1、數數 字字 鐘鐘 電電 路路第2頁中文摘要：加入世貿組織以后，中國會面臨激烈的競爭。這種競爭將是一場科技實力、管理水平和人才素質的較量，風險和機遇共存，同時電子產品的研發日新月異，不僅是在通信技術方面數字化取代于模擬信號，就連我們的日常生活也進于讓數字化取締。 說明數字時代已經到來，而且滲透于我們生活的方方面面。就拿我們生活的實例來說明一下“數字”給我們帶來的便捷。下面我們就以數字鐘為例簡單介紹一下。數字鐘我們聽到這幾個字，第一反應就是我們所說的數字，不錯數字鐘就是以數字顯示取代模擬表盤的鐘表，在顯示上它用數字反應出此時的時間，相比模擬鐘能給人一種一目了然的感覺，不僅如此它還能同時顯示時、分、

2、秒。而且能對時、分、秒準確校時，這是普通鐘所不及的。與此同時數字鐘還能準確定時，在你所規定的時間里準確無誤的想你發出報時聲音，提醒你在此時所需要去做的事。與舊式鐘表相比它更適用于現代人的生活。在畢業之際恰好遇上學校的畢業課題電子時鐘設計畢業論文。因而在所學專業的基礎上做了以下畢業設計。希望給大家帶來方便的同時，使自己對所學專業有進一步的了解！關鍵字關鍵字：數字鐘 校時 時間顯示 定時 目錄前言： .41.設計目的 .62.設計功能要求 .63.電路設計.63.1 設計方案.63.2 單元電路的設計 .73.2.1 主體電路部分 .73.2.1.1 振蕩電路 .83.2.1.2 計數電路 .12

3、3.2.1.3 校時電路 .173.2.1.4 譯碼與顯示電路 .193.2.2 擴展功功能電路的設計 .21第3頁3.2.2.1 定時控制電路 .213.2.2.2 仿廣播電臺正點報時電路 .233.2.2.3 自動報整點時數電路 .243.2.2.4 觸摸報整點時數電路 .264.調試 .274.1 主體電路部分 .274.2 擴展電路部分 .295.總結 .31致 謝.32參考文獻.33附錄.34前言：中國是世界上最早發明計時儀器的國家。有史料記載，漢武帝太初年間（紀元前104-101年）由落下閎創造了我國最早的表示天體運行的儀器渾天儀。東漢時期（公元130年）張衡創造了水運渾天儀，為世

4、界上最早的以水為動力的觀測天象的機械計時器，是世界機械天文鐘的先驅。盛唐時代，公元725年張遂（又稱一行）和梁令瓚等人創制了水運渾天銅儀，它不但能演示天球和日、月的運動，而且立了兩個木人，按時擊鼓，按時打鐘。第一個機械鐘的靈魂擒縱器用于計時器，這是中國科學家對人類計時科學的偉大貢獻。它比十四世紀歐洲出現的機械鐘先行了六個世紀。第一只石英鐘出現在二十世紀二十年代，從三十年代開始得到了推廣，從六十年代開始，由于應用半導體技術，成功地解決了制造日用石英鐘問題，石英電子技術在計時領域得到了廣泛的應用。并取代機械鐘做了更精確的時間標準。早在1880年，法國人皮埃爾居里和保羅雅克居里就發現了石英晶體有壓電

5、的特性，這是制造鐘表“心臟”的良好材料。科學家以石英晶體制成的振蕩計時器和電子鐘組合制成了石英鐘。經過測試，一只高精度的石英鐘表，每年的誤差僅為3-5秒。1942年，著名的英國格林尼治天文臺也開始采用了石英鐘作為計時工具。在許多場合，它還經常被列為頻率的基本標準，用于日常測量與檢測。大約在 1970 年前后，石英鐘表開始進入市場，風靡全球。第4頁隨著科學的進步，精密的電子元件不斷涌現，石英鐘表也開始變得小巧精致，它既是實用品，也是裝飾品。它為人們的生活提供方便，更為人們的生活增添了新的色彩。 在現行情況下根據簡單實用強的、走時準確進行設計。而實驗證明，鐘表的振蕩部分采用石英晶體作為時基信號源時

6、，走時更精確、調整更方便。鐘是一種計時的器具，它的出現開拓了時間計量的新里程。提起時鐘大家都很熟悉，它是給我們指明時間的一種計時器，并且我們每天都要用到它。二十世紀八十年代中國的鐘表業經歷了一場翻天覆地的大轉折。其表現在三個方面：（1）從生產機械表轉為石英電子表； （2）曾占據中國消費市場四十多年的大型國有企業突然被剛剛冒起的“組業”所取代，鐘表生產中心轉向中國南方沿海一帶；（3）中國鐘表業發展從以機芯為龍頭改為以手表外觀件為龍頭。這場轉折以迅雷不及掩耳的速度，沖擊著傳統的中國鐘表工業。中國的鐘表業從技術簡單、零件少的石英鐘機芯制造入手。最初石英鐘機芯全靠從日本、德國進口，1989 年開始完全

