數(shù)字鐘的設計畢業(yè)論文

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1、 摘 要 數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用，數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。因此，我此次設計與制作數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學會制作數(shù)字鐘。而且通過數(shù)字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法，且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時序電路，通過它可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。 關鍵詞：數(shù)字鐘 集成電路 邏輯電路 時序電路

2、第1頁 共25頁 Abstract Digital Clock is a digital circuit technology with the hours, minutes, seconds, timing devices, compared with the mechanical clock has a higher accuracy and intuitive, and no mechanical devices, with more longer life, and hence the the widespread use of digital clock from the pri

3、nciple is a typical digital circuit, including combinational logic circuits and sequential circuits. Therefore, I design and make the digital clock is a digital clock in order to understand the principle, so learn to make digital clock. And the digital clock by a better understanding of the producti

4、on of a variety in the production of integrated circuits used in the role of small and medium-scale and practical methods, and because the digital clock and combinational logic circuits, including circuit when Syria, through which further learning and mastery of various combinations of logic and tim

5、ing circuit theory and use . KEYWORD：Digital clock Integrated circuit Logic circuit Sequential circuits 第2頁 共25頁 目 錄 摘要-------------------------------------------------------------1 英文摘要---------------------------------------------------------2 第一章 設

6、計的任務與要求------------------------------------------5 1.1 設計任務-------------------------------------------------5 1.2 設計要求-------------------------------------------------5 第二章 方案論證與選擇--------------------------------------------6 2.1 數(shù)字鐘的系統(tǒng)方案-----------------------------------------6 2.2 晶體振蕩器電路---

7、----------------------------------------6 2.3 時間計數(shù)電路---------------------------------------------7 2.4 譯碼驅動及顯示單元電路-----------------------------------9 2.5 校時電路-------------------------------------------------9 2.6 整點報時------------------------------------------------10 第三章 單元電路的設計和元器件的選擇--------

8、---------------------11 3.1 六進制電路的設計------------------------------------------11 3.2 十進制電路的設計------------------------------------------11 3.3 六十進制電路的設計----------------------------------------12 3.4 雙六十進制電路的設計--------------------------------------13 第3頁 共25頁 3.5 時間計數(shù)電路的設計---------

9、-------------------------------13 3.6 校正電路的設計--------------------------------------------14 3.7 時鐘電路的設計--------------------------------------------14 3.8 整點報時電路的設計----------------------------------------16 3.9 主要原件的選擇--------------------------------------------16 第四章 設計主程序----------------------

10、-------------------------17 參考文獻--------------------------------------------------------23 心得體會--------------------------------------------------------24 致謝------------------------------------------------------------25 第4頁 共25頁 第一章 設計的任務與要求 數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、

11、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。 因此，我們此次設計數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學會制作數(shù)字鐘。而且通過數(shù)字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法。且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路。通過它可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。 1.1設計任務 1. 時間以12小時為一個周期； 2. 顯示時、分、秒； 3. 具有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到

12、標準時間； 4. 計時過程具有報時功能，當時間到達整點前10秒進行蜂鳴報時； 5. 為了保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號。 1.2 設計要求 1. 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）； 2. 元器件及參數(shù)選擇； 3. 編寫設計報告 寫出設計的全過程，附上有關資料和圖紙，有心得體會。 第5頁 共25頁 第二章 方案論證與選擇 2.1 數(shù)字鐘的系統(tǒng)方案 數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。通常使用石英晶

13、體振蕩器電路構成數(shù)字鐘。 圖2.1 數(shù)字電子鐘方案框圖 2.2 晶體振蕩器電路 晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768HZ的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。一般輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩器電路通常有兩類，一類是用TTL門電路構成；另一類是通過CMOS非門構成的電路。 第6頁 共25頁 本次設計采用了后一種。如圖2.2所示，由CMOS非門U1與晶體、電容和電阻構成晶體振蕩器電路，U2

14、實現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉換為較理想的方波。輸出反饋電阻Ｒ１為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容C1、C2與晶體構成一個諧振型網(wǎng)絡，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個180度相移，從而和非門構成一個正反饋網(wǎng)絡，實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準確。 圖2.2 CMOS 晶體振蕩器（仿真電路） 2.3 時間計數(shù)電路 一般采用十進制計數(shù)器如74HC290、74HC390等來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。本次設計中選擇74HC390。由其內部邏輯框圖可知，其為

15、雙2-5-10異步計數(shù)器，并每一計數(shù)器均有一個異步清零端（高電平有效）。 秒個位計數(shù)單元為十進制計數(shù)器，無需進制轉換，只需將ＱＡ與ＣＰＢ（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降沒效）與１ＨZ秒輸入信號相連，Ｑ３可作為向上的進位信號與十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。 第7頁 共25頁 秒十位計數(shù)單元為六進制計數(shù)器，需要進制轉換。將十進制計數(shù)器轉換為六進制計數(shù)器的電路連接方法如圖2.3（1）所示，其中Ｑ２可作為向上的進位信號與分個位的計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。 圖2.3 （1） 十進制-六進制轉換電路 分個位和分十位計數(shù)單

