毕业设计(论文)-多功能数字钟设计与制作.docx
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1、天津大学网络教育学院专科毕业论文多功能数字钟设计与制作一、引言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,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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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。普通数字钟在我们的生活中依然扮演着重要的角色,但随着社会的发展和人民生活水平的提高,普通功能的数字钟已经远远不能满足消费者和使用者的需求了。所以一种携带方便而且功能多样的数字钟就迫切出现在我们生活中。所以我进一步研究数字钟的其他功能,希望此次设计为我们的生活带来更多方便。1、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
7、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。2、设计要求设计一个数字钟。要求用六位数码管显示时间,格式为00:00:00。具有60进制和24进制(或12进制)计数功能,秒、分为60进制计数,时为24进制(或12进制)计数。有译码、七段数码显示功能,能显示时、分、秒计时的结果。设
8、计提供连续触发脉冲的脉冲信号发生器,具有校时单元、闹钟单元和整点报时单元。确定设计方案,按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路,设计分电路,画出总体电路原理图,阐述基本原理。3、Multisim软件介绍Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图,并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容,这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿
9、真和分析新的设计,这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术,PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。二、设计原理与方案1、设计方案该设计主要由以下几部分组成:震荡器、分频器、秒计数器、分计数器、时计数器、BCD-七段显示译码/驱动器、LED七段显示数码管、时间校准电路、整点报时电路还有闹钟电路。数字钟数字显示部分,采用译码与二极管串联电路,将译码器、七段数码管连接起来,组成十进制数码显示电路,即时钟显示。要完成显示需要6个数码管,七段的数码管需要译码器才能正常显示,然后要实现时、分、秒的计时需要60进制
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