電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告數(shù)字鐘設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)姓 名： 專 業(yè)： 題 目： 多功能 數(shù)字鐘 專 題： 電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 電工電子實(shí)驗(yàn)室 設(shè)計(jì)日期： 成 績： 指導(dǎo)教師： 年 月 電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)專題： 電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目： 多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求：1. 主要內(nèi)容： 用 cc4518雙四位bcd同步加計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)60秒、60分、24小時(shí)歸0的計(jì)數(shù)電路 用cc4511 七段譯碼驅(qū)動(dòng)/鎖存器及l(fā)g5011ah共陰數(shù)碼管設(shè)計(jì)譯碼及顯示電路（數(shù)碼管需加限流電阻） 用555設(shè)計(jì)cp脈沖源 (f=1kh) 具有系統(tǒng)校準(zhǔn)功能2. 整體電路原理圖60秒、60分、24小時(shí)- 計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電

2、路（用8k白紙手工畫圖）3. ewb仿真圖60秒、60分、24小時(shí)- 計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路（計(jì)算機(jī)打?。?. 設(shè)計(jì)原理圖用protel99設(shè)計(jì)原理圖（計(jì)算機(jī)打印）5. 設(shè)計(jì)pcb版圖用protel99設(shè)計(jì)pcb板圖（計(jì)算機(jī)打?。?. 功能擴(kuò)展要求設(shè)計(jì)：定點(diǎn)報(bào)時(shí)功能 12小時(shí)歸1計(jì)數(shù)電路指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日摘要 本次課程設(shè)計(jì)為多功能數(shù)字電子鐘，主要由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示、報(bào)時(shí)等電路組成。其目的是為我們更好的掌握硬件電路組成的應(yīng)用知識，有助于提高我們的動(dòng)能力，同時(shí)加深對知識的了解，也是為我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，加強(qiáng)知識的綜合應(yīng)用。主板部分，是以4518計(jì)數(shù)器生成出60和24進(jìn)制的

3、計(jì)數(shù)器然后利用4511解譯碼器將數(shù)字顯示在數(shù)碼管上，進(jìn)而設(shè)計(jì)了一款簡易數(shù)字時(shí)鐘。該時(shí)鐘系統(tǒng)主要計(jì)數(shù)、編碼、譯碼、顯示等四路模塊組成。并通過用555構(gòu)成多謝震蕩器，實(shí)現(xiàn)（f=1hz）秒脈沖信號發(fā)生器，能夠較準(zhǔn)確顯示時(shí)間（顯示格式為時(shí)時(shí)：分分：秒秒，24小時(shí)制），可隨時(shí)進(jìn)行時(shí)間調(diào)整。同時(shí)利用了d觸發(fā)器和與門的結(jié)合解決了初始狀態(tài)下低位不是0的情況。 通過這一個(gè)階段的對知識點(diǎn)的了解更加明確，同時(shí)也明確一些理論知識的用處，在這個(gè)過程中需要多方面的知識，還需要大量的查閱資料，再把自己的所學(xué)知識綜合應(yīng)用，這樣才能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。關(guān)鍵字： 多功能數(shù)字鐘 cc4511 cc4518 4060 目 錄1.1內(nèi)容要

4、求51.1.1主體電路51.1.2擴(kuò)展電路61.2技術(shù)指標(biāo)61.2.1基本功能61.2.2 擴(kuò)展功能61.2.3提高功能61.3器件要求62數(shù)字鐘的制作62.1 原理框圖62.4.1鬧時(shí)功能162.4.2定時(shí)報(bào)時(shí)電路163.1 主板電路清單17表3-1 主板電路元器件清單173.2擴(kuò)展板電路清單18表3-2 擴(kuò)展板電路元器件清單184 焊接與調(diào)試184.1系統(tǒng)軟件仿真、硬件安裝、調(diào)試遇到的問題184.2問題記錄、分析存在的原因184.3說明排除方法和效果18附錄1. 數(shù)字鐘電路原理圖21 附錄2. 數(shù)字鐘電路protel設(shè)計(jì)圖211. 設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容1.1內(nèi)容要求1.1.1主體電路圖1-1 主