7、自己生產，包括模具的制造加工。近十余年，逐漸提高機芯質量的穩定性，同時轉向對手表機芯研制與開發。目前石英鐘表機芯生產主要在福建省福州、廣東東莞、番禺；機械鐘表機芯在上海、山東等地。現在我國的電子業發展非常快速，電子業的發展有利于鐘表業的發展。在中國鐘表發展史上，國產機芯研制的失敗已經成為過去， “組裝業”作為新興鐘表工業的起步階段也已成為過去。一支新的充滿智慧的鐘表精英在成長。我們相信在科技高速發展的今天，鐘表業運用當今材料工業、電子工業和其他領域的最新技術，一定會生產出代表中國科學水平的產品。我們希望鐘表業的精英們在提高制造技術水平中不斷創新，培育出擁有自主知識產權的品牌。這正是中國鐘表業發

8、展的希望。數字鐘被廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭、辦公室等公共場所,成為人們日常生活中的必需品。由于數字集成電路的發展和石英晶體振蕩器的廣泛應用,使得數字鐘的精度,運用超過老式鐘表, 鐘表的數字化給人們生產生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數字化為基礎的。因此，研究數字鐘及擴大其應用，有著非常現實的意義。第5頁1.設計目的設計一種多功能數字鐘，該數字鐘具有基本功能和擴展功能兩部分。其中，基本功能部分的有準確計時，以數字形

9、式顯示時、分、秒的時間和校時功能。擴展功能部分則具有：定時控制、仿廣播電臺正點報時、自動報整點時數和觸摸報正點的功能。數字鐘的電路也是由主體電路和擴展電路兩部分構成，在電路中，基本功能部分由主體電路實現，而擴展功能部電路實現。這兩部分都有一個共同特點就是它們都要用到振蕩電路提供的 1Hz 脈沖信號。在計時出現誤差時電路還可以進行校時和校分，為了使電路簡單所設計的電路不具備校秒的功能。并且要用數碼管顯示時、分、秒，各位均為兩位顯示，擴展部分要有相應的響應電路。分則由擴展2.設計功能要求基本功能 ：（1）時的計時要求為“12 翻 1” ，分和秒的計時要求為 60 進制（2）準確計時，以數字形式顯示

10、時，分，秒的時間（3）校正時間擴展功能 ：（1）定時控制；（2）仿廣播電臺報時功能；（3）自動報整點時數；（4）觸摸報整點時數；3.電路設計3.1 設計方案根據設計要求首先建立了一個多功能 數字鐘電路系統的組成框圖，框圖如圖 1 所示。第6頁時顯示器分顯示器秒顯示器時譯碼器分譯碼器秒譯碼器時計數器分計數器秒計數器校時電路振蕩器分頻器整點報時觸摸報時仿電臺報定時控制主體電路擴展電路圖 1由圖 1 可知，電路的工作原理是：多功能數字鐘電路由主體電路和擴展電路兩大部分組成。其中主體電路完成數字鐘的基本功能，擴展電路完成數字鐘的擴展功能。振蕩器產生的高脈沖信號作為數字鐘的振源，再經分頻器輸出標準秒脈沖

11、。秒計數器計滿 60 后向分計數器個位進位，分計數器計滿 60 后向小時計數器個位進位并且小時計數器按照“12 翻 1”的規律計數。計數器的輸出經譯碼器送顯示器。計時出現誤差時電路進行校時、校分、校秒。擴展電路必須在主體電路正常運行的情況下才能進行擴展功能。3.2 單元電路的設計數字電子鐘的設計方法很多種，例如，可用中小規模集成電路組成電子鐘；也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘；還可以利用單片機來實現電子鐘等。在本次設計，電路是由許多單元電路組成的，因此首先必須對各個單元電路進行設計。3.2.1 主體電路部分主體電路部分的電路主要由振蕩電路、計數電路、顯示電路

12、以及校時電路四大部分組成。下面將對各部分電路進行設計。3.2.1.1 振蕩電路振蕩電路由振蕩器和分頻器產生 1Hz 時鐘脈沖和擴展部分所需的頻率，下面對振蕩器和分頻器兩部分進行介紹。（1）振蕩器第7頁數字電路中的時鐘是由振蕩器產生的，振蕩器是數字鐘的核心。振蕩器的穩定度及頻率的精度決定了數字鐘計時的準確程度，一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。它利用某種反饋方式產生時鐘信號。對數字電路來說，振蕩器的輸出的幅度范圍為 0v5v 的方波信號而不是鋸齒波、三角波或其他形式。典型的振蕩器是弛豫振蕩器，它通過一個 RC 網絡將反相器的輸出反饋回來并存在一定的工作延遲時間。基本的電路如圖 2 所示。

13、12A740412A7404R2R1C圖 2在上述電路中，RI-C 網絡由第一個反相器驅動，具有 RC 特性曲線的響應信號被反饋給反相器的輸入。當電容上的電壓達到施密特觸發器輸入反相器的門限電壓的時候，反相器的狀態發生改變，并輸出一個新的電壓值。這個輸出電壓經過一定的延遲時間再次通過 RIC 反饋回來，直到電容電壓再次達到門限電壓為止。用施密特觸發器輸入器件（如 74HC04） ，但是由于電容的參考電壓在每個臨界點都要發生變化，所以施密特觸發器不是必需的。由于電容與輸出相連，每次狀態改變時，電容的充電電壓會超過5V。從這一點來說，輸出電壓會改變電容的充電電壓，直到電容兩端的電壓變為 74HC0

