1、摘 要随着电子技术产业结构调整，生产工艺的飞速发展，人们生活水平的不断提高，家用电器逐渐普及，市场对于智能控制系统的需求也越来越大。数字时钟的出现打破了人们对时钟的传统概念，因为数字时钟不仅可以通过数字直观地显示日历时间，用音响、音乐及汉语语音等声音报时；还可以定时发出各种声、光、电信号，以启动各种设备实现实时控制、时间顺序控制。如作息时间自动打铃、家电设备自动定时启闭、生产过程顺序控制等等，用途很广。所有这些都是以钟表数字化为基础的，因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。作息时间自动打铃器选用了大规模时钟集成芯片 LM8361 作时钟电路，时钟电路的主要任务是产生实时时钟信号，
2、一方面送到数字显示器进行表示，另一个方面提供自动打铃电路的存储器地址信号。用存储器 RAM6264 作译码器，利用译码器的读取、存储、写入时钟信号来控制其时间电路的显示以及响铃电路的正常运作即发出“嘀-嘟”的打铃声设计作息时间自动打铃器。输出电路是位于输出信号与执行机构之间的电路，这里，执行机构为响铃电路，如果是采用继电器控制电铃，则输出电路应根据继电器的点参数进行设计，如果采用定时电路控制喇叭信号灯工作，则输出电路应该将存储器的输出电平变成喇叭的发声信号或者是指示灯的工作信号。电源采用一个直流稳压电源。直流稳压电源一般由电源变压器,整流滤波电路及稳压电路所组成.但是日历时钟时常跑快跑慢的现象
3、普遍存在，经过日积月累，就会产生较大的误差。为了解决这一问题，我们设计了能够自动校准和整点报时的可编程时钟控制器。它能很好的帮助我们完成对操控方面的时序和时间的控制，能够让我们来掌握运筹时间而不是让时间来催促逼迫我们。关键词：数字时钟； 可编程控制器； 时钟控制器2AbstractWith the electronic technology industry restructuring, the rapid development of production technology, the continuous improvement of peoples standard of living
4、, household electrical appliances gradually universal, intelligent control system for the market demand is increasing. The emergence of digital clock on the clock to break the peoples traditional concept, because the digital clock not only through digital visual display calendar time, with sound, mu
5、sic and Chinese speech sounds, such as timekeeping; can also give a variety of sound, light, signals, To start to achieve real-time control of equipment, time sequence control. Such as auto-play and rest time bell, Home Appliances automatic timing hoist, the order of the production process control,
6、etc., use a very wide. All of these are digital watches and clocks, as the basis and, therefore, on digital clocks and expand its applications, a very practical significance. And rest time a bell for automatic selection of the large-scale integrated chip LM8361 clock for clock circuit, the clock cir
7、cuits main task is to produce real-time clock, on the one hand to a digital display that provides automatic Another aspect of a bell circuit memory address signal . RAM6264 memory used for decoding, using the decoder to read, store, write clock signal to control its time the show circuit and signal
8、circuit the normal operation of that issue, “Di - the tone“ of a ring design and rest time Automatic-ling. Output circuits are located in the implementation of the output signal between the circuit here, the executing agency for the signal circuit, if it is a relay control bells, the output circuit