5、體電路思想1.1.2擴(kuò)展電路 圖1-2擴(kuò)展電路 其中在主板電路中的秒脈沖信號發(fā)送到擴(kuò)展電路的分頻電路中。1.2技術(shù)指標(biāo)1.2.1基本功能 實(shí)現(xiàn)60秒、60分、24小時(shí)的計(jì)數(shù)、譯碼、顯示； 具有校準(zhǔn)功能 自帶秒脈沖信號發(fā)生器1.2.2 擴(kuò)展功能 定點(diǎn)報(bào)時(shí) 仿電臺整點(diǎn)報(bào)時(shí)1.2.3提高功能 小時(shí)的計(jì)數(shù)要求為“12歸1”1.3器件要求計(jì)數(shù)電路：用cc4518計(jì)數(shù)器譯碼電路：用cc4511譯碼顯示電路：用lg5011ah共陰數(shù)碼管秒脈沖信號發(fā)生器：用555多諧振蕩器（用發(fā)光二極管作輸出顯示）2數(shù)字鐘的制作2.1 原理框圖圖2-1 數(shù)字鐘的原理框圖2.2設(shè)計(jì)步驟和方法2.2.1 ne555脈沖電路產(chǎn)生用

6、ne555多諧振蕩器產(chǎn)生所需的秒脈沖信號，f=1hz。1、 芯片介紹管腳圖（圖2）以及引腳功能表（表1）。 表1引出端功能符號說明符號功能符號功能低觸發(fā)端閥值端輸出放電端復(fù)位控制電壓圖2 管腳圖 1 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. vcc2、ne555構(gòu)成多諧振蕩器多諧振蕩器工作原理：vcc通過r1、r2向c充電,在電容充電vc ：0vvcc 1/3 之間,vo 輸出1。vcc通過r1、r2繼續(xù)向c充電,在電容充電vc :vcc/3-2vcc/3之 間,vo 保持 1 不變。當(dāng)vc2vcc /3時(shí)，vo由1翻轉(zhuǎn)為0 。t 導(dǎo)通，電容c 經(jīng)r2、t放電。電容通過r2和三極管t繼續(xù)放電,

7、在電容放電vc :vcc2/3-vcc/3之 間,vo 保持 0 不變。當(dāng)vc降至vcc /3時(shí)，使得vo回到 1 ，截止電容，c 再充電。進(jìn)入循環(huán) .原理圖見圖3圖3 多諧振蕩電路原理圖vccvord+-84562713rrrrbqqc1c2tr1cr2ne555構(gòu)成多諧振蕩器電路圖見圖4圖4 ne555多諧振蕩器電路圖相關(guān)參數(shù)計(jì)算： 3. 波形的記錄（見圖5）圖5 波形圖從波形圖中可知，多諧振蕩器的特點(diǎn)是：（1）不需外觸發(fā)的自激振蕩器； （2）無穩(wěn)定狀態(tài)，均為暫穩(wěn)態(tài)； （3）矩形波中含有豐富的高次諧波，習(xí)慣稱多諧振蕩器。2.2.2 計(jì)數(shù)器電路用cc4518構(gòu)成60進(jìn)制和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后

8、進(jìn)行級聯(lián)組成秒、分、小時(shí)計(jì)數(shù)。1、 認(rèn)識芯片管腳圖（圖6）以及引腳功能表（表2）。 表2 cc4518功能表cl (cp0)en (cp1)r功 能10加計(jì)數(shù)00加計(jì)數(shù)0不 變0不 變00不 變10不 變1q3q0=0圖6 cc4518管腳圖2、芯片功能介紹cc4518為雙bcd加計(jì)數(shù)器，該器件由兩個(gè)相同的同步4級計(jì)數(shù)器組成。計(jì)數(shù)器為d觸發(fā)器。具有內(nèi)部可交換cp和en線，用于在始終上升沿或下降沿加計(jì)數(shù)。在單個(gè)單元運(yùn)算中，en輸入保持高電平，且在cp上升沿進(jìn)位。cr為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)清零。計(jì)數(shù)器在脈動(dòng)模式可級聯(lián)，通過將q3鏈接至下一計(jì)數(shù)器的en輸入端實(shí)現(xiàn)級聯(lián)。同時(shí)后者的cp輸入保持低電平。3、用c