14、4 的門限電壓（2.5V）為止。振蕩器輸出狀態的改變發生在電容上的電壓達到 2.5V 時。弛豫振蕩器對許多低成本而精度要求又不高的場所非常適合，但是并不推薦在任何有精度要求的實際應用電路采用它。如果想要獲得高的精度，就應該在振蕩電路中使用石英晶體作振源。在數字鐘的設計與制作中應采用石英晶體振蕩器，因為石英晶體具有壓電效應，是一個壓電器件。當交流電壓加在晶體兩端，晶體先隨電壓變化產生對應的變化，然后機械振動又使晶體表面產生交變電荷。當晶體幾何尺寸和結構一定時，它本生有一個固定的機械頻率。當外加交流電壓的頻率等于晶體的固有頻率時，晶體片的機械振動最大，晶體表面電荷量最多，外電路的交流電流最強，于是

15、產生振蕩，因此將石英晶體按一定方位切割成片，兩邊傅以電極，焊上引線，再用金屬或玻璃外殼封裝即構成石英晶體。石英晶體的固有頻率十分穩定。另外石英晶體的振動具有多諧性，除了基頻振動外，還有奇次諧次泛音振動，對于石英晶體，既可利用基頻振動，也可利用泛音振動。前者稱為基頻晶體，后者稱為泛音晶體，晶片厚度與振動頻率成反比，工作頻率越高，要求晶片厚度越薄。將石英晶體作為高 Q 值諧振回路元件接入反饋電路中，就組成了晶體振蕩器。在設計中所用的振蕩器的電路圖如圖 3 所示。第8頁該電路能產生 1MHz 的方波脈沖振蕩信號。12A740412A740412A74041K0.01uF5-25pF1MHZ圖 3（2

16、）分頻器分頻器的作用是將由石英晶體產生的高頻信號分頻成基時鐘脈沖信號和擴展部分所需的頻率。在此電路中，分頻器的功能主要有兩個：一是產生標準脈沖信號；二是功能擴展電路所需的信號，如仿電臺用的 1KHz 的高頻信號和 500Hz 的低頻信號等.在此電路中作為分頻器的元件是:CD4518。CD4518 可以組成二分頻電路和十分頻電路。用 CD4518 組成二分頻的電路如圖 4；用 CD4518 組成十分頻的電路如圖 5；在本次設計中所用的分頻器的電路圖如圖 6。電路經過十分頻后將晶振來的1MHz 的振蕩脈沖變為 1Hz 的脈沖信號，該信號作為計數器的計數脈沖使用。輸入 輸 出 輸入 輸入 輸 出清零

17、圖 4 圖 5 4Q1QCr CPEN 4QCr CP第9頁CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518100KHZ10KHZ1KHZ100HZ10HZ1HZ1MHZ圖 6上表:CD4518 的功能表振蕩器和分頻器兩部分構成振蕩電路，它的電路圖如圖 7 所示。根據圖 7 可知電路的工作原理是：石英晶體振蕩器提供的頻率為

18、 1MHz，CD4518 組成十分頻電路。輸入輸出CKCREN上升沿LH加計數LL上升沿加計數下降沿LXXL上升沿上升沿LLHL下降沿保 持XLX全為 L第10頁并且一個 CD4518 可以組成兩個十分頻電路即：CD4518 的引腳 2 與引腳 6 組成一個十分頻電路而引腳 10 與引腳 14 組成另一個十分頻電路。晶振的輸出接入第一塊 CD4518 的輸入引腳 2，經過一次十分頻，頻率變為 100KHz。輸出引腳 6 接入同一塊 CD4518 的引腳 10 經第二次分頻，頻率變為10KHz。輸出引腳接人第二塊 CD4518 的輸入引腳 2 再經一次分頻，頻率變為 1KHz。這樣經過六次分頻最

19、后可以得到 1Hz 的頻率。12A740412A740412A74041K0.01uF5-25pF1MHZCK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36A4518100KHZ10KHZ1KHZ100HZ10HZ1HZ圖 73.2.1.2 計數電路計數器是一種計算輸入脈沖的時序邏輯網絡，被計數的輸入信號就是時序網絡的時鐘脈沖，它不僅

20、可以計數而且還可以用來完成其他特定的邏輯功能，如測量、定時控制、數字運算等等。數字鐘的計數電路是用兩個六十進制計數電路和“12 翻 1”計數電路實現的。數字鐘的計數電路的設計可以用反饋清零法。當計數器正常計數時，反饋門不起作用，只有當進位脈沖到來時，反饋信號將計數電路清零，實現相應模的循環計數。以六十進制為例，當計數器從00，01，02，59 計數時，反饋門不起作用，只有當第 60 個秒脈沖到來時，反饋信號隨即將計數電路清零，實現模為 60 的循環計數。下面將分別介紹 60 進制計數器和“12 翻 1”小時計數器。 （一）60 進制計數器電路如圖 8 所示第11頁R0(1)6R0(2)7CKA

21、14QA12CKB1QB11QC9QD874LS92_2R0(1)2R0(2)3R9(1)6R9(2)7CKA14QA12CKB1QB9QC8QD1174LS90_5GNDGND+5V+5V圖 8電路中，74LS92 作為十位計數器，在電路中采用六進制計數；74LS90 作為個位計數器在電路中采用十進制計數。當 74LS90 的 14 腳接振蕩電路的輸出脈沖 1Hz 時 74LS90 開始工作，它計時到 10時向十位計數器 74LS92 進位。下面對電路中所用的主要元件及功能介紹。 十進制計數器 74LS90 74LS90 是二五十進制計數器，它有兩個時鐘輸入端 CKA 和 CKB。其中，CK

