數(shù)字時(shí)鐘綜述【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　電子信息工程</b></p><p><b>　　數(shù)字時(shí)鐘綜述</b></p><p>　　摘要：在現(xiàn)代科技不斷發(fā)展中，數(shù)字鐘已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚纳畋匦杵?。?shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、顯示直觀、附加功能

2、多等優(yōu)點(diǎn)，使它廣泛的應(yīng)用于個(gè)人家庭以及車(chē)站、碼頭、劇院、辦公室等公共場(chǎng)所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂(lè)帶來(lái)了極大的方便。</p><p>　　關(guān)鍵字：數(shù)字鐘；優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　1.各種計(jì)時(shí)工具的發(fā)展</p><p>　　在人類(lèi)社會(huì)早期對(duì)時(shí)間沒(méi)有精確的計(jì)量，只能用“太陽(yáng)出山”“雞叫三遍”“月掛樹(shù)梢”等模糊概念計(jì)時(shí)。</p><p>　

3、　到了春秋時(shí)期已經(jīng)用圭表、漏刻的等計(jì)時(shí)器。圭表即日晷，有日晷針盤(pán)組成。晷針插在盤(pán)中心，晷盤(pán)上刻著表示時(shí)刻的分劃。太陽(yáng)照射的針影投射在晷盤(pán)的分劃上，就能指示出時(shí)刻。在陰雨天和夜晚就用漏刻，漏刻又稱漏壺，包括下有小孔的銅壺和帶有刻度的刻箭兩部分。水勻速流下，通過(guò)刻度觀察水位變化，即可確定時(shí)刻。</p><p>　　唐代僧一行發(fā)明了最早的自鳴鐘，用漏水激輪，一日一夜轉(zhuǎn)一周，29轉(zhuǎn)多為一個(gè)月365轉(zhuǎn)為一年。同時(shí)裝有兩個(gè)木

4、人，每一刻一擊鼓，一個(gè)時(shí)辰一撞鐘。元代郭守敬也曾發(fā)明出不同聲音的機(jī)械報(bào)時(shí)鐘。民間更多使用燃香，蠟燭等計(jì)時(shí)方法。</p><p>　　到了一世紀(jì)的時(shí)候，人類(lèi)發(fā)明了機(jī)械鐘，第一臺(tái)機(jī)械鐘通過(guò)使用重物驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪，帶動(dòng)指針計(jì)時(shí)。到了十七世紀(jì)末，一個(gè)名叫克里斯蒂安·于讓的荷蘭人，最早發(fā)明了走時(shí)準(zhǔn)確的鐘，這些鐘由一個(gè)鐘擺控制。他利用的是相同長(zhǎng)度的鐘擺完成每次擺動(dòng)花去相同的時(shí)間這個(gè)原理。在1929年的時(shí)候，出現(xiàn)了石英鐘，

5、石英是一種礦物，當(dāng)電流通過(guò)它時(shí)，它每秒鐘振動(dòng)32768次。今天，大多數(shù)的鐘表都有一塊石英晶體。許多鐘表使用數(shù)字代替了鐘面。1949年，人們發(fā)明了原子鐘，原子鐘是最精確的。這種時(shí)鐘在37萬(wàn)年里快慢誤差不會(huì)超過(guò)1秒。原子鐘以銫原子的振動(dòng)為基礎(chǔ)，銫原子的振動(dòng)速率是每秒9192631770次。在1957年時(shí)，出現(xiàn)了電動(dòng)手表，電動(dòng)手表是由小電池提供動(dòng)力的。它們有一個(gè)微小的音叉使手表走時(shí)，從而代替了上發(fā)條。</p><p>

6、　　到了20世紀(jì)80年代初的時(shí)候，人類(lèi)發(fā)明了數(shù)字鐘，一直到今天，數(shù)字鐘一直被人們廣泛使用中?，F(xiàn)在的數(shù)字表都有一塊電池、一個(gè)極小的計(jì)算器和一個(gè)石英晶體。人們做表，越做越小，甚至把它們當(dāng)作飾物來(lái)佩戴[1]。</p><p><b>　　2.數(shù)字鐘的概述</b></p><p><b>　　2.1數(shù)字鐘的定義</b></p><p&

7、gt;　　數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)裝置。與一般的時(shí)鐘相比，數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確，顯示直觀，具有更長(zhǎng)的使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，被人們得以廣泛的使用。</p><p>　　數(shù)字鐘沒(méi)有任何的機(jī)械裝置，它由一塊組件獨(dú)立構(gòu)成的時(shí)鐘集成電路專(zhuān)用芯片，在這芯片上集成了計(jì)數(shù)器、比較器、振蕩器、譯碼器和驅(qū)動(dòng)等電路。其電路是能夠直接顯示時(shí)、分、秒、年、月、日，具有定時(shí)、報(bào)警等多種接口轉(zhuǎn)換的大規(guī)模集成電路，具有功能完整，結(jié)構(gòu)

