數(shù)字時鐘，就是以數(shù)字顯示取代模擬表盤的鐘表，在顯示上它用數(shù)字反應(yīng)此時的時間,它還能同時顯示時，分，秒,且能夠?qū)r，分，秒準(zhǔn)確進(jìn)行校時。下面是小編帶來的有關(guān)數(shù)字電子時鐘實驗心得，希望大家喜歡
基于AVR單片機(jī)Mega16的電子時鐘設(shè)計摘要】 Mega16是一款采用先進(jìn)RISC精簡指令，內(nèi)置A/D的8位單片機(jī)，可支持低電壓聯(lián)機(jī)Flash和EEPROM寫入功能;同時還支持Basic和C等高級語言編程。
用它設(shè)計電子時鐘不僅成本低，硬件簡單，。
基于AVR單片機(jī)Mega16的電子時鐘設(shè)計
摘要】 Mega16是一款采用先進(jìn)RISC精簡指令，內(nèi)置A/D的8位單片機(jī)，可支持低電壓聯(lián)機(jī)Flash和EEPROM寫入功能;同時還支持Basic和C等高級語言編程。
用它設(shè)計電子時鐘不僅成本低，硬件簡單，而且很容易實現(xiàn)系統(tǒng)移植。
介紹了如何利用AVR系列單片機(jī)Mega16及1602字符液晶來設(shè)計電子時鐘的方法，同時給出了相應(yīng)的電路原理及部分語言程序。
數(shù)字電路課程設(shè)計的心得體會
為什么沒人啊?都在忙本科教育評估去了。
最核心的是時序邏輯電路的設(shè)計，要培養(yǎng)出良好的空間想象能力。
高性能的數(shù)字信號處理芯片，不用標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)嵌入系統(tǒng)，那速度慢，要繳納知識產(chǎn)權(quán)許可費(fèi)用，發(fā)達(dá)國家都是專門有針對性設(shè)計的時序邏輯電路的獨(dú)立設(shè)計。
例如上個世紀(jì)80年代的蘋果牌個人計算機(jī)，就是用許多通用中小規(guī)模數(shù)字集成電路搭建的時序邏輯電路，國內(nèi)以此仿照了中華學(xué)習(xí)機(jī)。
現(xiàn)在的CPU設(shè)計復(fù)雜，時序邏輯電路都集成在芯片里面，集成度高，要靠高等院校的教材和實驗課程，實在沒法設(shè)計出低端的CPU。
所以一般都是購買國外集成電路系統(tǒng)的構(gòu)架，以此為基礎(chǔ)設(shè)計，這就有知識產(chǎn)權(quán)的費(fèi)用，到了流片的時候，人家要統(tǒng)計你的生產(chǎn)數(shù)量，要收費(fèi)的。
這就是基礎(chǔ)教育關(guān)系的國家安全的一個例子。
電子時鐘課程設(shè)計報告
我們剛剛做完的課程設(shè)計。
給你啦~~ 數(shù)字鐘設(shè)計報告 設(shè)計者: 20062073 20062046 目錄 1 設(shè)計目的 3 2 設(shè)計要求指標(biāo) 3 2。
1 基本功能 3 2。
2 擴(kuò)展功能 4 3。
方案論證與比較 4 4 總體框圖設(shè)計 4 5 電路原理分析 4 5。
1數(shù)字鐘的構(gòu)成 4 5。
1。
1 分頻器電路 5 5。
1。
2 時間計數(shù)器電路 5 5。
1。
3分頻器電路 6 5。
1。
4振蕩器電路 6 5。
1。
5數(shù)字時鐘的計數(shù)顯示電路 6 5。
2 校時電路 7 5。
3 整點報時電路 8 6系統(tǒng)仿真與調(diào)試 8 7。
結(jié)論 8 參考文獻(xiàn) 9 實驗作品附圖 10 數(shù)字鐘 摘要: 數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機(jī)械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)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。
目前，數(shù)字鐘的功能越來越強(qiáng)，并且有多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。
從有利于學(xué)習(xí)的角度考慮，這里主要介紹以中小規(guī)模集成電路設(shè)計數(shù)字鐘的方法。
經(jīng)過了數(shù)字電路設(shè)計這門課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，特別經(jīng)過了關(guān)于組合邏輯電路與時序邏輯電路部分的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)具備了設(shè)計小規(guī)模集成電路的能力，借由本次設(shè)計的機(jī)會，充分將所學(xué)的知識運(yùn)用到實際中去。
本次課程設(shè)計要求設(shè)計一個數(shù)字鐘，基本要求為數(shù)字鐘的時間周期為24小時，數(shù)字鐘顯示時、分、秒，數(shù)字鐘的時間基準(zhǔn)一秒對應(yīng)現(xiàn)實生活中的時鐘的一秒。
供擴(kuò)展的方面涉及到定時自動報警、按時自動打鈴、定時廣播、定時啟閉路燈等。
因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。
1 設(shè)計目的 1。
掌握數(shù)字鐘的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法。
2。
熟悉集成元器件的選擇和集成電路芯片的邏輯功能及使用方法。
3。
掌握面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法 4。
熟悉仿真軟件的使用。
2 設(shè)計要求及指標(biāo) 2。
1基本功能 1)時鐘顯示功能，能夠正確顯示“時”、“分”、“秒”。
2)具有快速校準(zhǔn)時、分、秒的功能。
3)用555定時器與RC組成的多諧振蕩器產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)頻率(1Hz)的方波脈沖信號。
2。