9、of the relay points should be based on the design parameters, if a regular speaker circuit control Lights work, the output of the memory circuit should become speaker output level of audible signals or signal lights work. Power to adopt a DC power supply. DC power supply from the general power trans
10、former, rectifier filter circuits and components by the regulator circuit However, the calendar clock ran sprints often slow the widespread phenomenon, after accumulated, it will have a greater error. In order to solve this problem, we can design the automatic calibration and broadcast the whole poi
11、nt of programmable clock controller. Its good to help us complete control of the timing and duration of control, so that we can master planning to allow time to time rather than forcing us to press.Key words: digital clock; PLC; clock controller东华理工大学长江学院毕业设计 摘要目 录绪 论.1 1 总体方案的论证21.1 设计要求.21.2 设计中主要
12、的三方面.21.3 时钟电路的构成方案.21.4 作息时间控制器.2 1.5 功放电路.22 总体方案的确定.33 各系统分析与整体设计.43.1 时钟电路设计.4 3.2 作息时间存储电路设计.93.3 输出电路设计15 3.4 直流电源设计20结 论24致 谢25参考文献26附 录27附录 1：整机电路.28附录 2：元器件清单294绪 论传统的时钟是通过图像、数字等直观的显示日历时间，用音响、音乐以及汉语语音等声音报时，人们基本的衣食住行的所有时间掌握都靠时钟来很好的进行运筹，所以才井然有序不会交错混杂。时钟的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了时钟原先的报时功能。诸如
13、定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时开关闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些都是以时钟数字化为基础的。因此，研究时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。随着社会的发展，时钟不单单是给我们以计时，并且在工业制造、化工生产、物理研究、计算机科学等一系列方面都有着举足轻重的作用，它可以定时发出各种声、光、电信号，以启动各种设备实现时序控制，时间顺序控制。如作息时间自动打铃，家电设备自动定时启闭、生产过程顺序控制，各种自动机器电子仪器等等一系列的智能化的操控掌握。可编程时钟控制器就是其中的一个部分，它能很好的帮助我们完成对操控方面的时序和时间
14、的控制，能够让我们来掌握运筹时间而不是让时间来催促逼迫我们。针对本课题，北京理工大学以及空军第一研究所设计和实现了基于可编程时钟控制器 Intel8254 的 PWM&PFM 信号发生装置。该装置输出的是频率和脉冲宽度均可灵活调整的 PWM 信号和 PFM 信号。由广东省珠海市湾仔镇华晖电子厂 1994 年设计出的一种由带透明光盘的指针式时钟和控制电路构成的可编程时钟控制器，其特征在于透明光盘装在时针轴上，透明光盘边缘装上光电耦合元件，光电耦合元件通过二极管与放大电路连接，放大电路再与开关电路连接。在透明光盘边缘上，可分段改变光盘的透明度。本实用新型结构合理，能根据需要随时编制控制工作时间程序
15、。可广泛用于电器的定时工作控制。通过对本课题的研究，将电子设计方面的知识加以综合，我不仅更进一步的巩固了以往所学的知识，而且很好的了解和掌握了原来不知道或掌握不好的知识结构，特别是很多时钟专用芯片的功能以及用法，这些芯片的功能和用法都是和人们的实际生产生活紧密相关的，在实际的研发过程中都具有很强的代表性，所以，掌握好这些知识结构能够为以后走上工作岗位，解决实际问题打下良好的基础。21 总体方案的论证1.1 设计要求1）设计一个具有时、分计时，4 位数字显示的时钟电路；2）具有快速校时功能；3）具有整点音乐自动报时功能；4）以时钟电路为基础，设计一个长江学院作息时间自动打铃器。1.2 设计中主要
16、的三方面其一是设计一个能以一个数字直接显示的时钟电路，具有时、分计时，4 位数字显示；其二是用时钟信号控制打铃器，从而实现按序存入电路的作息时间自动打铃。其三是功放电路。整个系统可以分成三部分，即时钟控制电路作息时间控制电路、功放电路，而时钟电路在起控制和主导作用。1.3 时钟电路的构成方案A. 选用中小规模的集成芯片设计；B. 选用单片时钟集成电路的构成；C. 利用其它任何可能引出时间信号的数字钟数字表等。1.4 作息时间控制器这部分电路是以时间代码为输入信号，经译码后产生定时控制信号去推动电铃或者其他控制设备工作。译码器完成由代码控制信号的交换，这里的代码即时钟信号代码，控制信号是驱动打铃