8、新穎，功耗低，性能卓越，驅(qū)動(dòng)能起強(qiáng)，集成化程度高，計(jì)時(shí)精度高，應(yīng)用擴(kuò)展領(lǐng)域廣等特點(diǎn)[2]。 </p><p>　　圖.1 多功能數(shù)字鐘</p><p>　　2.2數(shù)字鐘的起源發(fā)展。</p><p>　　多功能數(shù)字鐘最早起源于歐洲中世紀(jì)的教堂，是完全機(jī)械式結(jié)構(gòu)，動(dòng)力使用重錘，打點(diǎn)鐘聲完全使用人工撞擊鑄鐘，因此當(dāng)時(shí)一個(gè)多功能數(shù)字鐘工程在建筑和機(jī)械結(jié)構(gòu)方面是相當(dāng)復(fù)雜的。進(jìn)

9、入電子時(shí)代后，數(shù)字鐘也相應(yīng)出現(xiàn)。早期的數(shù)字鐘仍采用分立式元件或中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)制造，一般只與高檔儀器儀表設(shè)備相配套，并且體積較大，價(jià)格又昂貴。到了八十年代初期，隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展和電子科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)外一些芯片廠家已經(jīng)建立了大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)中心，采用新器件、新技術(shù)、新工藝，使數(shù)字鐘電路得以比較完美。我國(guó)數(shù)字鐘行業(yè)從80年代起逐漸成長(zhǎng)壯大起來(lái)，目前在技術(shù)及應(yīng)用水平上已經(jīng)達(dá)到世界同類(lèi)水平。</p><p&

10、gt;　　隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，隨著人類(lèi)社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)數(shù)字鐘的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的時(shí)鐘已經(jīng)不能滿足人們需求。多功能數(shù)字鐘不管在樣式上還是性能上都有了一個(gè)質(zhì)的突破。外觀上它根據(jù)人們的需求，可以有液晶顯示，也可以是數(shù)碼管顯示。在性能上它也出現(xiàn)了很多的附加功能，比如整點(diǎn)報(bào)時(shí)，鬧鐘，顯示環(huán)境溫度， 秒表等功能。當(dāng)然它還可以通過(guò)按鍵進(jìn)行定時(shí)，校時(shí)功能。這些都給人們的日常生活帶來(lái)了極大的方便[3-4]。</p><p

11、>　　2.3數(shù)字鐘的計(jì)時(shí)原理</p><p>　　數(shù)字計(jì)時(shí)器一般由振蕩器、分頻器計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器等幾部分組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的時(shí)標(biāo)信號(hào)發(fā)送到分頻器，分頻電路將時(shí)標(biāo)信號(hào)分成每秒一次的方波做為秒信號(hào)，秒信號(hào)送入計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，并把累計(jì)的結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來(lái)。</p><p>　　現(xiàn)在市面上的數(shù)字鐘的精確度都不同，決定其精確度的就是頻率的基準(zhǔn)。目前數(shù)字鐘的頻

12、率基準(zhǔn)有兩種，一是以市電工頻頻率（50Hz或60Hz）為基準(zhǔn)，其準(zhǔn)確度受當(dāng)?shù)厥须婎l率的牽制，日誤差一般大于±10秒；另一種是高頻晶振頻率經(jīng)分頻后作頻率源，準(zhǔn)確度大大提高[5]。</p><p>　　圖2.數(shù)字鐘計(jì)時(shí)原理框圖</p><p>　　3.各種設(shè)計(jì)方法介紹</p><p>　　目前數(shù)字鐘設(shè)計(jì)一般分為兩大類(lèi)：第一類(lèi)是指利用中小規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)組合邏輯

13、與時(shí)序邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)；一種是利用單片機(jī)或者可編程邏輯器件來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)。因?yàn)閿?shù)字鐘具有走時(shí)精準(zhǔn)的特點(diǎn)，所以在設(shè)計(jì)上必須得時(shí)間的誤差達(dá)到最小。而數(shù)字鐘的功能也要齊全。我們?cè)O(shè)計(jì)的數(shù)字鐘一般要具有時(shí)分、秒計(jì)數(shù)顯示、鬧鐘功能，能夠利用按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)鬧鐘時(shí)間的設(shè)定并在當(dāng)前顯示時(shí)間到時(shí)能夠進(jìn)行鬧鐘提示[6]。</p><p>　　3.1用集成電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘</p><p>　　目前流行的數(shù)