22、A 和組成一位0Q二進制計數器；CKB 和組成五進制計數器；若將與 CKB 相連接，時鐘脈沖從輸入，則321Q Q Q0QACP構成了 8421BCD 碼十進制計數器。74LS90 有兩個清零端 R0（1） 、R0（2） ，兩個置 9 端 R9（1）和R9（2） ，其 BCD 碼十進制計數時序如表 1，二五混合進制計數時序如表 2，74LS90 的管腳圖如圖9。R0(1)2R0(2)3R9(1)6R9(2)7CKA14QA12CKB1QB9QC8QD1174LS90圖 9表 1 BCD 碼十進制計數時序 表 2 二五混合進制計數時序第12頁 異步計數器74LS92所謂異步計數器是指計數器內各觸

23、發器的時鐘信號不是來自于同一外接輸入時鐘信號，因而觸發器不是同時翻轉。這種計數器的計數速度慢。一異步計數器 74LS92 是 二六十二進制計數器，即CKA 和組成二進制計數器，CKB 和在 74LS92 中為六進制計數器。當 CKB 和相連，時鐘0Q321Q Q Q0Q脈沖從 CKA 輸入，74LS92 構成十六進制計數器。74LS92 的管腳圖如圖 10。R0(1)6R0(2)7CKA14QA12CKB1QB11QC9QD874LS92圖 10（二） “12 翻 1”小時計數器電路 （1） 電路如圖 11 所 示CKDQCQBQAQ000001000120010300114010050101

24、60110701118100091001CKAQBQCQDQ00000100012001030011401005100061001710108101191100第13頁CLK3D2SD4CD1Q5Q674LS74AP015P11P210P39Q03Q12Q26Q37RC13TC12CLK14CE4U/D5PL1174LS191456U9B74LS00123U9A74LS00111213U10D 74LS00GNDR13.3K+5V89U8D74LS04+5vCP圖 11“12 翻 1”小時 計數器是按照“01020304050607080910111201”規律計數的，計數器的計數狀態轉換表如

25、表 3 所示。表 3“12 翻 1”小時計時時序十位 個位十位 個位CKQ10Q03 Q02 Q01 Q00CK Q10Q03 Q02 Q01 Q0001234567 000000000 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 1891011121300011101 0 0 01 0 0 11 0 1 00 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 0 1（二）電路的工作原理由表可知：個位計數器由 4 位二進制同步可逆計數器 74LS191 構成，十位計數器由雙 D 觸發器第14頁74LS74 構成 ，將它們組成 “12 翻

26、 1”小時計數器。由表可知：計數器的狀態要發生 兩次跳躍：一是：計數器計到 9，即個位計數器的狀態為 =1001 后，在下一計數脈沖的作用下計數器進入暫態 1010，利用暫態的兩個 1 即03020100Q Q Q Q使個位異步置 0，同時向十位計數器進位使 =1；二是計數到 12 后，在第 13 個計數脈沖0301Q Q10Q作用下個位計數器的狀態應為 =0001，十位計數器的 =0。第二次跳躍的十位清03020100Q Q Q Q10Q“0”和個位置“1”的輸出端、來產生。對電路中所用的主要元件及功能介紹。10Q01Q00Q D 觸發器 74LS74在電路中用到了 D 觸發器 74LS74

27、，74LS74 的管腳圖如圖 12。D2Q5Q6CLK341PRECLRA74LS74圖 12下面將介紹一些有關觸發器的內容：觸發器，它是由門電路構成的邏輯電路，它的輸出具有兩個穩定的物理狀態（高電平和低電平） ，所以它能記憶一位二進制代碼。觸發器是存放在二進制信息的最基本的單元。按其功能可為基本 RS觸發器觸、JK 觸發器、D 觸發器和 T 觸發器。這幾種觸發器都有集成電路產品。其中應用最廣泛的當數 JK 觸發器和 D 觸發器。不過，深刻理解 RS 觸發器對全面掌握觸發器的工作方式或動作特點是至關重要的。事實上，JK 觸發器和 D 觸發器是 RS 觸發器的改進型，其中 JK 觸發器保留了兩個

28、數據輸入端，而 D 觸發器只保留了一個數據輸入端。D 觸發器有邊沿 D 觸發器和高電平 D 觸發器。74LS74 為一個電平 D 觸發器。 計數器 74LS191 74LS191 的管腳圖如圖 13 第15頁CTEN4D/U5CLK14LD11MAX/MIN12RCO13A15QA3B1QB2C10QC6D9QD774LS191圖 133.2.1.3 校時電路（一）電路如圖 14 所示8910U10C74LS00123U11A74LS00111213U10D74LS00R33.3kC10.01uFS1GND1011U8E74LS041HZS2/M2 Q2+5V圖 14（二）電路的工作原理校時電

29、路的作用是：當數字鐘接通電源或者出現誤差時，校正時間。校時是數字鐘應具有的基本功能。一般電子表都具有時、分、秒等校時功能。為了使電路簡單，在此設計中只進行分和小時的校時。校時有“快校時”和“慢校時”兩種， “快校時”是通過開關控制，使計數器對 1Hz 校時脈沖計數。 “慢校時”是用手動產生單脈沖作校時脈沖。圖中 S1 校分用的控制開關，S2（總圖）為校時用的控制開關，它們的控制功能如表 4 所示，校時脈沖采用分頻器輸出的 1Hz 脈沖，當 S1 或 S2分別為“0”時可以進行“快校時” 。如果校時脈沖由單次脈沖產生器提供，則可以進行“慢校時” 。 表 4 校時開關的功能第16頁S1S2功能11