2擴(kuò)展功能 1)用晶體振蕩器產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)頻率(1Hz)的脈沖信號。
2)具有整點報時的功能。
3)具有鬧鐘的功能。
4)…… 3、方案論證與比較 本設(shè)計方案使用555多諧振蕩器來產(chǎn)生1HZ的信號。
通過改變相應(yīng)的電阻電容值可使頻率微調(diào)，不必使用分頻器來對高頻信號進(jìn)行分頻使電路繁復(fù)。
雖然此振蕩器沒有石英晶體穩(wěn)定度和精確性高，由于設(shè)計方便，操作簡單，成為了設(shè)計時的首選，但是由于與實驗中使用的555芯片產(chǎn)生的脈沖相比較，利用晶振產(chǎn)生的脈沖信號更加的穩(wěn)定，同過電壓表的測量能很好的觀察到這一點，同時在顯示上能夠更加接進(jìn)預(yù)定的值，受外界環(huán)境的干擾較少，一定程度上優(yōu)于使用555芯片產(chǎn)生信號方式。
我們組依然同時設(shè)計了555和晶振兩個信號產(chǎn)生電路。
(本實驗報告中著重按照原方案設(shè)計的555電路進(jìn)行說明) 4、 系統(tǒng)設(shè)計框圖 數(shù)字式計時器一般由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器等幾部分組成。
在本設(shè)計中555振蕩器及其相應(yīng)外部電路組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號發(fā)生器，由不同進(jìn)制的計數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計時系統(tǒng)。
秒信號送入計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，把累計的結(jié)果以'時'、'分'、'秒'的數(shù)字顯示出來。
'時'顯示由二十四進(jìn)制計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成，'分'、'秒'顯示分別由六十進(jìn)制計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成。
其原理框圖如圖1。
1所示。
5、電路原理分析 5。
1數(shù)字鐘的構(gòu)成 數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率(1HZ)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)時間一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。
在此使用555振蕩器組成1Hz的信號。
數(shù)字鐘原理框圖(1。
1) 5。
1。
1振蕩器電路 555定時器組成的振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率為1Hz的方波信號。
其中OUT為輸出。
5。
1。
2時間計數(shù)器電路 時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器，分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進(jìn)制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為24進(jìn)制計數(shù)器。
5。
1。
3分頻器電路 通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1Hz的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進(jìn)行分頻。
通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路，一般采用多級2進(jìn)制計數(shù)器來實現(xiàn)。
例如，將32768Hz的振蕩信號分頻為1HZ的分頻倍數(shù)為32768( )，即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當(dāng)于15級2進(jìn)制計數(shù)器。
5。
1。
4振蕩器電路 利用555定時器組成的多諧振蕩器接通電源后，電容C1被充電，當(dāng)電壓上升到一定數(shù)值時里面集成的三極管導(dǎo)通，然后通過電阻和三極管放電，不斷的充放電從而產(chǎn)生一定周期的脈沖，通過改變電路上器件的值可以微調(diào)脈沖周期。
5。
1。
5數(shù)字時鐘的計數(shù)顯示控制 在設(shè)計中，我們使用的是74__160十進(jìn)制計數(shù)器，來實現(xiàn)計數(shù)的功能，實驗中主要用到了160的置數(shù)清零功能(特點:消耗一個時鐘脈沖)，清零功能(特點:不耗時鐘脈沖)，在上級160控制下級160時候通過組合電路(主要利用與非門)實現(xiàn)，在連接電路的時候要注意并且強(qiáng)調(diào)使能端的連接，其將影響到。
基于單片機(jī)的電子時鐘的設(shè)計與制作(C語言) 要求:采用萬年歷芯片進(jìn)行設(shè)計
采用萬年歷芯片，其實可以用時鐘芯片DS1302。
顯示用什么，是數(shù)碼管，還是LCD1602?設(shè)計與制作，是要做出實物嗎?要是仿真，給你一個 仿真圖，可以做參考。
數(shù)字電子鐘的邏輯框圖如圖3-4所示。它由555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路、分頻器、計數(shù)器、顯示器和校時電路組成。555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器，計數(shù)結(jié)果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器顯示時間。
1. 振蕩器