9、c4518構(gòu)成60進(jìn)制、24進(jìn)制計(jì)數(shù)單元電路1）60進(jìn)制計(jì)數(shù)電路（圖7）圖7 60進(jìn)制計(jì)數(shù)電路2）60進(jìn)制計(jì)數(shù)電路工作原理根據(jù)cc4518的芯片功能，當(dāng)clk端接低電平時(shí)en端為下降沿加計(jì)數(shù)。個(gè)位向十位的進(jìn)位脈沖，利用q3的下降沿，接en端。每當(dāng)個(gè)位計(jì)滿9后就使高片計(jì)1從而完成計(jì)數(shù)。要完成60進(jìn)制，只需十位計(jì)數(shù)到0110，即q1、q2接與門再對十位進(jìn)行清零即可。3）24進(jìn)制計(jì)數(shù)電路（圖8）圖8 24進(jìn)制計(jì)數(shù)電路4）24進(jìn)制計(jì)數(shù)電路工作原理24進(jìn)制計(jì)數(shù)電路工作原理與60進(jìn)制計(jì)數(shù)電路工作原理基本思想相同都是利用clk端接低電平時(shí)en端為下降沿加計(jì)數(shù)。個(gè)位向十位的進(jìn)位脈沖，利用q3的下降沿，接en端

10、。每當(dāng)個(gè)位計(jì)滿1001b后就使高片計(jì)1完成計(jì)數(shù)。不同之處在于此電路是計(jì)數(shù)到24。此時(shí)的清零工作分別要牽扯到十位和個(gè)位（0010 0100）利用個(gè)位的q2和十位的q1經(jīng)過一個(gè)與門同時(shí)對兩片cc4518芯片同時(shí)清零。完成24進(jìn)制的計(jì)數(shù)。2.2.3 譯碼顯示電路用cc4511實(shí)現(xiàn)譯碼；用lg5011ah共陰數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)顯示電路。1、 認(rèn)識芯片cc4511管腳圖（圖9）以及引腳功能表（表3）。lg5011ah共陰數(shù)碼管管腳圖（圖10）以及引腳功能（圖11）。表9 cc4511管腳圖功能說明：（1）燈測試功能：lt可檢查七段顯示器各字段是否能正常發(fā)光。當(dāng)lt = 0時(shí)，不論q0q3狀態(tài)如何，七段全部顯示，

11、以檢查各字段的好壞。（2）消隱功能： 當(dāng)bi=0時(shí)，輸出ab都為低電平，各字段熄滅。（3）數(shù)碼顯示： 當(dāng)bi=1 lt=1 le=0，譯碼器工作，當(dāng)3210端輸入8421bcd碼時(shí)，譯碼器對應(yīng)的輸出端輸出高電平1，數(shù)碼顯示相應(yīng)的數(shù)字。（4）鎖存：在le從“0”轉(zhuǎn)換到“1”時(shí)，輸出顯示由輸入的bcd碼決定。cc4511功能表表3顯示輸 入輸 出lebiltdcbaabcdefg001100001111110101100010110000201100101101101301100111111011401101000110011501101011011011601101100011111701101

12、111110000801110001111111901110011110011消隱011101000000001111消隱010000000鎖存111鎖存燈測試01111111功能說明：lg5011是共陰極數(shù)碼管，所有的數(shù)碼管的陰極作為公共端，并一起接地。當(dāng)給相應(yīng)管腳高電平是該段管被點(diǎn)亮，從而顯示不同的數(shù)值。圖10 lg5011ah管腳圖 圖11 lg5011ah管腳功能2、芯片功能簡介cc4511 是bcd-7段所存譯碼驅(qū)動(dòng)器，在統(tǒng)一單片結(jié)構(gòu)上由comos邏輯器件npn雙極型晶體管構(gòu)成。這些器件的組合，使cc4511具有底靜態(tài)耗散和高抗干擾及原電源電流高達(dá)25ma的性能。由此可直接驅(qū)動(dòng)led

