機械課程設計心得

機械課程設計心得

　　一、設計目的

　　數字鐘是一種用數字電路技術(shù)實(shí)現時(shí)、分、秒計時(shí)的裝置，與機械式時(shí)鐘相比具有更高的準確性和直觀(guān)性，且無(wú)機械裝置，具有更更長(cháng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。

　　數字鐘從原理上講是一種典型的數字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。

　　因此，我們此次設計與制做數字鐘就是為了了解數字鐘的原理，從而學(xué)會(huì )制作數字鐘．而且通過(guò)數字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規模集成電路的作用及實(shí)用方法．且由于數字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)敘電路．通過(guò)它可以進(jìn)一步學(xué)習與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法．

　　二、設計要求

　　（1）設計指標

　�、贂r(shí)間以12小時(shí)為一個(gè)周期；

　�、陲@示時(shí)、分、秒；

　�、劬哂行�時(shí)功能，可以分別對時(shí)及分進(jìn)行單獨校時(shí)，使其校正到標準時(shí)間；

　�、苡嫊r(shí)過(guò)程具有報時(shí)功能，當時(shí)間到達整點(diǎn)前10秒進(jìn)行蜂鳴報時(shí)；

　�、轂榱吮ＷC計時(shí)的穩定及準確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準信號。

　　（2）設計要求

　�、佼�(huà)出電路原理圖（或仿真電路圖）；

　�、谠�器件及參數選擇；

　�、垭娐贩抡媾c調試；

　�、躳cb文件生成與打印輸出。

　�。�3）制作要求自行裝配和調試，并能發(fā)現問(wèn)題和解決問(wèn)題。

　�。�4）編寫(xiě)設計報告寫(xiě)出設計與制作的全過(guò)程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì )。

　　三、原理框圖

　　1．數字鐘的構成

　　數字鐘實(shí)際上是一個(gè)對標準頻率（1hz）進(jìn)行計數的計數電路。由于計數的起始時(shí)間不可能與標準時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標準的1hz時(shí)間信號必須做到準確穩定。通常使用石英晶體振蕩器電路構成數字鐘。

　�。╝）數字鐘組成框圖

　　2．晶體振蕩器電路

　　晶體振蕩器電路給數字鐘提供一個(gè)頻率穩定準確的32768hz的方波信號，可保證數字鐘的走時(shí)準確及穩定。不管是指針式的電子鐘還是數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字式晶體振蕩器電路通常有兩類(lèi)，一類(lèi)是用ttl門(mén)電路構成；另一類(lèi)是通過(guò)cmos非門(mén)構成的電路，本次設計采用了后一種。如圖（b）所示，由cmos非門(mén)u1與晶體、電容和電阻構成晶體振蕩器電路，u2實(shí)現整形功能，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(mén)提供偏置，使電路工作于放大區域，即非門(mén)的功能近似于一個(gè)高增益的反相放大器。電容c1、c2與晶體構成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò )，完成對振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)180度相移，從而和非門(mén)構成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩定和準確。

　�。╞）cmos晶體振蕩器（仿真電路）

　　3．時(shí)間記數電路

　　一般采用10進(jìn)制計數器如74hc290、74hc390等來(lái)實(shí)現時(shí)間計數單元的計數功能。本次設計中選擇74hc390。由其內部邏輯框圖可知，其為雙2－5－10異步計數器，并每一計數器均有一個(gè)異步清零端（高電平有效）。

　　秒個(gè)位計數單元為10進(jìn)制計數器，無(wú)需進(jìn)制轉換，只需將qa與cpb（下降沿有效）相連即可。cpa（下降沒(méi)效）與1hz秒輸入信號相連，q3可作為向上的進(jìn)位信號與十位計數單元的cpa相連。

　　秒十位計數單元為6進(jìn)制計數器，需要進(jìn)制轉換。將10進(jìn)制計數器轉換為6進(jìn)制計數器的電路連接方法如圖2．4所示，其中q2可作為向上的進(jìn)位信號與分個(gè)位的計數單元的cpa相連。

　　來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )。

　　十進(jìn)制－六進(jìn)制轉換電路

　　分個(gè)位和分十位計數單元電路結構分別與秒個(gè)位和秒十位計數單元完全相同，只不過(guò)分個(gè)位計數單元的q3作為向上的進(jìn)位信號應與分十位計數單元的cpa相連，分十位計數單元的q2作為向上的進(jìn)位信號應與時(shí)個(gè)位計數單元的cpa相連。

　　時(shí)個(gè)位計數單元電路結構仍與秒或個(gè)位計數單元相同，但是要求，整個(gè)時(shí)計數單元應為12進(jìn)制計數器，不是10的整數倍，因此需將個(gè)位和十位計數單元合并為一個(gè)整體才能進(jìn)行12進(jìn)制轉換。利用1片74hc390實(shí)現12進(jìn)制計數功能的電路如圖（d）所示。

　�。╠）十二進(jìn)制電路

　　另外，圖（d）所示電路中，尚余－2進(jìn)制計數單元，正好可作為分頻器2hz輸出信號轉化為1hz信號之用。

　　4．譯碼驅動(dòng)及顯示單元電路

　　選擇cd4511作為顯示譯碼電路；選擇led數碼管作為顯示單元電路。由cd4511把輸進(jìn)來(lái)的二進(jìn)制信號翻譯成十進(jìn)制數字，再由數碼管顯示出來(lái)。這里的led數碼管是采用共陰的方法連接的。

　　計數器實(shí)現了對時(shí)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)槭�進(jìn)制數碼送到數碼管中顯示出來(lái)。

　　5．校時(shí)電路

　　數字鐘應具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應截斷分個(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計數通路，并采用正常計時(shí)信號與校正信號可以隨時(shí)切換的電路接入其中。即為用coms與或非門(mén)實(shí)現的時(shí)或分校時(shí)電路，in1端與低位的進(jìn)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(chǎn)生的1hz或2hz（不可太高或太低）信號；輸出端則與分或時(shí)個(gè)位計時(shí)輸入端相連。當開(kāi)關(guān)打向下時(shí)，因為校正信號和0相與的輸出為0，而開(kāi)關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過(guò)與或門(mén)，故校時(shí)電路處于正常計時(shí)狀態(tài)；當開(kāi)關(guān)打向上時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。

　　實(shí)際使用時(shí)，因為電路開(kāi)關(guān)存在抖動(dòng)問(wèn)題，所以一般會(huì )接一個(gè)rs觸發(fā)器構成開(kāi)關(guān)消抖動(dòng)電路，所以整個(gè)較時(shí)電路就如圖（f）。

　�。╢）帶有消抖電路的校正電路

　　6．整點(diǎn)報時(shí)電路

　　電路應在整點(diǎn)前10秒鐘內開(kāi)始整點(diǎn)報時(shí)，即當時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，報時(shí)電路報時(shí)控制信號。

　　當時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數器十位的qc和qa、個(gè)位的qd和qa及秒計數器十位的qc和qa相與，從而產(chǎn)生報時(shí)控制信號。

　　報時(shí)電路可選74hc30來(lái)構成。74hc30為8輸入與非門(mén)。

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