Cómo escribir un informe de diseño de un reloj digital
1. Propósito del diseño
El reloj digital es un dispositivo que utiliza tecnología de circuito digital para realizar el cronometraje de horas, minutos y segundos. En comparación con los relojes mecánicos, tiene mayor precisión e intuición. No tiene dispositivo mecánico y tiene una duración más larga. duración de vida útil y por lo tanto son ampliamente utilizados.
En principio, un reloj digital es un circuito digital típico, que incluye circuitos lógicos combinacionales y circuitos de temporización.
Por lo tanto, nuestro propósito al diseñar relojes digitales es comprender los principios de los relojes digitales y aprender a fabricar relojes digitales. Y a través de la producción de relojes digitales, podemos comprender mejor el papel y los métodos prácticos de varios circuitos integrados pequeños y medianos en la producción. Y porque los relojes digitales incluyen circuitos lógicos combinacionales y circuitos de temporización. A través de él, puede aprender y dominar aún más las funciones y los principios de uso de varios circuitos lógicos combinacionales y circuitos de temporización.
3. Diagrama de bloques
1. La composición de un reloj digital
El reloj digital es en realidad un circuito de conteo y cronometraje con una frecuencia estándar (1 HZ). Dado que la hora de inicio no se puede contar utilizando la hora estándar (como la hora de Beijing), se debe agregar un circuito de calibración al circuito y la señal horaria estándar de 1 HZ debe ser precisa y estable. Generalmente se utiliza un circuito oscilador de cristal de cuarzo para formar un reloj digital.
(a) Diagrama de bloques del reloj digital
2. Circuito oscilador de cristal
El circuito oscilador de cristal proporciona una señal de onda cuadrada de 32768 Hz estable y precisa para el reloj digital La precisión y estabilidad del reloj digital están garantizadas. Ya sea un reloj electrónico analógico o un reloj electrónico con pantalla digital, se utiliza un circuito oscilador de cristal. En términos generales, suele haber dos tipos de salidas de circuitos osciladores de cristal digitales de onda cuadrada. Una está compuesta por un circuito de puerta TTL y la otra está compuesta por un circuito sin puerta CMOS. Como se muestra en la Figura (b), el circuito del oscilador de cristal consta de una puerta CMOS NOT U1 con un cristal, un condensador y una resistencia U2 que implementa una función de conformación para convertir la salida de onda sinusoidal aproximada del oscilador en una onda cuadrada más ideal. . La resistencia de retroalimentación de salida R1 proporciona polarización para la función sin puerta, lo que permite que el circuito funcione en la región de amplificación, es decir, la función sin puerta es similar a un amplificador inversor de alta ganancia. Los condensadores C1 y C2 forman una red resonante con el cristal para completar la función de controlar la frecuencia de oscilación y proporcionar un cambio de fase de 180 grados, formando así una red de retroalimentación positiva con la no puerta para realizar la función de un oscilador. Dado que el cristal tiene estabilidad y precisión de alta frecuencia, la estabilidad y precisión de la frecuencia de salida están garantizadas.
(b) Oscilador de cristal CMOS (circuito de simulación)
3. Circuito de conteo de tiempo
Generalmente, se utilizan contadores de 10 bits como 74HC290 y 74HC390. implementar el conteo de tiempo La función de conteo de la unidad. Este diseño utiliza 74HC390. Como se puede ver en su diagrama de bloques lógico interno, es un contador asíncrono dual 2-5-10. Cada contador tiene un terminal de compensación asíncrono (nivel alto activo).
La unidad de conteo del segundo dígito es un contador de 10 bits, no se requiere conversión, simplemente conecte QA y CPB (flanco descendente válido) a CPA (inactivo descendente), y la segunda señal de entrada de 1 HZ se conecta a Q3, se puede conectar como señal de redondeo al CPA de la unidad de conteo de 10 bits.
La segunda unidad de conteo de decenas es un contador hexadecimal y debe convertirse. El método de conexión del circuito para convertir un contador de 10 bits en un contador de 6 bits se muestra en la Figura 2.4, donde Q2 se puede utilizar como señal de acarreo ascendente y se conecta al CPA de la unidad de conteo de subdivisión.
Circuito de conversión de decimal a hexadecimal
La estructura del circuito de la unidad de conteo de subpersonas y la unidad de conteo subdecimal es la misma que la de la unidad de conteo de subpersonas y la unidad de conteo subdecimal. La unidad de conteo decimal, excepto Q3 de la unidad de conteo subdecimal, debe conectarse como señal de transferencia al CPA de la unidad de conteo subdecimal, mientras que Q2 de la unidad de conteo subdecimal debe conectarse como señal de transferencia. señal al CPA de la unidad de cómputo de horas.
Q2 de la unidad de conteo de decenas debe conectarse al CPA de la unidad de conteo de tiempo como señal de envío.
La estructura del circuito de la unidad de conteo de horas sigue siendo la misma que la unidad de conteo de segundos o la unidad de conteo digital, pero se requiere que toda la unidad de conteo de horas sea un contador de 12 bits, y este contador es no es un múltiplo entero de 10, por lo que debe serlo. La unidad de conteo de dígitos y la unidad de conteo de decenas se combinan en un todo para realizar una conversión de 12 bits. El circuito que utiliza un 74HC390 para implementar la función de conteo de 12 bits se muestra en la Figura (d).
