器校时电路振荡器分频器仿电台报时报整点时数定时控制西南石油大学2006届本科毕业设计论文4RC网络将反相器的输出反馈回来并存在一定的工作延迟时间。基本的电路如图2所示。12A740412A7404R2R1C图2在上述电路中，RI-C网络由第一个反相器驱动，具有RC特性曲线的响应信号被反馈给反相器的输入。当电容上的电压达到施密特触发器输入反相器的门限电压的时候，反相器的状态发生改变，并输出一个新的电压值。这个输出电压经过一定的延迟时间再次通过RI—C反馈回来，直到电容电压再次达到门限电压为止。用施密特触发器输入器件（如74HC04），但是由于电容的参考电压在每个临界点都要发生变化，所以施密特触发器不是必需的。由于电容与输出相连，每次状态改变时，电容的充电电压会超过5V。从这一点来说，输出电压会改变电容的充电电压，直到电容两端的电压变为74HC04的门限电压（2.5V）为止。振荡器输出状态的改变发生在电容上的电压达到2.5V时。弛豫振荡器对许多低成本而精度要求又不高的场所非常适合，但是并不推荐在任何有精度要求的实际应用电路采用它。如果想要获得高的精度，就应该在振荡电路中使用石英晶体作振源。在数字钟的设计与制作中应采用石英晶体振荡器，因为石英晶体具有压电效应，是一个压电器件。当交流电压加在晶体两端，晶体先随电压变化产生对应的变化，然后机械振动又使晶体表面产生交变电荷。当晶体几何尺寸和结构一定时，它本生有一个固定的机械频率。当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率时，晶体片的机械振动最大，晶体表面电荷量最多，外电路的交流电流最强，于是产生振荡，因此将石英晶体按一定方位切割成片，两边傅以电极，焊上引线，再用金属或玻璃外壳封装即构成石英晶体。石英晶体的固有频率十分稳定。另外石英晶体的振动具有多谐性，除了基频振动外，还有奇次谐次泛音振动，对于石英晶体，既可利用基频振动，也可利用泛音振动。前者称为基频晶体，后者称为泛音晶体，晶片厚度与振动频率成反比，工作频率越高，要求晶片厚度越薄。将石英晶体作为高Q值谐振回路元件接入反馈电路中，就组成了晶体振荡器。在设计中所用的振荡器的电路图如图3所示。该电路多功能数字钟的设计与制作5能产生1MHz的方波脉冲振荡信号。12A740412A740412A74041K0.01uF5-25pF1MHZ图3（2）分频器分频器的作用是将由石英晶体产生的高频信号分频成基时钟脉冲信号和扩展部分所需的频率。在此电路中，分频器的功能主要有两个：一是产生标准脉冲信号；二是功能扩展电路所需的信号，如仿电台用的1KHz的高频信号和500Hz的低频信号等.在此电路中作为分频器的元件是:CD4518。CD4518可以组成二分频电路和十分频电路。用CD4518组成二分频的电路如图4；用CD4518组成十分频的电路如图5；在本次设计中所用的分频器的电路图如图6。电路经过十分频后将晶振来的1MHz的振荡脉冲变为1Hz的脉冲信号，该信号作为计数器的计数脉冲使用。输入输出输入输入输出清零图4图5CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518100KHZ10KHZ1KHZ100HZ10HZ1HZ1MHZ图64Q1QCrCPEN4QCrCP西南石油大学2006届本科毕业设计论文6输入输出CPCREN上升沿LH加计数LL上升沿加计数下降沿LX保XL上升沿上升沿LL持HL下降沿XHX全为L上表:CD4518的功能表振荡器和分频器两部分构成振荡电路，它的电路图如图7所示。根据图7可知电路的工作原理是：石英晶体振荡器提供的频率为1M