30、計數10校分00校時表 4（三）對電路中所用的主要元件及功能介紹在此電路中，用到的元器件有兩塊四 2 輸入與非門 74LS00 、一塊六反相器 74 LS04、兩個電容、兩個電阻以及兩個開關。（1）四-2 輸入與非門 74LS00集成邏輯門是數字電路中應用十分廣泛最基本的一種器件，為了合理的使用和充分利用其性能，必須對它的主要參數和邏輯功能進行測試。74LS00 與非門的主要參數為：輸出高電平：指與非門有一個以上輸入端接地或接低電平時的輸出電平值。輸出低電平：指與非門的所有輸入端均接高電平時的輸出電平值。開門電平：指與非門輸出處于額定低電平時允許輸入高電平的最小值。關門電平：指與非門輸出處于高

31、電平狀態時允許輸入低電平的最大值。電壓傳輸特性：是指門的輸出電壓隨輸入電壓而變化的曲線，由它可以得到門電路的輸出高電平、輸出低電平、關門電平和開門電平等。低電平的輸出電源電流；是指輸入所有端都懸空，輸出端空載時，電源提供器件的電流。高電平輸出電源電流：是指輸出端空載，每個門各有一個以上的輸入端接地，電源提供給器件的電流。低電平輸入電流：是指被測輸入端接地，其余輸入端懸空時，由被測輸入端流出的電流值。高電平輸入電流：指被測輸入端接高電平，其余輸入端接地，流入被測輸入端的電流值。扇出系數：門電路能驅動同類門的個數，它是衡量門電路負載能力的一個參數，TTL 與非門有兩種不同性質的負載，即灌電流負載和

32、拉電流負載，因此有兩種扇出系數。即低電平扇出系數和高電平扇出系數。3.2.1.4 譯碼與顯示電路（一）電路如圖 15 所示第17頁BI/RBO4RBI5LT3A7B1C2D6a13b12c11d10e9f15g1474LS48abfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgDPY_7-SEG圖 15（二）電路的工作原理譯碼是編碼的相反過程，譯碼器是將輸入的二進制代碼翻譯成相應的輸出信號以表示編碼時所賦予原意的電路。常用的集成譯碼器有二進制譯碼器、二十制譯碼器和 BCD7 段譯碼器、顯示模塊用來顯示計時模塊輸出的結果。（三）對電路中的主要元件及功能介紹（1）譯碼器 74LS48譯碼器是

33、一個多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的工作是把給定的代碼進行“翻譯” ，變成相應的狀態，使輸出通道中相應的一路有信號輸出。譯碼器在數字系統中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉換、終端的數字顯示，還用于數字分配，存儲器尋址和組合控制信號等。譯碼器可以分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。在電路中用的譯碼器是共陰極譯碼器 74LS48，用 74LS48 把輸入的8421BCD 碼 ABCD 譯成七段輸出 a-g，再由七段數碼管顯示相應的數。 74LS48 的管腳圖如圖 16。在管腳圖中，管腳 LT、RBI、BI/RBO 都是低電平是起作用，作用分別為：LT 為燈測檢查，用 LT 可檢查七段顯示器個字段是否

34、能正常被點燃。BI 是滅燈輸入，可以使顯示燈熄滅。RBI 是滅零輸入，可以按照需要將顯示的零予以熄滅。BI/RBO 是共用輸出端，RBO 稱為滅零輸出端，可以配合滅零輸出端 RBI，在多位十進制數表示時，把多余零位熄滅掉，以提高視圖的清晰度。也可用共陰譯碼器 74LS248，CD4511。第18頁圖圖 1616BI/RBO4RBI5LT3A7B1C2D6a13b12c11d10e9f15g1474LS48（2）顯示器 SM421050N在此電路圖中所用的顯示器是共陰極形式，陰極必須接地。SM421050N 的管腳功能圖如圖 17abfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgDPY_

35、7-SEG圖 17主體電路部分是由上面的以上的各個單元電路組成的。3.2.2 擴展功功能電路的設計3.2.2.1 定時控制電路數字鐘在指定的時刻發出信號，或驅動音響電路“鬧時” ；或對某裝置的電源進行接通或斷開“控制” 。不管是鬧時還是控制，都要求時間準確，即信號的開始時刻與持續時間必須滿足規定的要求。（一）設計電路如圖 18 所示第19頁12456UZ1A74LS2013121098UZ1B74LS20456UZ4B74LS03123UZ4A74LS03123UZ9A74LS00456UZ9B74LS00RZ41KRZ322LS1SPEAKERQ13DG130+5VSZ3SW +5V1KHZ

36、RL3.3K+5V圖 18（二）電路的工作原理在這里將舉例來說明它的工作原理。要求上午 7 時 59 分發出鬧時信號，持續 1 分鐘。設計如下：7 時 59 分對應數字鐘的時時個位計數器的狀態為，分十位計數器的狀態為32101()0111HQ Q Q Q，分個位計數器的狀態為，若將上述計數器輸出為“1”的32102()0101MQ Q Q Q32101()1001MQ Q Q Q所有輸出端經過與門電路去控制音響電路，就可以使音響電路正好在 7 點 59 分響，持續 1 分鐘后（即 8 點）停響。所以鬧時控制信號 Z 的表達式為0 11SQ2101202301()()()HMMZQ Q QQ Q

