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毕业设计论文
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宁乡职业中专论文数字钟的制作和设计,毕业设计论文
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1 多功能数字钟电路的设计与制作 宁乡职业中专 谭建明 陈格民 摘要 ： 电子数字钟的应用十分广泛，通过计时精度很高的石英晶振（也可采用卫星传递的时钟标准信号），采用相应进制的计数器，转化为二进制数，经过译码和显示电路准确地将时间“时”“分”“秒”用数字的方式显示出来。与传统的机械钟相比，它具有走时准确，显示直观，无机械传动，无需人的经常调整等优点。它广泛用于电子表、车站、码头、广场等公共场所的大型远距离时间显示电子钟。 【 关键词 】 ： 电子钟 秒脉冲 分频器 计数器 译码 驱动 振荡器 整点报时 调试 制作 电子数字钟的应用十分广泛，通过计时精度很高的石英晶振（也可采用卫星传递的时钟标准信号），采用相应进制的计数器，转化为二进制数，经过译码和显示电路准确地将时间“时”“分”“秒”用数字的方式显示出来。与传统的机械钟相比，它具有走时准确，显示直观，无机械传动，无需人经常调整等优点。它广泛用于电子表、车站、码头、广场等公共场所的大型远距离时间显示电子钟。 一数字钟电路设计思路 图 1 是数字钟的原理框图 图 1 原理框图 时 时计数器 二十四进制 分计数器 六十 进制 秒计数器 六十进制 报 时 电 路 较 时 电 路 秒脉冲 发生器 分 秒 nts 2 二：各单元电路的设计方法 1: 秒信号发生电路 这是数字钟的关键电路，它直接影响到数字钟的走时准确。根据计时的精度确定石英晶振的频率，一般采用 32768HZ的石英晶体振荡器通过 15 次的分频（ 15 级二分频，因215=32768）来获得秒脉冲的信号，作为计时的基本单位。石英晶振的误差很小，一般可达 10-9数量级。如果需要更高精度的可 以选用更高的晶体振荡器。经过更多级的分频，可得到更加精确的秒信号，一年中的误差不超过一秒。我们选用 CD4060 作为秒脉冲发生电路的主要器件，它是 14 级的二进制计数器 /分频器 /振荡器。如图 2 所示， C1， C2，晶振， R4， CD4060 等器件构成 32768HZ振荡器。 CD4060 的 9 脚 10 脚 11 脚内含两个非门电路， 16 脚为电源， 8 脚接地， 1 脚输出 12 分频信号， 2 脚输出 13 分频信号， 3脚输出 14 分频信号，图中的 R4 是反馈电阻，可使内部的非门电阻工作在线性放大区，C2 是微调电容，可改变振荡频率，以保证精确度。 12 脚为 复位功能，当为高电平 1 时，Q1 Q14 输出为 0， R 为低电平 0 时，内部计数器对 9 脚的脉冲进行计数且右脉冲的下降沿进行翻转。从 3 脚输出的为 32768 的第 14 级二分频，即为 2HZ，经 74LS74（ D 触发器）再作二分频，从而得到秒脉冲（ 1HZ信号）。 为止， 图 2 秒信号发生电路 Q 晶振 32768HZ C1 +VDD +5V C2 3-20P R4 +5V 16 15 14 13 12 11 10 9 Q10 Q8 Q9 R CP1 CP0 CP0 Q12 Q13 Q14 Q6 Q5 Q7 Q4 VSS 1 2 3 4 5 6 7 8 74LS74 1C 1/4 5 1D 6 7 Q 1HZ 74LS74 nts 3 2: “时 ”“分”“秒”计数器电路 计数器电路用来完成 60 秒 60 分及 24 小时的计数工作，且秒计数器的进位脉冲可以作为分计数器的输入脉冲，同理分计数器的进位脉冲可以作为小时计数器的输入脉冲，24 小时的输入脉冲可以作为一天的进位脉冲。“秒”、“分”、“时”计数器电路采用双 BCD同步加法计数器 CD4518，由图 2 得到的秒脉冲送图 3a 秒计数器，由此完成 60 秒计数功能。由 74LS08 的 3 脚输出信号即为 60 秒的进位时脉冲。 2 1 3 图 3 a 秒计数器 图中， QA1、 QB1、 QC1、 QD1为秒个位上十进制显示的二进制 BCD 码， QA1、 QB2、QC2、 QD2为秒十位上 6 进制 BCD 码，当十位要显示十进制 6 时即 0110， QB2、 QC2位均为 1，利用此条件，经 74LS08（四二输入与门）内部与门输出为 1 即高电平，给 15 脚，高电平使 CD4518 一组十位上的计数输出全部为 0 并向前输出一高电平，其他时候为低电平，此脉冲即为分脉冲的输入信号。 CD4518 15 脚和 2 脚分别为清 零端，当它为高电平时， QD QA=0 为低电平，执行计数功能，其脉冲输入有 2 个方式，从 2 脚 10 脚输入时，为下降沿计数，此时 9 脚 1 脚接低电平才有效，否则不能计数，计数脉冲信号从 9脚 1 脚输入时，从脉冲的上升沿开始计数，此时， 2 脚 10 脚应高电平才有效，否则不能计数。 分计数器与秒计数器完全相同。不同之处在于输出的脉冲不同，前者是 1HZ，这里是 1/60 HZ。图略。 时计数器为 24 进制计数，基本电路与分秒计数器相同。不同的是找出 24 进制的复位脉冲即显示 24 时个位及十位共 8 个输出端全部清零。