消费电子产品设计与制作--数字时钟设计与制作一、设计与制作任务书.DOC

消费电子产品设计与制作 --数字时钟设计与制作 一、设计与制作任务书 1.设计与制作题目：多功能数字时钟的设计 2.设计与制作要求： （1）用数码管显示小时、分、秒； （2）计时准确度为每天误差不超过0.5s； （3）能快速校准时、分、秒； ※（4）可整点报时，在离整点前10s时，便自动发出鸣叫声，步长1s，每隔1s鸣叫一次，前4响是低音，后1响为高音，共鸣叫5次，最后1响结束时间为整点。 ※（5）整点报时高音为1KHZ。 3、各阶段任务完成时间分配表 项目 工 作 任 务 完成时间（天） 要 求 1 设计方案的比较、选择和论证 3 调查市场、查网上资料 2 用计算机绘制电路原理图、PCB图 1 制图美观、标准、规范 3 印制板转印、修补、腐蚀、钻孔 1 做好焊接前期的处理 4 元、器件检测 0、5 筛选出可靠的元、器件 5 数字时钟的安装、焊接、调试 1、5 安装规范、焊接可靠 6 故障诊断、排除 2、5 各项性能指标满足要求 7 制作实物验收评分、撰写实训报告 0、5 实物合格、报告合乎要求 二、设计思想及参考电路 1、设计思想 数字钟一般由振荡器、分频器、计数器、译码显示器、校准电路、报时电路等几部分组成，这些都是数字电路中应用最广的基本电路，其电路原理框图如图1所示。石英晶体振荡器产生的32768HZ时标信号送到15分频器，分频电路将时标信号分成1HZ的方波信号，即“秒”信号。“秒”信号送入计数器进行计数，并将累计的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“秒”的显示由两级计数器和译码器组成的六十进制计数器电路来实现；“分”的计数与译码显示电路与“秒”电路相同；“时”的显示由两级计数器和译码显示器组成二十四进制电路来实现，所有的计时结果由6位数码管来显示。数字时钟参考逻辑电路如图2所示。 2、石英晶体振荡器 振荡器是数字时钟的核心，用它产生标准频率信号，再由分频器分成“秒”时间脉冲，振荡器振荡频率的精度与稳定度基本上决定了时钟的准确度。振荡电路的原理图如图3所示，它是由石英晶体、微调电容与集成反相器等元件组成。图中门G1、门G2是反相器，门G1用于振荡，门G2用于缓冲整形，反馈电阻RF的作用是为反相器提供偏置，使其工作在放大状态。反馈电阻RF的值若选得太大，会使放大器偏置不稳定甚至不能正常工作；RF的值太小又会使反馈网络负担加重。图中C1是频率微调电容，一般取5～35PF。C2是温度特性校正电容，一般取20～60PF。电容C1、C2和石英晶体构成π型网络，以控制振荡频率，并使输出输入移相180o。石英晶体振荡器的振荡频率稳定，输出波形近似正弦波，可以用反相器G2整形得到矩形脉冲输出。 3、分频电路 时间标准信号的频率很高，要想得到秒信号，需要分频电路。目前多数石英晶体电子表的振荡频率为215=32768HZ，用如图7.12所示的CC4060组成的14级2分频和CC4013组成的一级2分频后可得到1HZ的“秒”脉冲信号。14位二进制计数器CC4060和双D触发器CC4013。的引脚排列图如图7.13所示。 4、计数器 （1）六十进制计数器。六十进制计数器的电路形式很多，一般都是由一级十进制计数器和一级六进制计数器组成。用一块中规模集成芯片CC4518按“反馈清零法”串接而成的“秒”计数器的十位和个位如图5(a)所示，输出脉冲除用于自身“清零”外，同时还作为“分”计数器的输入信号。在图5(b)中，1HZ的“秒”脉冲信号送到CC4518的个位计数器的CP端，个位计数器便对CP信号计数，计1次为1s。当计数到10s时，QD（即Q3）在CP的作用下产生正跳变沿，请注意：“QD的上升沿是不能作向十位进位的脉冲的，只有其下降沿才是满十进一的进位信号。正确的接法是将个位上的QD（即Q3）接‘十位’上的CT（即使能端），‘十位’上的CP接GND（地），而个位用CP端或CT端接1HZ的输入信号均可。” （2）二十四进制计数器。用2片74HC160构成的二十四进制小时计数器如图6（a)所示，用一片CC4518构成的二十四进制小时计数器如图6(b)所示。 5、译码和显示电路 译码电路采用专用的译码器，其功能是将“时”、“分”、“秒”计数器中的计数状态（8421BCD码）翻译成七段数码管能显示的十进制数所要显示的电信号，然后经数码显示，将数字显示出来。译码、显示电路与计数器间的连结示意图如图7.16所示。 6、校准电路 校准电路实质上是一个由基本RS触发器组成的单脉冲发生器，如图8所示。未按按钮SB时，与非门G1的一个输入端接地，基本RS触发器处于“1”状态，即Q=1，，这时数字钟正常工作，“秒”、“分”、“时”脉冲能进入各自的计数器。按下SB时，非门G2的一个输入端接地，于是基本R