13、及其它器件。lt,bi,le端分別檢測顯示。亮度調(diào)節(jié)，存儲或選通bcd碼等功能。當(dāng)使用外部多路轉(zhuǎn)換電路時(shí)，可多路轉(zhuǎn)換和顯示幾種不同的信號。2、 譯碼、顯示電路框圖（圖12） 圖12 譯碼、顯示電路3、 譯碼、顯示單元電路工作原理（圖13）圖13 譯碼、顯示單元電路工作原理1）數(shù)碼管內(nèi)部已將3端、8端連接在一起，所以使用時(shí)，3端接地，8端懸空。2）限流電阻計(jì)算：數(shù)碼管的工作電壓為u（手冊數(shù)據(jù)），工作電流為i（手冊數(shù)據(jù)），譯碼器輸出的高電平uag，則限流電阻上的電壓應(yīng)該為uu，限流電阻阻值： r（uagu）i 3）兩片cc4511用于進(jìn)行譯碼，分別代表所記錄數(shù)據(jù)的個(gè)位和十位。當(dāng)從4511的a、b、

14、c、d四個(gè)輸入端口輸入一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)后會從輸出口輸出相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)。在對十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行顯示時(shí)只需把輸出端與相應(yīng)數(shù)碼管的輸入端連接好，即可進(jìn)行顯示。4）24進(jìn)制的數(shù)碼顯示與60進(jìn)制的數(shù)碼顯示在譯碼與顯示電路方面所用的電路是同一電路，而具體實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)制計(jì)數(shù)是通過cc4518在不同時(shí)刻對芯片清零來實(shí)現(xiàn)的。5）其中數(shù)碼管的顯示，加入了限流電阻。防止因電路中的電流過大而燒壞數(shù)碼管，對其起到保護(hù)作用。2.2.4 校時(shí)電路1、 校時(shí)電路原理圖功能如圖14所示。圖14 校時(shí)電路原理圖2、工作原理簡要介紹：當(dāng)正常計(jì)時(shí)時(shí)，分十位和秒十位進(jìn)位脈沖分別通過與非門進(jìn)入電路進(jìn)行正常的計(jì)時(shí)，校時(shí)脈沖被封鎖。而當(dāng)要校時(shí)時(shí)，s

15、1或s2開關(guān)閉合，這是相應(yīng)的分十位或秒十位脈沖被封鎖，校時(shí)脈沖通過與非門進(jìn)入電路完成校時(shí)功能。2.3 數(shù)字鐘仿真圖2.3.1 數(shù)字鐘電路原理圖（見附錄）2.3.2 系統(tǒng)整體仿真圖（見附錄）2.3.3 pcb板圖1、數(shù)字鐘電路protel設(shè)計(jì)圖2、pcb板反面圖3、pcb板走線圖4、簡述繪圖主要技術(shù)、技巧1）繪制電路圖這是電路板設(shè)計(jì)的先期工作，主要是完成電路原理圖的繪制，包括生成網(wǎng)絡(luò)表。當(dāng)所設(shè)計(jì)的電路圖非常簡單時(shí)，也可以不進(jìn)行原理圖的繪制，而直接進(jìn)入pcb設(shè)計(jì)系統(tǒng)。2）規(guī)劃電路板在繪制印制電路板之前，要對電路板有一個(gè)初步的規(guī)劃，例如電路板的物理尺寸，采用幾層電路板，元件采用何種封裝形式及其安裝位

16、置等。3）設(shè)置參數(shù)設(shè)置元件的布置參數(shù)、層參數(shù)、布線參數(shù)等。裝入網(wǎng)絡(luò)表及元件封裝將以生成的網(wǎng)絡(luò)表裝入，若前面沒有生成網(wǎng)絡(luò)表，則可以用手工的方法放置元件。4）元件的布局布局有自動(dòng)布局和手工布局兩種方式。規(guī)劃好電路板并裝入網(wǎng)絡(luò)表后，可以讓程序自動(dòng)裝入元件，并自動(dòng)將元件布置在電路板邊框內(nèi)。也可以手工布局，將元件封裝放置在電路板的合適位置。5）布線布線時(shí)完成元件之間的電路連接，有自動(dòng)布線和手工布線兩種方式。若在之前裝入了網(wǎng)絡(luò)表，則在該步中就可以采用自動(dòng)布線方式。在布線前，要設(shè)定好設(shè)計(jì)規(guī)則。2.4擴(kuò)展功能2.4.1鬧時(shí)功能 圖2-18 鬧時(shí)功能電路工作原理：例如:上午7點(diǎn)59分發(fā)出鬧時(shí)信號，持續(xù)1分鐘。7