石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易調(diào)整。它還具有壓電效應(yīng)，在晶體某一方向加一電場，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機(jī)械振動，有了機(jī)械振動，就會在相應(yīng)的垂直面上產(chǎn)生電場，從而機(jī)械振動和電場互為因果，這種循環(huán)過程一直持續(xù)到晶體的機(jī)械強(qiáng)度限止時，才達(dá)到最后穩(wěn)定。這用壓電諧振的頻率即為晶體振蕩器的固有頻率。
一般來說，般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高也可以采用由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器。如圖3-4-1所示。設(shè)振蕩頻率f=1KHz，R為可調(diào)電阻，微調(diào)R1可以調(diào)出1KHz輸出。
2. 分頻器
由于振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒脈沖，需要分屏電路。本實驗由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生1KHz的脈沖信號。故采用3片中規(guī)模集成電路計數(shù)器74LS90來實現(xiàn)，得到需要的秒脈沖信號。
3. 計數(shù)器
秒脈沖信號經(jīng)過6級計數(shù)器，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以及“時”個位、十位的計時?！懊搿薄胺帧庇嫈?shù)器為六十進(jìn)制，小時為十二進(jìn)制。
(1)六十進(jìn)制計數(shù)
由分頻器來的秒脈沖信號，首先送到“秒”計數(shù)器進(jìn)行累加計數(shù)，秒計數(shù)器應(yīng)完成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加，并達(dá)到60秒時產(chǎn)生一個進(jìn)位信號，所以，選用一片74LS90和一片74LS92組成六十進(jìn)制計數(shù)器，采用反饋歸零的方法來實現(xiàn)六十進(jìn)制計數(shù)。其中，“秒”十位是六進(jìn)制，“秒”個位是十進(jìn)制。如圖3-4-3-1所示。
(2)十二四進(jìn)制計數(shù)
“12翻1”小時計數(shù)器是按照“01——02——03——……——11——12——01——02——……”規(guī)律計數(shù)的，這與日常生活中的計時規(guī)律相同。在此實驗中，小時的個位計數(shù)器由4位二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器74LS191構(gòu)成，十位計數(shù)器由D觸發(fā)器74LS74構(gòu)成，將它們級連組成“12翻1”小時計數(shù)器。
計數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生兩次跳躍：一是計數(shù)器計到9，即個位計數(shù)器的狀態(tài)為Q03Q02Q01Q00=1001，在下一脈沖作用下計數(shù)器進(jìn)入暫態(tài)1010，利用暫態(tài)的兩個1即Q03Q01使個位異步置0，同時向十位計數(shù)器進(jìn)位使Q10=1;二是計數(shù)器計到12后，在第13個脈沖作用下個位計數(shù)器的狀態(tài)應(yīng)為Q03Q02Q01Q00=0001，十位計數(shù)器的Q10=0。第二次跳躍的十位清0和個位置1信號可由暫態(tài)為1的輸出端Q10，Q01，Q00來產(chǎn)生。
圖3-4-3-2 M12計數(shù)器功能表
4. 譯碼器
譯碼是指把給定的代碼進(jìn)行翻譯的過程。計數(shù)器采用的碼制不同，譯碼電路也不同。74LS48驅(qū)動器是與8421BCD編碼計數(shù)器配合用的七段譯碼驅(qū)動器。74LS48配有燈測試LT、動態(tài)滅燈輸入RBI，滅燈輸入/動態(tài)滅燈輸出BI/RBO,當(dāng)LT=0時，74LS48出去全1。
5. 顯示器
本系統(tǒng)用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種：共陽極顯示器或共陰極顯示器。74LS48譯碼器對應(yīng)的顯示器是共陰極顯示器。
6. 校時電路
當(dāng)數(shù)字鐘走時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間。校時電路實現(xiàn)對“時”“分”“秒”的校準(zhǔn)。在電路中設(shè)有正常計時和校對位置。本實驗實現(xiàn)“時”“分”的校對。
對校時的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù);在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)。需要注意的時，校時電路是由與非門構(gòu)成的組合邏輯電路，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時，可能會產(chǎn)生抖動，為防止這一情況的發(fā)生我們接入一個由RS觸發(fā)器組成的防抖動電路來控制。
圖3-4-6-1 校時開關(guān)的功能表
3.5 實驗主體電路的裝調(diào)
·由圖3-4所示的數(shù)字中系統(tǒng)組成框圖按照信號的流向分級安裝，逐級級聯(lián)。這里的每一級是指組成數(shù)字中的各個功能電路。
·級聯(lián)時如果出現(xiàn)時序配合不同步，或劍鋒脈沖干擾，引起的邏輯混亂，可以增加多級邏輯門來延時。如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端Vcc加退藕濾波電容。通常用幾十微法的大電容與0.01μF的小電容相并聯(lián)。
·畫數(shù)字鐘的主體邏輯電路圖。 如圖3-5