(d) Circuito decimal
Además, en el circuito que se muestra en la Figura (d), la unidad de conteo -2 restante se puede usar como divisor de frecuencia para convertir la salida de 2 HZ. Señal en señal de 1HZ.
4. Controlador de decodificación y circuito de unidad de visualización
Seleccione CD4511 como circuito de decodificación de pantalla; seleccione el tubo digital LED como circuito de unidad de visualización. CD4511 convierte la señal binaria de entrada en un número decimal y luego la muestra en el tubo digital. El tubo digital LED aquí adopta un método de conexión negativo.
El contador detecta la acumulación de tiempo y la transmite al chip CD4511 en forma de código 8421BCD. Luego, el chip 4511 convierte el código BCD en un número decimal y lo envía al tubo digital para su visualización.
5. Circuito de corrección
El reloj digital debe tener funciones de corrección y corrección de tiempo. Por lo tanto, la ruta de conteo directo de subbits y bits de tiempo debe cortarse y las señales de sincronización normales. y las señales de corrección deben usarse en cualquier momento. Es decir, en el circuito de temporización de bit o subbit de tiempo implementado con la puerta COMS NAND, el terminal In1 está conectado a la señal de transporte de bit bajo y el terminal In2 está conectado a la señal de corrección. tomado de la señal de 1 HZ o 2 HZ generada por el divisor de frecuencia (no puede ser demasiado alta o demasiado baja), el terminal de salida está conectado al terminal de entrada de sincronización del subbit o bit de tiempo; Cuando se enciende el interruptor, dado que la señal de corrección coopera con 0, la salida es 0 y el otro extremo del interruptor está conectado a un nivel alto. La señal de entrada normal puede pasar a través de la puerta AND o, por lo que el circuito de sincronización. está en un estado normal; cuando el interruptor está encendido, la situación es correcta. Al contrario de lo anterior, el circuito de sincronización está en el estado de sincronización.
En aplicaciones prácticas, debido al problema de fluctuación del interruptor en el circuito, generalmente se conecta un flip-flop RS para formar un circuito de fluctuación del interruptor, por lo que todo el circuito de sincronización se muestra en la Figura (f).
(6) Circuito de corrección con circuito anti-jitter
6 Circuito de timbre horario
El circuito debe sonar la hora 10 segundos antes de la hora, es decir. es Cuando el tiempo está entre 59 minutos y 50 segundos y 59 minutos y 59 segundos, el circuito de cronometraje envía una señal de control de cronometraje.
Cuando el tiempo está entre 59 minutos y 50 segundos a 59 minutos y 59 segundos, se mantienen sin cambios los minutos y decenas, minutos y segundos, que son 5, 9 y 5 respectivamente. y QA, el QD y QA del subcontador y el QC y QA de los segundos y diez contadores se pueden combinar entre sí para generar la señal de control de tiempo.
El circuito de cronometraje puede estar compuesto por un 74HC30 sin puerta de 8 entradas.
IV. Componentes
4.**** 6 tubos digitales negativos de ocho segmentos
5. Cable de red 2 metros/persona
6. CD4511 bloque integrado 6 piezas
7. CD4060 bloque integrado 1 pieza
8. 74HC390 bloque integrado 3 piezas
9.74HC51 bloque integrado 1
9.
10.74HC00 Bloque 4
11.74HC30 Bloque 1
Resistor 5 de 12.10MΩ
13.500 Ω resistencia 14
condensador 14.30p 2
cristal de reloj 15.32.768k 1
16. zumbador 10
Esquema del circuito de cada uno. módulo funcional
En principio, el reloj digital es un circuito digital típico. Puede estar compuesto por muchos circuitos integrados pequeños y medianos y, por lo tanto, puede dividirse en muchos circuitos independientes.
(1) Circuito hexadecimal
Está compuesto por 74HC390, 7400, tubo digital y 4511. El circuito se muestra en la Figura 1.
(2) Circuito decimal
Está compuesto por 74HC390, 7400, tubo digital y 4511. El circuito se muestra en la Figura 2.
(3) Circuito hexadecimal
Consta de dos válvulas digitales, dos 4511, un 74HC390 y un chip 7400. El circuito se muestra en la Figura 3.
(4) Circuito hexadecimal doble
Al dividir las dos señales de entrada hexadecimales y conectarlas al segundo bit de decenas Qc, generan un acarreo. El diagrama del circuito se muestra en la Figura 4. .
(5) Circuito de conteo de tiempo
Consta de 1 circuito hexadecimal y 2 circuitos hexadecimales. Dado que tiene un circuito hexadecimal doble, simplemente conéctelo al hexadecimal. circuito Consulte la Figura 5 para conocer el circuito específico.
(6) Circuito de corrección
Está compuesto por 74CH51D, 74HC00D y resistencias. El circuito de corrección tiene dos partes: corrección y corrección de tiempo. El circuito se muestra en la Figura 6.
(7) Circuito oscilador de cristal
Consta de un cristal, dos condensadores de 30 pF, una resistencia de 4060 y una resistencia de 10 MΩ. El pin 3 del chip emite una señal de onda cuadrada de 2 Hz. , el circuito se muestra en la Figura 7.
(8) Circuito de reporte horario
Está compuesto por 74HC30D y un timbre. Cuando la hora sea de 59:50 a 59:59, el timbre señalará la hora. El circuito se muestra en la Figura 8.