17、器或者其他的控制设备的信号。实现的电路形式是多种多样的。A. 利用集成门电路进行设计；B. 选用合适的现成译码器；C. 用 GAL 芯片进行编程，实现译码；D. 用存储器完成译码的功能。怎么样用存储器完成译码功能？可用时钟电路输出的时钟代码作为存储器的地址信号，存储器中存放的数据作为外设工作的控制信号。当时钟运行到需要外设动作的某一个时刻，使存储器的地址信号以及读信号有效，读出存储器中相应的数据信号，每个数据位控制一个外设，若某位数据有效，则相应的外设即可以启动。这种方法简便，时间容易修改。存储器可用 RAMEPROM 以及 EEPROM。1.5 功放电路外设的形式多种多样，要求的驱动功率不同
18、，因而在译码输出与外设之间必须东华理工大学长江学院毕业设计 总体方案的论证3设置适当的功放电路，以提供外设工作的驱动电流与电压。2 总体方案的确定据上述的分析，实现可编程时钟控制器要求的电路方案有多种选择，必须要根据个人的条件、要求和其他具体情况权衡利弊，确定其中的一种。作息时间自动打铃器选用了大规模时钟集成芯片 LM8361 作时钟电路，时钟电路的主要任务是产生实时时钟信号，一方面送到数字显示器进行表示，另一个方面提供自动打铃电路的存储器地址信号。用存储器 RAM6264 作译码器，利用译码器的读取、存储、写入时钟信号来控制其时间电路的显示以及响铃电路的正常运作即发出“嘀-嘟”的打铃声设计作
19、息时间自动打铃器。输出电路是位于输出信号与执行机构之间的电路，应根据两者的状态要求以及执行机构的功率要求进行设计。这里，执行机构为响铃电路，如果是采用继电器控制电铃，则输出电路应根据继电器的点参数进行设计，如果采用定时电路控制喇叭信号灯工作，则输出电路应该将存储器的输出电平变成喇叭的发声信号或者是指示灯的工作信号。电源采用一个直流稳压电源。直流稳压电源一般由电源变压器,整流滤波电路及稳压电路所组成。系统分析：时基电路将 3.MHz 晶振进行精确调准，达到 60Hz 的输出要求送进LM8361 的时钟输入端，满足了所需要的时基信号；大规模集成芯片 LM8361 配接 LT-667 显示构成时钟电
20、路,时钟电路的主要任务是产生实时时钟信号，一方面送到数字显示器进行表示，另外一个方面提供自动打铃电路的存储器地址信号；将时钟电路的时钟信号线与存储器 RAM6264 的地址线相连，而存储器的数据线与响铃装置相连。当时钟信号变化时，即存储器的地址变化，时钟运行到某一个响铃时刻，存储器输出的数据就会推动响铃装置工作，8 位数据可推动 8 路响铃装置。其系统框图如下图 2-1 所示: 时间显示时钟电路 LM8361存储器 R A M输 出 电 路R/W时基电路 电源 输入数据4图 2-1 系统框图3 各系统分析与整体设计3.1 时钟电路设计A.时基电路 【1】时基信号的产生使用摩托罗拉时基电路 MM
21、5369，是 17 级分频振荡器。采用3.MHz 晶振，6V-12V 供电，可用于代替由 TMS3450/LM8361 芯片驱动的双共阴屏交流电子钟的 50/60Hz 信号源，将 TMS3450 或 LM8361 第 25 脚悬空，60Hz 信号引入第 35脚，即可将原交流钟的走时精度显著提高，总之，MM5369 的功能就是将 3.MHz 晶振进行晶振的精确调准，达到 50/60Hz 的输出要求送进 LM8361 的时钟输入端，满足所需要的信号。如图 3-1 引脚及图 3-2 内部原理图VDD8分频器输出 osc out osc in560HZ1Vss NC NC4图 3-1 MM5369 引
22、脚定义图东华理工大学长江学院毕业设计 各系统分析与整体设计517 分频划分osc缓冲存储器重新设置脉搏发电机缓冲存储器osc inosc outVss VDD60HZ图 3-2 MM5369 内部原理图MM5369 的电子特征如下表 3-1 所示：在操作温度范围之内的 TA，Vss=GND，除非 3V0.6V 时，使 T12 管导通。由于它的分流作用，减小了 T10 的基极电流，从而限制了输出电流。这种简单限流保护电路的不足之处是只能将输出电流限制在额定值以内。由于调整管的耗散功率 PCM=IcVCE，只有既考虑通过它的电流和它的管压降 VCE 值，又使 Pc(VZ3+VZ4)，则 DZ3,D
23、Z4 击穿，导致 T12 管发射结承受正向电压(2-2)15154OZ31OBE12 RRVo-I -VI 经整理后得(2-3) 145Z3Oi145BE12O )-(I显然，(Vi-Vo)越大，即调整管的 VCE 越大，则 Io 越小，从使调整管的功耗限制在允许的范围内 。由于 Io 的减小，故上述保护称为减流式保护。过热保护电路：电路由 DZ2，T3，T14 和 T13 组成。在常温时，R3 上的压降仅为 0.4V 左右，T14，T13 是截止的，对电路工作没有影响。当某种原因（过载或环境温升）使芯片温度上升到某一极极限值时，R3 上的压降随 DZ2 的工作电压升高而升高，而 T14 的发
24、射结电压 VBE14 下降，导致 T14 导通，T13 也随之导通。调整管 T10 的基极电流IB10 被 T13 分流，输出电流 Io 下降，从而达到过热保护的目的。电路中 R10 的作用是给 T10 管的 ICEO10 和 T11 关的 ICEO11 一条分流通路，以改善温度稳定性。值得指出的是：当出现故障时，上述几种保护电路是相互关联的。输入端接电容 C4 可以进一步滤除纹波，输出端接电容 C5 能改善负载的瞬态影响，使电路稳定工作。C4，C5 最好采用漏电流小的钽电容。通常 C4 为0.1uF,C5=220uF,C3 为 10003000uF. 24结 论综合以上的各个部分,可以完成作