圖3-5 數(shù)字鐘的主體電路邏輯圖
3.6 功能擴(kuò)展電路
(1)定時控制電路
數(shù)字鐘在指定的時刻發(fā)出信號，或驅(qū)動音響電路“鬧時”，或?qū)δ逞b置的電源進(jìn)行接通或斷開“控制”。不管是鬧時還是控制，都要求時間準(zhǔn)確，即信號的開始時刻與持續(xù)時間必須滿足規(guī)定的要求。
例如要求上午7時59分發(fā)出鬧時信號，持續(xù)時間為1分鐘。本實驗設(shè)計為7時59分時，音響電路的晶體管導(dǎo)通，則揚(yáng)聲器發(fā)出1KHz的聲音。持續(xù)1分鐘到8點整晶體管因輸入端為“0”而截止，電路停鬧。
圖3-6 鬧時電路
(2)仿廣播電臺整點報時電路
仿廣播電臺整點報時電路的功能要求是，每當(dāng)數(shù)字鐘計時快要到整點時發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時刻為整點時刻。
設(shè)4聲低音(約500Hz)分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音(約1KHz)發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時間均為1秒。
圖3.7 整個電路的組裝及調(diào)試
和擴(kuò)展電路檢查均無連線錯誤并且顯示正常后，將兩個電路連為一個整體，接上+5V電源。觀察時鐘是否顯示正常;是否在上午7時59分發(fā)出鬧時信號，持續(xù)時間一分鐘;是否有四聲低音分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音法正在59分59秒，它們持續(xù)時間均為1秒。若不正常則檢查電路各個部分，直到得到滿意的結(jié)果。我們共經(jīng)過兩天的調(diào)試，圓滿完成了這次為期兩周的課程設(shè)計。
四.實驗總結(jié)
短短的兩周課程設(shè)計結(jié)束了?？粗约涸O(shè)計、連線、調(diào)試成功的數(shù)字電子鐘，很有成就感。真的很有收獲，體會到了什么是學(xué)以致用，理論與實踐的差別到底有多大。以前上課都是上一些最基本的東西而現(xiàn)在卻可以將以前學(xué)的東西做出有實際價值的東西。在這個過程中，我的確學(xué)得到很多在書本上學(xué)不到的東西，如：怎么設(shè)計一個六十、十二進(jìn)制計數(shù)器，如何實現(xiàn)校時的防抖動等等。但也遇到了不少的挫折，有時遇到了一個錯誤怎么找也找不到原因所在，找了老半天結(jié)果卻是接頭的方向接錯了，有時更是忘接地了。在學(xué)習(xí)中的小問題在課堂上不可能犯，在動手的過程中卻很有可能犯。特別是在接電路時，一不小心就會犯錯，而且很不容易檢查出來。在調(diào)試主板電路時，十位不進(jìn)位，檢查電路，以為沒有什么問
題，后來一步一步的檢查，發(fā)現(xiàn)總的地線沒接，接上總的地線，一切正常。副版是我的同組劉玉龍連接的電路，在主板和副版連接起來后，新的問題又出現(xiàn)了。第一，計數(shù)太快了，正常一秒，我們設(shè)計的數(shù)字電子表卻可以走兩三秒，顯然輸入不是1Hz的脈沖信號;第二，我們的校時電路連接正確，可是每次校時，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時，會產(chǎn)生抖動，無法正常校時。針對這兩個問題，我們進(jìn)行了分析，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為實際的操作。我們在+5V電壓和地線之間分別加了兩個電容，通過濾波，選擇我們需要的1Hz脈沖信號。對于無法正常校時的問題，在設(shè)計中接入一個由RS觸發(fā)器組成的防抖動電路來控制校時。把時間調(diào)到上午7點58分，等7點59分準(zhǔn)確鬧鐘響起，持續(xù)一分鐘。再將時間跳到58分，等59分51秒、53秒、55秒及57秒都發(fā)出4聲低音，最后一聲高音發(fā)生在59分59秒。，持續(xù)時間都是一秒鐘。數(shù)字電子鐘已經(jīng)成功完成了。
我的動手能力又有了進(jìn)一步的提高，我感到十分的高興。同時學(xué)到了課本上沒有的東西，也鍛煉了自己獨(dú)立解決問題的能力。這在以后的學(xué)習(xí)和生活中會有很大的用處。但是我還有不足，按照電路連接實物時，器件的擺放不夠科學(xué)，最終導(dǎo)致了，只有自己能看懂電路的走向。不過我會在以后的學(xué)習(xí)中逐步提高，做一個動手能力強(qiáng)的大學(xué)生。
十分感謝自動化系提供這么好的機(jī)會，讓我們把學(xué)到的知識應(yīng)用到實踐中，同時謝謝老師的耐心指導(dǎo)。
數(shù)字電子鐘的設(shè)計(由數(shù)字IC構(gòu)成)一、設(shè)計目的1。
熟悉集成電路的引腳安排。
2。
掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。
3。
了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法。
4。
了解數(shù)字鐘的組成及工作原理。
5。
熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計與制作。
二、設(shè)計要求1。
設(shè)計指標(biāo)時。
數(shù)字電子鐘的設(shè)計(由數(shù)字IC構(gòu)成)一、設(shè)計目的1。
熟悉集成電路的引腳安排。
2。
掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。
3。
了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法。
4。
了解數(shù)字鐘的組成及工作原理。
5。
熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計與制作。
二、設(shè)計要求1。