十位为 0010（ 显示 2）时，个位为 0100（显示 4）时全部清零即 00点。选十位的 QB=1 和个位的 QC=1，通过与门 74LS08进位脉冲 74LS08 14 13 12 11 10 6 5 4 3 16 2 15 7 9 1 8 CD4518 VDD CP1 1HZ脉冲 十 位 个 位 QD2 QC2 QB2 QA2 CP2 QD1 QC1 QB1 QA1 nts 4 给 CD4518 的 15 脚与 7 脚为高电平，使输出 QA QD全为 0 从而实现 24 进制，此进位 脉冲即为一天的计数脉冲，此设计中未使用。时计数器电路如图 4： 图 4 时计数器 3: 译码显示电路设计 由计数器得到的 4 位二进制码的必须通过译码后转为人民习惯的数字显示。如 12：54： 30 的二进制码为 00010010： 01010100： 00110000。译码之后再驱动 7 段数码管显示时、分、秒。译码电路及驱动电路由 74LS248 电路完成见图 5： 图 5 74LS248 既作译码又是 LED 的驱动电路。 13.12.11.10. 9. 15. 14 输出分别推动数码管的 a. b .c d .e. f. g. 字段。 74LS248 的 7 、 1、 2、 6 脚分别输出 4 位二进制 BCD 码。DP 24 小时进位脉冲 QD QC QB QA QD QC QB QA VD 74LS08 14 13 12 11 10 6 5 4 3 16 2 15 7 1 9 8 1/3600 脉冲 QB1 QC1 QD1 QA1 Yf Yg Ya Yb Yc Yd Ye e d R c DP G f a b 10 9 8 7 6 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS248 1 2 3 4 5 6 7 8 g f a a f b g e c d 1 2 3 4 5 VCC +5v （共有 6 个相同的 电路） nts 5 根据计数器的输出状态由 74LS248 译码后再驱动 LED 直观显示出来。 LED 是共阴的。在 LED 的第 3 或 8 脚串接一个电阻。可以改变 LED 的亮度。 4校时电路的设计 当出现时间误差时，可利用秒脉冲来进行校对，具体方法是通过校时开关将秒脉冲直接输入到分计数器和时计数器。利用微动开关进行校对。如图 6 所示： 8 9 1 S2 图 6 校时电路 校对工作过程，校对时，将开关拨到校对位置。此时秒计数器无脉冲输入停止计数。接下微动开关 S1 时。脉冲输入到 74LS32 的 10 脚。内 部为二输入或门电路。 脚输入的是分脉冲，因秒计数器停止，分计数器也停止（不停也可以），分脉冲用秒脉冲替代。分计数器由 1 分计数脉冲变为 1 秒计数脉冲，加快了调整速度。同理，按下 S2 开关后，小时输入脉冲就以 1 秒脉冲代替，快速改变小时的显示，达到校时目的。当时间调到与标准时间相同时将开关拨到正常位置，计时又开始。 5、报时电路设计 当时间到点时，需要整点报时，报时的方式方法有很多。本电路采用播放音乐的方式。播放时间设计为 10 秒，采用多路输入与门 74LS30 来实现。当时间为 59 分 50 秒时，启动控制电路播放音乐。 具体方法如下： 59 分 50 秒时计数器给出 BCD 码为： 十位 个位 十位 个位 0105 1001 0101 0000 5 9 5 0 R S1 2 3 秒脉冲 进位 校对 正常 进位脉冲 74LS32 74LS32 时计数器 分计数器 秒计数器 1 1 nts 6 即： QD4 QC4 QB4 QA4=0101 QD3 QC3 QB3 QA3=1001 QD2 QC2 QB2 QA2=0101 QD1 QC1 QB1 QA1=0000 利用 BCD 码输出为 1 的逻辑与作为控制信号 C C=QC4QA4QD3QA3QC2QA2 来控制声音集成电路（报时专用）以及声音功放电路。 电路见图 7 74LS30 的 1、 2、 3、 4、 5、 6 为输入端控制信号。经与非门从 8 脚输出，当输入的全为 1 时， 8 的输出才为 0。经 Q1Q2提供启动电流，使 Q1 Q2导通，报时音乐集成块工作输出报时信号，同时，启动功放电路，将报时信号经放大从扬声器输出。 74LS30 16VCC 5V K QC4 1 QA4 2 Q1 QD3 3 8 R1 QA3 4 + 报时 功放 QC2 5 Q2 QA2 6 R2 8 图 7 报时电路 三、制作与调试 1、 根据电路制作电路板采用 Protel 99 se 进行 PCB 设计，送印刷板工厂制作出线路板 2、 选取合格的元件进行安装 3、 安装无误后，接通电源逐级调试。用通用计数器测出振荡器输出频率，调节 微调电容 C2使振荡频率为 3276HZ 分别测出 CD4060 Q14 Q1各分频频率，秒脉冲正常之后，将开关拨至校对位置，对分小时计数器进行检查。个位应是 0 9 变化。十位上数字应是 0 5 变化或 0 2 变化（小时计数器）。然后将开关拨至计时（正常）位置。数字钟应走时正常在校时过程中也应该有整点的报时音乐。如果没有检查 74LS30 没输出电路。 nts 7 四： 结论： 数字钟的设计涉及到模拟电子与数字电子技术。其中绝大部分是数字部
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