37、Q QM式中，M 為上午的信號輸出，要求 M=1。如果用與非門實現的邏輯表達式為：210122301()(0)()HMMZQ Q QMQ QQ Q在該電路圖中用到了 4 輸入二與非門 74LS20，集電極開路的 2 輸入四與非門 74LS03，因 OC 門的輸出端可以進行“線與” ，使用時在它們的輸出端與電源+5V 端之間應接一電阻 RL。RL 的值由下式決定： minmaxCCOHLOHIHVVRnImImaxminCCOLLOLILVVRImI=0.4V,=0.4mA,=2.4V,=50uA,=8mA,=100Ua;m 為負載門輸入端總個數。maxOLVILIminOLVIHIOLIOHI

38、取 RL=3.3K。如果控制 1KHz 高音和驅動音響電路的兩極與非門也采用 OC 門，則 RL 的值應該重新計算。第20頁由電路圖可以看見，上午 7 點 59 分，音響電路的晶體管導通，則揚聲器發出 1KHz 的聲音。持續 1 分鐘到 8 點整晶體管因為輸入端為“0”而截止，電路停鬧。（三）對電路中所用的主要元件及功能介紹在電路中所用到的元件有 74LS03，74LS20 等。（1）四 2 輸入與非門 74LS03，只要輸入變量有一個為 0 則輸出為 1，只有輸入全為 1，輸出才為 0.74LS03 的管腳圖如圖 19 圖 19123&74LS03（2）二 4 輸入與非門 74LS2

39、0，四個輸入端有一個為 0，則輸出為 1，只有全部輸入為 1，輸出才為0.74LS20 的管腳圖如圖 20 所示。12456&A74LS20圖 203.2.2.2 仿廣播電臺正點報時電路（一）功能要求仿廣播電臺正點報時的功能要求是：每當數字鐘計時快要到正點時，通常按照 4 低音 1 高音的順序發出間斷聲響，以最后一聲高音結束的時刻為正點時刻。（二）該電路的工作原理電路圖的工作原理舉例來說明；例如設 4 聲低音（約 500Hz）分別 在 59 分 51 秒、53 秒、55秒及 57 秒，最后一聲高音（約 1000Hz）發生在 59 秒，它們的持續時間為 1 秒。只有當分十進位的，分個位的

40、，秒十位的及秒個位的時，音響電路才220211MMQQ310111MMQQ2 20 211SSQQ0 11SQ能工作。A第21頁（三）對該電路中使用的元件的介紹因為在該電路中所用的元件主要是 74LS00、74LS04 及 74LS20 這些元件在前面的電路中已經介紹.這里就不再介紹它了3.2.2.3 自動報整點時數電路（一）電路的工作原理報整點時數電路的功能是：每當數字鐘計時到整點時發出音響，并且幾點響幾聲。實現這一功能的電路主要有以下幾個部分。減法計數器：完成幾點響幾聲的功能。即從小時計數器的整點開始進行減法計數，直到零為止。編碼器：將小時計數器的 5 個輸出端、按照“12 翻 1”的編碼

41、要求轉換為4Q3Q2Q1Q0Q減法計數器的 4 個輸入端、所需要的 BCD 碼。在電路圖中編碼器是由與非門實現的3D2D1D0D組合邏輯電路。其中編碼器是由與非門實現的組合邏輯電路，其輸出端的邏輯表達式由 5 變量的卡若圖可得。 00DQ14114DQ QQQ2241DQQ Q334DQQ分進位脈沖 小時計數器輸出 減法計數器輸入CK 4Q3Q2Q1Q0Q3D2D1D0D1 0 0 0 0 1 0 0 0 12 0 0 0 1 0 0 0 1 03 0 0 0 1 1 0 0 1 14 0 0 1 0 0 0 1 0 05 0 0 1 0 1 0 1 0 16 0 0 1 1 0 0 1 1

42、07 0 0 1 1 1 0 1 1 18 0 1 0 0 0 1 0 0 09 0 1 0 0 1 1 0 0 110 1 0 0 0 0 1 0 1 011 1 0 0 0 1 1 0 1 112 1 0 0 1 0 1 1 0 0編碼器的真值表邏輯控制電路 控制減法計數器的清“0”與置數，控制音響電路的輸入信號。0123D D D D減法計數器選用 74LS191，74LS191 各控制端的作用如下。第22頁LD 為置數端。當 LD=0 時將小時計數器的輸出經數據輸入端的數據置入，RC 為溢出0123D D D D負脈沖輸出端.當減法計數到“0”時，RC 輸出一個負脈沖。U/D 為加/減

43、控制器。U/D=1 時減法計數。CKA為減法計數脈沖,兼作音響電路的控制脈沖。邏輯控制電路由 D 觸發器 74LS74 與多級與非門組成。其工作原理是：接通電源后按觸發開關 S，使 D 觸發器 74LS74 清0 ，即 1Q=0。該清“0”脈沖有兩個作用：一是，使 74LS191 的置數端LD=0，即將此對應的小時計數器輸出的整點時數置入 74LS191；二是，封鎖 1KHz 的音頻信號，使音響電路無脈沖輸入。當分十位計數器的進位脈沖下降沿到來時，經過 G1 反相，小時計數器加 1。新的小時數置于 74LS191，分十位計數器的進位脈沖的下降沿到來時又使 74LS74 的狀態翻轉，1Q經 G3