設(shè)計指標(biāo)時間以24小時為一個周期;顯示時、分、秒;有校時功能，可以分別對時及分進(jìn)行單獨(dú)校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間;計時過程具有報時功能，當(dāng)時間到達(dá)整點前5秒進(jìn)行蜂鳴報時;為了保證計時的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信號。
2。
設(shè)計要求畫出電路原理圖(或仿真電路圖);元器件及參數(shù)選擇;電路仿真與調(diào)試;PCB文件生成與打印輸出。
3。
制作要求 自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。
4。
編寫設(shè)計報告 寫出設(shè)計與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。
三、設(shè)計原理及其框圖1。
數(shù)字鐘的構(gòu)成 數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率(1HZ)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。
通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。
圖 3-1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖。
圖3-1 數(shù)字鐘的組成框圖 ⑴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(zhǔn)確的32768Hz的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準(zhǔn)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。
⑵分頻器電路 分頻器電路將32768Hz的高頻方波信號經(jīng)32768( )次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)。
分頻器實際上也就是計數(shù)器。
⑶時間計數(shù)器電路 時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進(jìn)制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為12進(jìn)制計數(shù)器。
⑷譯碼驅(qū)動電路 譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。
⑸數(shù)碼管 數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管(LED)數(shù)碼管和液晶(LCD)數(shù)碼管，本設(shè)計提供的為LED數(shù)碼管。
2。
數(shù)字鐘的工作原理 1)晶體振蕩器電路 晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定。
圖3-2所示電路通過CMOS非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，這個電路中，CMOS非門U1與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，U2實現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)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(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，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(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，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(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。
晶體XTAL的頻率選為32768HZ。
該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計，其頻率較低，有利于減少分頻器級數(shù)。
從有關(guān)手冊中，可查得C1、C2均為30pF。
當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時，還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施。
由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為10MΩ。
較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。
非門電路可選74HC00。
圖3-2 COMS晶體振蕩器 2)分頻器電路 通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1Hz的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進(jìn)行分頻。
通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路，一般采用多級2進(jìn)制計數(shù)器來實現(xiàn)。
例如，將32768Hz的振蕩信號分頻為1HZ的分頻倍數(shù)為32768(215)，即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當(dāng)于15極2進(jìn)制計數(shù)器。
常用的2進(jìn)制計數(shù)器有74HC393等。