16、元電路結構分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相同，只不過分個位計數(shù)單元的Ｑ３作為向上的進位信號應與分十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連，分十位計數(shù)單元的Ｑ２作為向上的進位信號應與時個位計數(shù)單元的ＰＡ相連。 時個位計數(shù)單元電路結構仍與秒或個位計數(shù)單元相同，但是要求，整個時計數(shù)單元應為十二進制計數(shù)器，不是10的整數(shù)倍，因此需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能進行十二進制轉換。利用１片74HC390實現(xiàn)十二進制計數(shù)功能的電路如圖2.3（2）所示。 圖2.3（2） 十二進制計數(shù)器電路 另外，圖2.3（2）所示電路中，尚余－個二進制計數(shù)單元，正好可作為分頻器2ＨZ輸出信號轉化為1ＨZ信號之用。

17、 第8頁 共25頁 2.4 譯碼驅動及顯示單元電路 選擇CD4511作為顯示譯碼電路；選擇LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。由CD4511把輸進來的二進制信號翻譯成十進制數(shù)字，再由數(shù)碼管顯示出來。這里的LED數(shù)碼管是采用共陰的方法連接的。 計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計并以8421BCD碼的形式輸送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD碼轉變?yōu)槠叨螖?shù)碼送到數(shù)碼管中顯示出來。 2.5 校時電路 數(shù)字鐘應具有分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。即為用COMS與或非門實現(xiàn)的時或分校時電路，In1端與低

18、位的進位信號相連；In2端與校正信號相連，校正信號可直接取自分頻器產生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信號；輸出端則與分或時個位計時輸入端相連。當開關打向下時，因為校正信號和0相與的輸出為0，而開關的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時電路處于正常計時狀態(tài)；當開關打向上時，情況正好與上述相反，這時校時電路處于校時狀態(tài)。實際使用時，因為電路開關存在抖動問題，所以一般會接一個RS觸發(fā)器構成開關消抖動電路，所以整個較時電路就如圖2.5。 圖2.5 帶有消抖電路的校正電路 第9頁 共25頁 2.6 整點報時電路 電路應在整點前10秒鐘內開始整點報時，即當時間在59分

19、50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。 當時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數(shù)器十位的QＣ和QＡ 、個位的QＤ和QＡ及秒計數(shù)器十位的QＣ和QＡ相與，從而產生報時控制信號。 報時電路可選74HC30來構成。74HC30為8輸入與非門。 圖2.6整點報時電路 第10頁 共25頁 第三章 單元電路的設計和元器件選擇 數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，可以由許多中小規(guī)模集成電路組成，所以可以分成許多獨立的電路。 3.1 六進制電路的設計 由74HC390、7400、數(shù)碼管與45

20、11組成，電路如圖3.1。 圖3.1 六進制電路 3.2 十進制電路的設計 由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖3.2。 圖3.2十進制電路 第11頁 共25頁 3.3 六十進制電路的設計 由兩個數(shù)碼管、兩4511、一個74HC390與一個7400芯片組成，電路如圖3.3。 圖3.3 六十進制電路 第12頁 共25頁 3.4 雙六十進制電路的設計 由2個六十進制連接而成，把分個位的輸入信號與秒十位的Qc相連，使其產生進位，電路圖如圖3.4。

21、 圖3.4 雙六十進制電路 3.5 時間計數(shù)電路的設計 由1個十二進制電路、2個六十進制電路組成，因上面已有一個雙六十電路，只要把它與十二進制電路相連即可，詳細電路見圖3.5。 第13頁 共25頁 圖3.5 時間計數(shù)電路 3.6 校正電路的設計 由74CH51D、74HC00D與電阻組成，校正電路有分校正和時校正兩部分，電路如圖3.6。 3.7 時鐘電路的設計 由晶體與2個30pF電容、1個4060、一個10兆的電阻組成，芯片3腳輸出2Hz的方波信號，電路如圖3.7。 第14頁 共25頁

22、 圖3.6 校正電路 圖3.7 時鐘電路 第15頁 共25頁 3.8 整點報時電路 由74HC30D和蜂鳴器組成，當時間在59:50到59:59時，蜂鳴報時，電路如圖3.8。 圖3.8 整點報時電路 3.9主要元器件的選擇 1．共陰八段數(shù)碼管6個； 2．CD4511集成塊6塊； 3．CD4060集成塊1塊； 4．74HC390集成塊3塊； 5．74HC51集成塊1塊； 6．74HC00集成塊4塊； 7．74HC30集成塊1塊； 第16頁 共25頁 第四章 設計主程序 ORG

23、 0000H ；程序入口地址 LJMP MAIN ORG 000BH SJMP ITOP ORG 0030H MAIN：CLR A MOV 30H，A ；程序初始化，計數(shù)單元設初值 MOV 32H，#59 MOV 34H，#23 MOV 36H，#01H MOV 38H，#01H MOV 66H，#03H MOV 67H，#03H