44、、G4 延時后，74LS191 進行減法計數，計數脈沖由 CK0 提供。CK0=1 時音響電路發出 1KHz聲音，當 CK0=0 時停響。當減法計數到 0 時，使 D 觸發器的 1CK=0，但是觸發器的狀態不改變。因為分十位計數器的進位脈沖仍為 0，CK=1，使 D 觸發器翻轉復“0” ，74LS191 又回到置數狀態，直到下一個分十位計數器進位脈沖的下降沿來到。實現自動報警的功能。如果出現某些整點數不準確，其主要原因是邏輯控制電路的與非門延時時間不夠,產生了競爭冒險的現象，可以適當增加與非門的級數或接如小電容進行濾波。3.2.2.4 觸摸報整點時數電路設計本功能基于在有些場合(如夜間),不便

45、于直接看顯示時間,希望數字鐘有觸摸報整點時數的功能.即觸摸數字鐘的某端,就能報時.在功能三的基礎上,增加一觸發脈沖控制電路,或者將功能三的電路的自動報時改為觸摸報時電路即可.產生觸摸脈沖的電路有單次脈沖產生器,555 集成電路定時器,單穩態觸發器等 .我采用的是555 集成電路產生的觸摸脈沖.觸摸控制電路如圖 23CZ110uFCZ30.01uFCZ20.01uFRZ2333RZ1100KTRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1UZ14555SZ2SW+5VDZ1LED圖 23第23頁SZ2 為一金屬片，它還要和 74LS74 的 RD（1）端連接，當用手觸摸金屬片時，即

46、加入一負脈沖，其有兩個作用：一、經過 555 產生一正脈沖；二、使 D 觸發器輸出為 0，從而使小時計數器的輸出的整數點置入 74LS191。555 輸出經過偶數次反向器延時后家到小時計數器的 CK 端，從而使 74LS191開始減數。4.調試在本設計中，為了設計的順利進行，我在實驗箱上進行了部分調試，因為電路太復雜，在實驗箱上不可能整體電路進行調試。調試后，我就自己焊接了一個試驗板進行調試。以確保最后能很好的完成其各部分功能。調試后，我就畫 PCB 圖，用來制印制板。因為 PCB 圖先畫，后經過反復考慮振蕩電路部分改進了，最后用的是 1MHZ 的晶振經過三片 CD4518 六次分頻就能得到

47、1HZ 的頻率。所以在印制板外加了一個振蕩部分電路。4.1 主體電路部分 振蕩電路部分我先用的是 32768HZ 的晶振和反向器 74LS00 接兩個電阻和兩個電容組成的振蕩電路，產生32768HZ 的方波信號，經過 15 級二分頻后得到 1HZ 的基準脈沖。擴展部分所需的頻率可以從 5 級二分頻得到 1024HZ 六級二分頻得到 512HZ 但是這樣用的集成塊較多，時間延遲較長。用 555 產生多諧振蕩方波也可，就是精確度和穩定度不高。后來我就用的 1MHZ 的晶振產生 1MHZ 的頻率經過 74LS90組成的二-五-十的分頻器，可很好的擴展部分所需的頻率。只是要用六塊 74LS90，后來我

48、查了手冊，發現 4518 有兩片十進制分頻器，功能與 74LS90 又基本上相同，這樣就可少用集成塊，減少時間延時。在現用電路調試中，晶振的輸出頻率為 1MHz，用三片 CD4518 組成了六級十分頻電路，在調試中我對每級分路進行了測試。在第一級分頻后出現的脈沖信號為 100KHz，經過第二級得到了10KHz 的標準脈沖，這樣一級級的分頻，經過六次分頻后得到了標準的 1Hz 脈沖信號。計數電路部分（1）小時計數部分這部分電路較復雜，在第一次焊接完成后的調試顯示中，發現小時的十位沒有變化，經過分析、檢查發現 74LS74 的 3 腳沒有接上。（2）秒計數電路部分這部分的調試中順利得到了結果即：秒

49、計數器的個位能準確以十進制形式計數；秒計數器的十位也能準確以六進制的形式計數。當秒計數器的個位計數到 9 后自動向秒計數器的十位計數。（3）分計數電路部分第24頁這部分的調試電路與秒計數器的電路一樣，在調試中不同的是秒計數電路的個位計數器 74LS90的 14 腳接入振蕩電路部分的輸出端，而分計數電路的個位計數器 74LS90 的 14 腳本該接校時電路，但是由于校時電路作為最后調試的電路， 所以在調試中 74LS90 的 14 腳與單次脈沖連接。調試的結果是：這部分的結果與秒計數電路部分的結果一樣。校時電路部分在整個電路的設計中，需要用到兩個校時電路，兩個校時電路的功能相同，它們不同的是在電

50、路的設計時，校分電路比校時電路少一個反相器，這是因為 74LS191 為高電平有效而 74LS90 為低電平有效。調試的結果是：當開關斷開時，分計數電路，小時計數電路正常計數，當開關閉合時，校時電路進行校時。只是有時松開按鍵時，較時數會有點誤變化，經過仔細分析，確定是由于在松按鍵時產生了抖動，如果接上 R-S 觸發器就能夠消抖。4.2 擴展電路部分 擴展部分的調試是在主體部分正確的情況下，才能完成的。有些也可模擬調試。（1）定時控制：擴展部分的調試是在主體部分正確的情況下，才能完成的。單獨在實驗箱上可以調試其電路的輸入就用模擬開關輸入高低電平。只要在輸入的變化下能夠控制風鳴器工作就行。因為這部