14、字鐘電路有兩種：一種是用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器作為時(shí)鐘源的數(shù)字鐘電路，另一種是采用石英晶體振蕩器作為時(shí)鐘源的數(shù)字鐘電路。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，用555定時(shí)器中的兩個(gè)運(yùn)算放大器作為電壓的比較器，靈敏度非常高。因此用這種器件構(gòu)成的多諧振蕩器頻率穩(wěn)定，受電源電壓及環(huán)境溫度的影響很小。缺點(diǎn)是占空比的調(diào)節(jié)不靈活，振蕩頻率不能太高，一般不超過(guò)幾百赫茲。石英晶體兩端加不同頻率的電壓信號(hào)石英晶體會(huì)表現(xiàn)出不同的阻抗值。因此，對(duì)頻率要求很高的情況下要采

15、用石英晶體振蕩器。這種用集成電路設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，在基本電路的基礎(chǔ)上，還能擴(kuò)展其他的功能[7]。</p><p>　　圖3.數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖</p><p>　　3.2基于單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)在多功能計(jì)時(shí)器中的應(yīng)用已經(jīng)是非常普遍。由單片機(jī)作為計(jì)時(shí)器的核心控制器，可以通過(guò)它的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，將其時(shí)間數(shù)據(jù)經(jīng)單

16、片機(jī)輸出，利用顯示器顯示出來(lái)。通過(guò)鍵盤(pán)可以進(jìn)行定時(shí)、校時(shí)功能。輸出設(shè)備顯示器可以用液晶顯示技術(shù)和數(shù)碼管顯示技術(shù)完成。應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字鐘具有很強(qiáng)的實(shí)用性,系統(tǒng)硬件具有外圍器件少、電路簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn),整個(gè)系統(tǒng)作為獨(dú)立化的模塊,還可以進(jìn)一步擴(kuò)展,具有良好的應(yīng)用前景[8]。</p><p>　　圖4.基于單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　3.3基于FPGA的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)</p

17、><p>　　用FPGA設(shè)計(jì)數(shù)字鐘，主要是通過(guò)VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)代碼，然后，然后用模擬器驗(yàn)證其功能，再將設(shè)計(jì)代碼綜合成門(mén)級(jí)電路，最后下載到可編程邏輯器件FPGA 中來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)設(shè)計(jì)。由于VHDL 語(yǔ)言具有支持大規(guī)模設(shè)計(jì)和再利用已有設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，因此使用VHDL 語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)已成為一種潮流。</p><p>　　FPGA具有在線編程，裁減擴(kuò)充容易等特點(diǎn)，使得系統(tǒng)的改進(jìn)和完善十分容易，因此還可以根

18、據(jù)數(shù)字鐘的具體應(yīng)用場(chǎng)合，使其不僅僅局限于時(shí)間和日期等日常需要，例如導(dǎo)航、報(bào)警、定位等相應(yīng)功能滿足越來(lái)越多行業(yè)的需求[9-11]。</p><p>　　圖5.基于FPGA的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　4.總結(jié)</b></p><p>　　隨著電子技術(shù)在不斷進(jìn)步，機(jī)械式時(shí)鐘已經(jīng)被淘汰，取而代之的是具有高度準(zhǔn)確性和直觀性且無(wú)機(jī)械

19、裝置，具有更長(zhǎng)的使用壽命等優(yōu)點(diǎn)的數(shù)字時(shí)鐘。數(shù)字時(shí)鐘更具人性化，更能提高人們的生活質(zhì)量，更受人們歡迎。無(wú)可否認(rèn)機(jī)械時(shí)代已經(jīng)過(guò)去，電子時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。作為新時(shí)代的我們，更應(yīng)該提高自身能力，適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展。知識(shí)來(lái)自實(shí)踐，多去生活中探詢所需要的。對(duì)于上述所提到的研究課題，我們應(yīng)盡量考慮到人的因素，增強(qiáng)時(shí)鐘的實(shí)用性和操作性，為使用者提供切實(shí)的方便，營(yíng)造一種舒適的生活氛圍。所以，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該從多方面、多角度去考慮問(wèn)題而且應(yīng)該進(jìn)一步提高時(shí)鐘的質(zhì)

20、量，并盡可能的增加一些使用功能。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] Spiwak, Marc.Build A Digital Clock[J]. Popular Electronics,2007,(7):61-67.</p><p>　　[2] 于瑩瑩,林喆.一種數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)[J].電大理工，2010,3

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