本實驗中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。
CD4060在數(shù)字集成電路中可實現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。
CD4060計數(shù)為14級2進(jìn)制計數(shù)器，可以將32768HZ的信號分頻為2HZ，其內(nèi)部框圖如圖3-3所示，從圖中可以看出，CD4060的時鐘輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功能。
圖3-3 CD4046內(nèi)部框圖 3)時間計數(shù)單元 時間計數(shù)單元有時計數(shù)、分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個部分。
時計數(shù)單元一般為12進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)器，其輸出為兩位8421BCD碼形式;分計數(shù)和秒計數(shù)單元為60進(jìn)制計數(shù)器，其輸出也為8421BCD碼。
一般采用10進(jìn)制計數(shù)器74HC390來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。
為減少器件使用數(shù)量，可選74HC390，其內(nèi)部邏輯框圖如圖 2。
3所示。
該器件為雙2—5-10異步計數(shù)器，并且每一計數(shù)器均提供一個異步清零端(高電平有效)。
圖3-4 74HC390(1/2)內(nèi)部邏輯框圖 秒個位計數(shù)單元為10進(jìn)制計數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)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(jìn)位信號與十位計數(shù)單元的CPA相連。
秒十位計數(shù)單元為6進(jìn)制計數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。
將10進(jìn)制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為6進(jìn)制計數(shù)器的電路連接方法如圖3-5所示，其中Q2可作為向上的進(jìn)位信號與分個位。
隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代的電子產(chǎn)品幾乎滲透到了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高。
時間就是金錢、時間就是生命、時間就是勝利??，準(zhǔn)確的掌握時間和分配時間對人們來說至關(guān)重要，時鐘是我們生活中必不可少的工具。電子鐘的設(shè)計方法有很多種，但是基于單片機(jī)并通過LCD顯示的電子時鐘具有編程靈活、精確度高、便于攜帶、顯示直觀等特點。
利用STC單片機(jī)對DS1302時鐘芯片進(jìn)行讀寫操作并通過12864中文液晶顯示實時時鐘信息，這樣便構(gòu)成了一個單片機(jī)電子時鐘。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)，電子時鐘，LCD12864,DS1302,鬧鐘。
第一章 引言
1957年,Ventura發(fā)明了世界上第一個電子表，從而奠定了電子時鐘的基礎(chǔ)，電子時鐘開始迅速發(fā)展起來?，F(xiàn)代的電子時鐘是基于單片機(jī)的一種計時工具，采用延時程序產(chǎn)生一定的時間中斷，用于一秒的定義，通過計數(shù)方式進(jìn)行滿六十秒分鐘進(jìn)一，滿六十分小時進(jìn)一，滿二十四小時小時清零。從而達(dá)到計時的功能，是人民日常生活補(bǔ)課缺少的工具。
石英表都采用了石英技術(shù)，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機(jī)械式傳動，用LED顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進(jìn)行時和分的校對，片選的靈活性好。
該電子時鐘由STC89C52，按鍵，LCD12864中文液晶顯示器，DS1302等構(gòu)成，采用晶振電路作為驅(qū)動電路，由延時程序和循環(huán)程序產(chǎn)生的一秒定時，達(dá)到時分秒的計時，六十秒為一分鐘，六十分鐘為一小時，滿二十四小時為一天。
第二章電子時鐘設(shè)計要求及方案論證
1、顯示模塊選擇方案和論證
方案一：
采用點陣式數(shù)碼管顯示。點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，可用來顯示數(shù)。但體積較大，且價格也相對較高，從便攜實用的角度出發(fā)，不采用此種方案。
方案二：
采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描。LED數(shù)碼管價格便宜,對于顯示數(shù)字最合適,但功耗較大，且顯示容量不夠，所以也不用此種方案。
方案三：
采用LCD液晶顯示屏。液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大,可顯示大量文字，顯示多樣,清晰可見,且價格適中，所以采用了LCD數(shù)碼管作為顯示。
2、時鐘芯片的選擇方案和論證
方案一：
直接采用單片機(jī)定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒計數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間
誤差較大。所以不采用此方案。
方案二：
采用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計數(shù)，而且精度高,工作電壓2.5V～5.5V范圍內(nèi)，2.5V時耗電小于300nA.