51、分的電路比較簡單、原理也不難。所以這部分調試很快，一切很順利。（2）仿廣播電臺正點報時：這部分也比較簡單，只是有兩個音頻信號（1KHZ、500HZ）要發出高、底聲音。其余的就是來自主體部分的控制信號，這也用模擬開關輸入高低電平，能夠使其音響電路發聲，就沒有問題。在調試時這部分也比較順利。自動報整點時數這部分電路就較復雜了，用模擬開關的電平輸入來代替小時計數器的輸入，用一單次正脈沖來代替分的十位進位的反相脈沖。第一次調試時，音響電路沒有發是聲，經過仔細檢查，發現 74LS74的電源和地之間被擊穿，換了一個 74LS74 后，音響電路發出了聲。（3）觸摸報整點時數這部分電路是在自動報時的功能上，增

52、加一觸發脈沖控制電路，在這里用的是 555 集成電路組成的單穩態觸發器，產生單穩態脈沖。其經過偶數 4 次反向器延時后，用其來代替分十的進位脈沖，而觸發器的觸發端接 D 觸發器的 RD 端。第一次調試時，音響電路不受觸摸脈沖的影響，它是一直都響，經過分析后，確定是觸發器 D 沒有輸出控制信號。檢查發現觸發器的 2（D）腳和 6（/Q）腳沒第25頁有連接好，接上后，音響就受觸摸信號的控制了，說明其正常。為了整體能調試成功，我焊接了個整體電路來調試，基本上也沒有什么問題。就是布線太困難了，并且很容易出錯。我在焊接的時候，由于線太多了，布線是三層，第一層，我先焊的是電源和地；第二層，焊的是主體部分的

53、連線；第三層，焊的是擴展部分的連線。由于線多，我用的是排線，但是排線容易斷。這給完成整體焊接電路帶來了很多困難，先焊上的線，很可能在稍后就被折斷了，所以布線也不是很規范了。有了以上在數字實驗箱的調試，在焊接電路的調試就很容易了，主體電路的功能接上電源后就能實現：能顯示時、分、秒的時間；小時的計數為“12 翻 1” ，分和秒的計時為 60 進位；能夠校時、分。擴展部分：定時控制；仿廣播電臺正點報時；自動報正點時數，都能實現。但是觸摸報正點時數不能很好的實現，一觸摸它就不停止的響，不是在報正點時數。后經過是 D 觸發器沒有輸出，用萬用表測試 D 觸發器的 5 腳一直都為高電平，后發現 D 的 1

54、腳的觸發開關與地之間沒有接上，接上后調試，能實現。因為我制的印制板是前三周畫出的，后經過在實驗箱的具體調試和自己焊接電路的調試，所以，電路有所調整，原設計的振源用的是 32768HZ 的晶振，它要得到基準脈沖要經過 15 級二分頻，才能得到 1HZ 的脈沖。而我后采用 1MHZ 的晶振只需用 CD4518 經過六次十分頻就能得到 1HZ 的基準脈沖。這樣所需的集成塊還少些，帶來的時間延時也就少些。所以最后我還在印制板的外面加一小板這樣作為整個電路的振源。最后在我制的印制板上調試，發現其沒有反應。用萬用表的二極管檔測試，發現其電源沒有接通，逐級測試，查出是 VCC 與+5V 的電源沒有接通。當接

55、上時調試，一切都能夠實現。下圖為制的印制板圖：電源原理圖為：1234+2200uF+220uFVin1GND2Vout378055V6V本電源的紋波電流很小，為很小，為 0.001V,有時甚至為 0V。滿足需要。能向總體電路提供電源。總體功能實現圖：能顯示時、分、秒的時間；小時的計數為“12 翻 1” ，分和秒的計時為 60 進位；能夠校時、分。220V第26頁擴展部分：定時控制；仿廣播電臺正點報時；自動報正點時數；觸摸報正點時數。這些能滿足設計要求。5.總結通過本次畢業設計,我明白了一個道理:無論做什么事情,都必需養成嚴謹,認真,善思的工作作風.我這畢業設計由于我采用的是數字電路來實現的,所

56、以電路較復雜,但是容易理解.每一部分我都能理解并且能有多種設計方法.通過這次設計,我還掌握了制 PCB 的一系列步驟,在幾個月時間里,我把本設計的整個電路圖畫好了,并且畫好了 PCB 板圖,并交孫老師檢查,還在實驗箱上調試了部分電路.由于制板時間較長,所以我在這期間自己焊接了一個整體電路,并進行調試,由于萬能板的面積有限,電路復雜,所以布線不是很美觀,但是它的功能基本上都能實現。最后在我在制的印制板上都能很好的實現多功能數字鐘的各相功能，都達到了預期的結果，并且很美觀。通過這次畢業設計，我又掌握了些元器件的用途以及它們的參數、性能。這次設計提高了我理論和實踐相結合的能力，增加了把理論用于實踐的興趣，同時也提高了我分析問題和解決問題的能力。沒有最好，只有更好。我相信通過這一次的畢業設計之后，我以后會更加努力，用嚴謹的科學態度去面對一切。克服困難，戰勝自我，超越自我。致 謝畢業設計完成了，在