毕业设计(论文)-多功能数字钟的设计.doc
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1、焦作大学机电系毕业设计多 功 能 数 字 钟 的 设 计 熊 保 军 焦作大学机电工程学院 毕业设计 中图分类号:TP273 多功能数字钟的设计 专业名称:应用电子技术学生姓名:Xxxxx导师姓名:Xxxxx 焦作大学机电工程学院2009年12月2 中图分类号:TP273 密级:公开UDC: 单位代码:11522 多功能数字钟的设计Multi-function Digital Clock Design姓 名Xxxxx学制3年专 业应用电子技术研究方向电子设计导 师Xxxxxx职称讲师论文提交日期2009.12.27论文答辩日期2010/01/04 焦作大学机电工程学院焦作大学机电工程学院毕业设
2、计 摘要摘 要数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更长的使用寿命,广泛用于个人家庭,车站, 码头,办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品。本系统进行了各单元的设计和总体调试,可以完成准确的完成计时、定时和仿电台报时功能。电路由多谐振荡器、分频器、计数器、译码显示器和校时电路以及定时电路组成。总体方案设计由主体电路和扩展电路两大部分组成。本电路具有走时精度高,稳定性好,使用方便,不需要经常进行调校等特点。关键词:555 定时器;多谐振荡器;分频器;计数器;数字钟AbstractDigital Clock is
3、 a digital circuit technology with the hours,minutes,seconds, timing devices, as compared with the mechanical clock has a higher accuracy and intuitive, and no mechanical device has a longer service life, widely used in individual families, stations, terminals, offices and other public places, becom
4、e indispensable in daily life necessities. This system has been the design of each unit and the overall debugging, complete and accurate completion of timing, timing, and imitation radio timekeeping function. Circuit consists of multi-harmonic oscillator, dividers, counters, displays and school when
5、 the decoding circuit and timing circuit. Overall program design and expansion of the circuit from the main circuit composed of two parts. This circuit has a travel time of high precision, good stability, easy to use, does not require frequent adjustment and so on.Key words: 555 timer; multivibrator
6、; divider; counter;Digital Clock 焦作大学机电工程学院毕业设计 目录目 录1绪论.(1)1.1概述.(1)1.2设计任务.(2)1.3功能要求.(2)2.电路设计.(4)2.1设计方案.(4)2.2单元电路的设计.(4)2.2.1主体电路部分.(5)2.2.1.1振荡电路.(5)2.2.1.2计数电路.(8)2.2.1.3校时电路.(12)2.2.1.4译码与显示电路.(14)2.2.2 扩展功能电路的设计.(15)2.2.2.1 定时控制电路.(15)2.2.2.2 仿广播电台正点报时电路.(17)2.2.2.3 自动报整点时数电路.(17)2.2.2.4 触
7、摸报整点时数电路.(19)3.调试.(21)3.1主体电路部分.(21)3.2 扩展电路部分.(22)4 总结.(24)参考文献.(25)附录.(26)谢辞.(30)1焦作大学机电工程学院毕业设计 1绪论1 绪论1.1 概述中国是世界上最早发明计时仪器的国家。有史料记载,汉武帝太初年间(纪元前104-101年)由落下闳创造了我国最早的表示天体运行的仪器浑天仪。东汉时期(公元130年)张衡创造了水运浑天仪,为世界上最早的以水为动力的观测天象的机械计时器,是世界机械天文钟的先驱。盛唐时代,公元725年张遂(又称一行)和梁令瓒等人创制了水运浑天铜仪,它不但能演示天球和日、月的运动,而且立了两个木人,
8、按时击鼓,按时打钟。第一个机械钟的灵魂擒纵器用于计时器,这是中国科学家对人类计时科学的伟大贡献。它比十四世纪欧洲出现的机械钟先行了六个世纪。第一只石英钟出现在二十世纪二十年代,从三十年代开始得到了推广,从六十年代开始,由于应用半导体技术,成功地解决了制造日用石英钟问题,石英电子技术在计时领域得到了广泛的应用。并取代机械钟做了更精确的时间标准。早在1880年,法国人皮埃尔居里和保罗雅克居里就发现了石英晶体有压电的特性,这是制造钟表“心脏”的良好材料。科学家以石英晶体制成的振荡计时器和电子钟组合制成了石英钟。经过测试,一只高精度的石英钟表,每年的误差仅为 35秒。1942年,著名的英国格林尼治天文
9、台也开始采用了石英钟作为计时工具。在许多场合,它还经常被列为频率的基本标准,用于日常测量与检测。大约在 1970 年前后,石英钟表开始进入市场,风靡全球。随着科学的进步,精密的电子元件不断涌现,石英钟表也开始变得小巧精致,它既是实用品,也是装饰品。它为人们的生活提供方便,更为人们的生活增添了新的色彩。 在现行情况下根据简单实用强的、走时准确进行设计。而实验证明,钟表的振荡部分采用石英晶体作为时基信号源时,走时更精确、调整更方便。钟是一种计时的器具,它的出现开拓了时间计量的新里程。提起时钟大家都很熟悉,它是给我们指明时间的一种计时器,并且我们每天都要用到它。二十世纪八十年代中国的钟表业经历了一场
10、翻天覆地的大转折。其表现在三个方面:(1)从生产机械表转为石英电子表;(2)曾占据中国消费市场四十多年的大型国有企业突然被刚刚冒起的“组业”所取代,钟表生产中心转向中国南方沿海一带;(3)中国钟表业发展从以机芯为龙头改为以手表外观件为龙头。这场转折以迅雷不及掩耳的速度,冲击着传统的中国钟表工业。中国的钟表业从技术简单、零件少的石英钟机芯制造入手。最初石英钟机芯全靠从日本、德国进口,1989年开始完全自己生产,包括模具的制造加工。近十余年,逐渐提高机芯质量的稳定性,同时转向对手表机芯研制与开发。目前石英钟表机芯生产主要在福建省福州、广东东莞、番禺;机械钟表机芯在上海、山东等地。现在我国的电子业发
11、展非常快速,电子业的发展有利于钟表业的发展。在中国钟表发展史上,国产机芯研制的失败已经成为过去,“组装业”作为新兴钟表工业的起步阶段也已成为过去。一支新的充满智慧的钟表精英在成长。我们相信在科技高速发展的今天,钟表业运用当今材料工业、电子工业和其他领域的最新技术,一定会生产出代表中国科学水平的产品。我们希望钟表业的精英们在提高制造技术水平中不断创新,培育出拥有自主知识产权的品牌。这正是中国钟表业发展的希望。数字钟被广泛用于个人家庭,车站, 码头、办公室等公共场所,成为人们日常生活中的必需品。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,运用超过老式钟表, 钟表的数字化给人
12、们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等,所有这些,都是以钟表数字化为基础的。因此,研究数字钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。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
13、,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; 3焦作大学机电工程学院毕业设计 2 电路设计2 电路设计2.1设计方案根据设计要求首先建立了一
14、个多功能 数字钟电路系统的组成框图,框图如图2-1所示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 触摸报时数1s主体电路扩展电路图2-1多功能数字钟电路系统的组成框图Multi-function digital clock circuit diagram of system components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
15、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。2.2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4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
16、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0v5v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RC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。基电路本的如图2-2所示。图2-2 振荡器反馈电路Oscillato
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