3、電路設(shè)計最終方案決定
綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 采用STC89C52單片機(jī)作為主控制系統(tǒng);采用DS1302作為時鐘芯片;采用12864 LCD液晶作為顯示器件。
第三章單片機(jī)簡介
1、STC89C52主要功能及PDIP封裝
STC89C52是由深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集和輸出管腳相兼容的單片機(jī)。STC89C52主要功能如表2.1所示，其PDIP封裝如圖2.1所示
STC89C52主要功能 2、STC89C52引腳介紹
1 電路原理圖
數(shù)字電子鐘的電路原理圖如圖1.1所示。
2 工作原理
數(shù)字電子鐘由多諧振蕩器、計數(shù)器、顯示譯碼器、顯示器和校時電路組成。多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖信號，秒脈沖送入計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)結(jié)果通過“時”、“分”、“秒”顯示譯碼器譯碼，由顯示器顯示時間。
數(shù)字時鐘的組成框圖如圖2.1所示。
2.1 多諧振蕩器與分頻電路
多諧振蕩器與分頻電路如圖2.2所示。多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器?！岸嘀C”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。
多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在工作時，電路的狀態(tài)在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，常用作脈沖信號源及時序電路中的時鐘信號。數(shù)字時鐘里用的是555定時器構(gòu)成的1khz多諧振蕩器?？烧{(diào)電阻Rw可以改變輸出信號的頻率。
如圖2.2所示圖中電容C、電阻R1和R2作為振蕩器的定時元件，決定著輸出矩形波正、負(fù)脈沖的寬度。定時器的觸發(fā)輸入端(2腳)和閥值輸入端(6腳)與電容相連;集電極開路輸出端(7腳)接R1、R2相連處，用以控制電容C的充、放電;外界控制輸入端(5腳)通過0.01uF電容接地。
電路接通電源的瞬間，由于電容C來不及充電，Vc=0v，所以555定時器狀態(tài)為1，輸出Vo為高電平。同時，集電極輸出端(7腳)對地斷開，電源Vcc對電容C充電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)I，此后，電路周而復(fù)始地產(chǎn)生周期性的輸出脈沖。多諧振蕩器兩個暫穩(wěn)態(tài)的維持時間取決于RC充、放電回路的參數(shù)。
多諧振蕩器與分頻電路為計數(shù)器提供計數(shù)脈沖和為校時電路提供校時脈沖。多諧振蕩器的振蕩頻率設(shè)計為2Hz，R為51KΩ，RW大約為50 KΩ，C為4.7μF。
多諧振蕩器產(chǎn)生的2Hz脈沖信號為校時電路的校時脈沖。2Hz脈沖信號經(jīng)過CD4013組成的分頻器，進(jìn)行2分頻，輸出1 Hz的秒脈沖為計數(shù)器的計數(shù)脈沖。
555定時器的引腳圖如圖2.3所示。555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相它由分壓器,比較器,基本R--S觸發(fā)器和放電三極管等部分組成.分壓器由三個5的等值電阻串聯(lián)而成.分壓器為比較器,提供參考電壓,比較器的參考電壓為,加在同相輸入端,比較器的參考電壓為,加在反相輸入端.比較器由兩個結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)放,組成.高電平觸發(fā)信號加在的反相輸入端,與同相輸入端的參考電壓比較后,其結(jié)果作為基本R--S觸發(fā)器端的輸入信號;低電平觸發(fā)信號加在的同相輸入端,與反相輸入端的參考電壓比較后,其結(jié)果作為基本R—S觸發(fā)器端的輸入信號.基本R--S觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器的輸出端控制。
圖2.3 555定時器引腳圖
D觸發(fā)器CD4013的引腳圖如圖2.4所示。CD4013是一雙D觸發(fā)器,由兩個相同的、相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構(gòu)成。
每個觸發(fā)器有獨(dú)立的數(shù)據(jù)、置位、復(fù)位、時鐘輸入和Q及Q輸出，此器件可用作移位寄存器，且通過將Q輸出連接到數(shù)據(jù)輸入，可用作計算器和觸發(fā)器。在時鐘上升沿觸發(fā)時，加在D輸入端的邏輯電平傳送到Q輸出端。
置位和復(fù)位與時鐘無關(guān)，而分別由置位或復(fù)位線上的高電平完成。CD4013引腳，一個D有6個端子：2個輸出，4個控制。4個控制分別是R、S、CP、D。R和S不能同時為高電平。
當(dāng)R為1、S為0時，輸出Q一定為0，因此R可稱為復(fù)位端。當(dāng)S為1、R為0時，輸出Q一定為1。當(dāng)R、S均為0時，Q在CP端有脈沖上升沿到來時動作，具體是Q=D，即若D為1則Q也為1，若D為0則Q也為0。
2.2計數(shù)、譯碼顯示電路