25、息时间自动打铃器以及输出电路的设计。作息时间自动打铃器选用了大规模时钟集成芯片 LM8361 作时钟电路，用存储器RAM6264 作译码器，利用译码器的读取、存储、写入时钟信号来控制其时间电路的显示以及响铃电路的正常运作即发出“嘀-嘟”的打铃声,将时钟电路的时钟信号线与存储器 RAM6264 的地址线相连，而存储器的数据线与响铃装置相连。当时钟信号变化时，即存储器的地址变化，时钟运行到某一个响铃时刻，存储器输出的数据就会推动响铃装置工作，8 位数据可推动 8 路响铃装置。日常生活中，学校、机关、工厂及家庭等都需要使用一些时间自动控制系统，因此，就需要一种装置对时间进行计数，可以显示时间，让人们
26、有时间观念，可编程时钟控制器正好满足这种装置的需求。该设计突出的优点是可以自动打铃报时和闹铃提醒，根据需要改动作息时间。本次设计时间紧促，也有很多不足。主要是不能同时显示时、分、秒，只能整点报时，但是可以对原有电路进行改进，在不影响显示时和分的情况下，将 LM8361中用于控制秒显示的引脚与显示器相连，使其显示任意时刻；在原有设计中也可以以时钟电路为基础设计一个工业顺序控制器，模拟生产中的时间顺序控制，用 LED发光管的亮与灭模拟执行机构动作，这就为我们以后走上社会进行工作打下了良好的基础。东华理工大学长江学院毕业设计 致谢25致 谢本次毕业设计历时两个多月，从选题、开题报告的书写到各种芯片的
27、功能、整机电路图的绘制，完成毕业设计，都离不开高老师悉心的指导。高老师对我的影响是巨大而深刻的，这种影响不是一朝的迸发，而是日积月累的渗透，在这点滴汇聚中使我逐渐形成正确、成熟的人生观、价值观。为此，我常常庆幸于我的幸运有这样的老师是我本科生生涯的一大幸事！遗憾的是，毕业在即，能够在高老师身边学习的日子已屈指可数。多么希望时间可以再多些，日子可以再长些，让我可以有更多的时间、更多的机会向高老师再多学一点。但我知道，我人生的角色该转换了，我该走出校园了，在这转变发生之前我有高老师给我的如此多的指导，就将使我在面对以后的工作和生活有可以借鉴的资本。在我设计期间的每一过程都得到高老师的悉心指导，高老
28、师每周安排见面会，身体力行、兢兢业业地为我们排忧解难。她多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。高老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，在此表示衷心的感谢。在高老师的悉心指导下，我不仅更进一步的巩固了以往所学的知识，而且很好的了解和掌握了原来不知道或掌握不好的知识结构，我努力的通过对可编程时钟控制器的设计，进一步熟悉了各种集成芯片的功能和应用以及电路的简单制作，同时对所学的知识有了系统的掌握，对各种电路在实际工作中的应用有了进一步的了解，懂得了它的实际意义。一个人的成长绝不是一件孤立的事，没有别人的支持与帮助绝不可能办
29、到。我感谢可以有这样一个空间，让我对所有给予我关心、帮助的人说声“谢谢”！今后，我会继续努力，好好工作！好好学习！好好生活！感谢所有关心和帮助过我的人。26参 考 文 献1 彭介华.电子技术课程设计指导 北京：高等教育出版社，20042 孙肖子.电子技术应用 北京：高等教育出版社，20033 张端.实用电子电路手册：数字电路分册 北京：高等教育出版社，1999 4 何小艇.电子系统设计 浙江：浙江大学出版社，2000 5 何希庆.MCS 一 51 单片计算机原理 山东：山东大学出版社，1999 6 彭宣戈,章琛.单片机与嵌入式系统应用 北京：机械工业出版社，20017 蔡惟铮.常用电子器件手册
30、 1998 第一版8 冯建华.单片机应用系统设计与产品开发 人民邮电 2004 年第一版9 李洋.现代电子设计与创新 中国电力出版社 2007 年第一版10 陈光明.电子技术课程设计与综合实训 北京航空航天大学出版社11 黄丽雯等. 微机原理及应用(三级 A) 重庆大学出版社 1998 12 丁元杰. 单片微机原理及应用 上海：机械工业出版社，199913 阎石. 数字电子技术基础 高等教育出版社，199714 李东生PROTEL 99SE 电路设计技术入门与应用北京：电子工业出版社，200215 楼然苗，李光飞51 系列单片机设计实例北京：北京航空航天大学出版社，20031 Wang Yu.
31、 Small sample test electronic systems theory. Beijing: National Defense Industry Press, 20002 WANG Yun Yang. Digital circuitry. Beijing: Electronic Industry Publishing House, 20023 Hu Zejun, Sheng shengcai. Microelectronics. Beijing: Beijing Aerospace University Press, 20034 Gao Jixiang. Experimental basis for electronic technology and curriculum design. Electronics Industry Publishing, 2002.25 Liuanyu. Micro-electronic mechanical systems and their applications. Beijing: Beijing Aerospace University Press, 2003东华理工大学长江学院毕业设计 附录27附 录附录 1：设计图纸附录 2：元器件清单