24、 MOV 40H，#00H MOV 2FH，#0AH CLR 20H.1 CLR 20H.2 CLR 20H.3 CLR 20H.4 第17頁 共25頁 MOV TMOD,#01H ；設置計數(shù)器的計數(shù)方式 MOV TL0,#0B0H ；給計數(shù)器裝初值 MOV TH0,#3CH CLR PT0 ；中斷

25、允許設置 SETB TR0 SETB ET0 SETB EA HERE: SJMP HERE ITOP: MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH LCALL DISP ；調用顯示子程序 DJNZ 2FH,LOOP MOV 2FH,#0AH ；秒計時初值設置 CPL 20H.1 JB 20H.1,LOOP1 MOV

26、 40H,#0FFH AJMP LOOP2 LOOP2: INC 30H ；計時程序 MOV A,#78H CJNE A,30H,LOOP ；判斷秒是否已到 MOV 30H,#00H 第18頁 共25頁 INC 32H MOV A,#3CH CJNE A,32H,LOOP ；判斷分是否已到 MOV 32H,#00H INC 34H

27、 MOV A,#18H CJNE A,34H,LOOP ；判斷時是否已到 MOV 34H,#00H INC 30H MOV A,#32 CJNE A,30H,LOOP ；判斷月是否已到 MOV 30H,#01H INC 37H MOV A,#DDH CJNE A,38H,LOOP ；判斷年是否已到 MOV 3

28、8H,#01H LOOP: RETI DISP: JB 20H.2,LOOP3 ；顯示子程序 MOV 62H,32H ；顯示內容送顯示緩沖單元，如下類似 MOV 64H,34H 第19頁 共25頁 SJMP LOOP4 DIV AB ；使進制調整，備顯示 MOV 65H,A MOV 64H,B MOV R4,#64H MOV R0,#65H

29、 MOV SCON,#00H SEND: MOV A,@R0 JNE MIE00 MOV A,#10H MIE00:JNB 20H.4,MIE0 JNB 20H.3,MIE0 JNB 20H.3,MIE0 MOV A,#10H MIE0:MOV DPTR,#TAB JNB 20H.4,MIE1 ；判斷顯示內容 JNB 20H.3,MIE1 JN

30、B 2FH.3,MIE1 MOV A,#10H MIE1:MOV DPTR 第20頁 共25頁 MOVC A,@A+DPTR ADD A,40H MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI JNB 20H。4，EXIT MOV A，66H YUE：CJNE A，#00H，RISHU ；月調試程序 INC 38H MOV A，#13 CJNE

31、 A，38H，EXIT MOV 38H，#01H SJMP EXIT RISHU:CJNE A,#01H,SHI ；日期調試子程序 INC 36H MOV A,#32H CJNE A,36H,EXI SHI:CJNE A,,#02H,FEN ；時調試子程序 INC 34H MOV A,#18H CJNE A,#34H,EXIT 第21頁 共25頁 MOV

32、 34H,#00H SJMP EXIT FEN:CJNE A,#03H,YUE CLR 20H.4 CLR 20H.2 MOV 66H,#03H SJMP EXIT EXIT:RET DEL10MS:MOV R7,#0AH ；延時10MS子程序 DL:MOV R6,#077H DL1:DJNZ R6,#0FFH DJNZ R7,DL RET TAB:DB 09H 7DH 07H 15H 71H 91H

33、 81H DB 3DH 01H 11H 21H 09H 8BH DB 45H 83H 0A3H 0FFH 0F7H 第22頁 共25頁 參考文獻 [1] 趙建領. 51系列單片機開發(fā)寶典[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2007. [2] 邊春元等. C51單片機典型模塊設計及應用[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社,2008. [3] 彭 為等. 單片機典型系統(tǒng)設計實例精講[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2006. [4] 徐愛鈞等. Keil C51 V7.0單片機高級語言編程與μVision2應用實踐[M].北京

34、:電子工業(yè)出版社，2008. [5] 李朝青. 單片機&DSP外圍數(shù)字IC技術手冊(第2版)[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2005. [6] 中國電子網(wǎng). . [7] 51單片機學習網(wǎng). http://www.51bs51 .com. [8] 電子電路圖網(wǎng). . [9] 周志敏等. 集成穩(wěn)壓電源電路圖集[M]. 北京: 中國電力出版社, 2008. [10] 樓然苗等.單片機課程設計指導[M].北京:北京航空航天大學出版社，2007 第23頁 共25頁 設計心得體會 通過這次對數(shù)字鐘的設計，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了數(shù)字鐘的原理和

35、設計理念。要設計一個電路總要對著一個參考電路圖才可以連接，但是最后的成品卻不一定與想象的完全一樣，因為在事跡接線中有著各種各樣的條件制約，所以要合理布局這樣連出來的成品才比較美觀。設計過程中，在一次又一次的失敗面前，我沒有退縮，而是勇敢的去面對，積極的去解決，充分運用所學知識和他人的幫助，最終取得了成功。通過親自的設計在遇到問題，解決問題，使我鞏固了書本的知識，同時也學到了新的學問，明白了實踐的可貴性。動手能力的提高，細心與耐心的培養(yǎng)，品嘗自己勞動成果的喜悅，是我在這次課程設計中最大的收獲。 第24頁 共25頁