計數(shù)、譯碼器顯示電路如圖2.5所示。計數(shù)器由秒計數(shù)器、分計數(shù)器、和時計數(shù)器串聯(lián)組成。秒計數(shù)器和分計數(shù)器為60進(jìn)制計數(shù)器，由一個十進(jìn)制計數(shù)器和一個六進(jìn)制計數(shù)器串聯(lián)組成。時計數(shù)器為24進(jìn)制計數(shù)器，由兩個十進(jìn)制計數(shù)器串聯(lián)并利用反饋接成24進(jìn)制計數(shù)器。秒計數(shù)器、分計數(shù)器、和時計數(shù)器的使用計數(shù)器CD4026，CD4026具有顯示譯碼功能，輸送給各自的數(shù)碼管，顯示出時、分、秒的計時。這種計數(shù)器的設(shè)計可采用異步反饋置零法，先按二進(jìn)制計數(shù)級聯(lián)起來構(gòu)成計數(shù)器，當(dāng)計數(shù)狀態(tài)達(dá)到所需模值后，經(jīng)門電路譯碼、反饋，產(chǎn)生“復(fù)位”脈沖將計數(shù)器清零，然后重新開始進(jìn)行下一循環(huán)。計數(shù)、譯碼顯示電路用到的數(shù)碼管的引腳圖如圖2.6所示。計數(shù)、顯示譯碼器CD4026的引腳圖如圖2.7所示。非門CD4069的引腳圖如圖2.8所示。三輸入與門CD4073的引腳圖如圖2.9所示。
2.2.1 LED數(shù)碼管
LED數(shù)碼管實物圖如圖2.10所示，數(shù)碼管內(nèi)部就是LED燈的組合。LED數(shù)碼管里面有八個發(fā)光二極管。引腳分別記作a、b、c、d、e、f、g、bd，其中bd是小數(shù)點，abcdefgh 分別控制8個段，稱段碼。數(shù)碼管的3、8腳是公共端，公共端可以用三極管控制是否連接電源，由此可以控制整個數(shù)碼管點亮或熄滅。如果多個數(shù)碼管一起使用，如8個，這個端口就用來選擇需要使用的數(shù)碼管的位，即第幾位數(shù)碼管起作用。常用的LED數(shù)碼管有兩種，一種是共陽極一種是共陰極的。將多只LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只LED的陽極連在一起即為共陽式。以共陰式為例，若把陰極接地，在相應(yīng)段的陽極接上正電源，該段即會發(fā)光。共陰極數(shù)碼管原理說明：共陰極數(shù)碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向降較大，正向電阻也較大。在一定范圍內(nèi)，其正向電流與發(fā)光亮度成正比。由于常規(guī)的數(shù)碼管用電電流只有1～2 mA，最大極限電流也只有10～30 mA，所以它的輸入端在5 V電源或高于TTL高電平(3.5 V)的電路信號相接時，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。
2.3 校時電路
當(dāng)時鐘走時不準(zhǔn)時，需要進(jìn)行校時，應(yīng)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。校時電路如圖2.11所示。由與非門和二個開關(guān)組成，實現(xiàn)對“時”、“分”的校準(zhǔn)。當(dāng)校時開關(guān)K1、K2扳到A端時，校時的2Hz脈沖輸送到時計數(shù)器和分計數(shù)器個位的CP端，進(jìn)行時計數(shù)器和分計數(shù)器 “時”、“分”的校準(zhǔn)。當(dāng)校時開關(guān)K1、K2扳到B端時，時計數(shù)器和分計數(shù)器的進(jìn)位脈沖輸送到時計數(shù)器和分計數(shù)器個位的CP端，時鐘正常計時。與非門CD4011的引腳圖如圖2.12所示。
2.4 數(shù)字鐘整體電路工作原理
數(shù)字鐘首先由多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖信號，通過CD4013的Q輸入到CD4026的CP中，到計數(shù)器中進(jìn)行計數(shù)。秒、分、時的計數(shù)器使用的是CD4026計數(shù)器。秒計數(shù)器和分計數(shù)器為60進(jìn)制計數(shù)器，由一個十進(jìn)制計數(shù)器和一個六進(jìn)制計數(shù)器串聯(lián)組成。時計數(shù)器為24進(jìn)制計數(shù)器，由兩個十進(jìn)制計數(shù)器串聯(lián)并利用反饋接成24進(jìn)制計數(shù)器。同時CD4026有譯碼功能，輸送給各個數(shù)碼管顯示時間。當(dāng)計數(shù)狀態(tài)達(dá)到所需模值后，經(jīng)門電路譯碼、反饋，產(chǎn)生“復(fù)位”脈沖將計數(shù)器清零，然后重新開始進(jìn)行下一循環(huán)。當(dāng)時鐘走時不準(zhǔn)就需要校時。校時電路用與非門和兩個開關(guān)組成實現(xiàn)對“時”、“分”的校準(zhǔn)。當(dāng)校時開關(guān)K1、K2扳到A端時，校時的2Hz脈沖輸送到時計數(shù)器和分計數(shù)器個位的CP端，進(jìn)行時計數(shù)器和分計數(shù)器 “時”、“分”的校準(zhǔn)。當(dāng)校時開關(guān)K1、K2扳到B端時，時計數(shù)器和分計數(shù)器的進(jìn)位脈沖輸送到時計數(shù)器和分計數(shù)器個位CP端，時鐘正常計時。