17、點(diǎn)59分的對應(yīng)的數(shù)字鐘的狀態(tài)分別為0111 十個(gè)位/0101 分十位/1001 分個(gè)位 鬧時(shí)控制信號k=（q2q1q0）（q2q0）(q3q0)=12.4.2定時(shí)報(bào)時(shí)電路圖2-19 定時(shí)報(bào)時(shí)電路圖工作原理：74ls273是帶有清楚端的8d觸發(fā)器，只有在清除端保持高電平，才具有鎖存的功能，鎖存控制端為11腳clk，采用上升沿鎖存。cpu的ale信號必須經(jīng)過反相器反相之后才能與74ls273的控制端clk端相連。74ls273是一種帶清除功能的8d觸發(fā)器， 1d8d為數(shù)據(jù)輸入端，1q8q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，而74ls266里面是四個(gè)異或非門，266的一端連著cc4518的輸出管腳

18、，由圖2.6.2可知鬧鐘定時(shí)可以精確到秒的十位，其工作原理為當(dāng)先將時(shí)鐘調(diào)制到用戶想要的點(diǎn)數(shù)，然后按下開關(guān)，74ls373會自動(dòng)鎖存住這一時(shí)間，而當(dāng)時(shí)鐘下一次運(yùn)行至這一時(shí)間時(shí)，三個(gè)cc4518會發(fā)出高電平信號，連同的74ls373也會發(fā)出高電平信號，通過266的與或非門后到達(dá)74ls21，而74ls21中全是與門，則最終輸出高電平，經(jīng)過三極管進(jìn)行數(shù)模信號轉(zhuǎn)換后到達(dá)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。4 焊接與調(diào)試4.1系統(tǒng)軟件仿真、硬件安裝、調(diào)試遇到的問題1、在ewb模擬仿真中，出現(xiàn)數(shù)碼管初始不顯示0狀態(tài)，而是從1開始。2、在生成pcb板的時(shí)候會產(chǎn)生封裝錯(cuò)誤。3、在焊接的副板的時(shí)候，會有很多線把焊接孔堵住，而且完成

19、主板和副版的焊接后，用拍向?qū)⑵溥B接后主板數(shù)碼管的分十位不顯示進(jìn)位。4、揚(yáng)聲器焊接完成后不能固定。5、 數(shù)碼管0-9顯示不完整（對應(yīng)的電阻可能有虛焊)。6 、秒到分不進(jìn)位 。4.2問題記錄、分析存在的原因1、在ewb中的數(shù)碼管顯示問題是由于脈沖源會提前一個(gè)周期到達(dá)4518是軟件自身的問題缺陷。可以用d觸發(fā)器的延遲作用進(jìn)行校正。（電路圖見附錄）2、生成pcb板時(shí)產(chǎn)生的封裝錯(cuò)誤有可能是自己做的封裝沒有導(dǎo)入library庫里，也可能是library庫里面的封裝沒有導(dǎo)出應(yīng)用，也可能是軟件自身問題dip-x中間的連字符的取舍問題。3、在焊接前沒能布置好線的排列，導(dǎo)致一些線穿過焊接孔導(dǎo)致堵塞；數(shù)碼管不進(jìn)位可

20、能是焊接時(shí)不小心造成短路也可能是芯片問題。4 、在焊接前應(yīng)該用兩根廢舊電阻腿焊在揚(yáng)聲器的另外一端保持固定。4.3說明排除方法和效果1、利用d觸發(fā)器或門的串聯(lián)，如圖3.3所示，當(dāng)秒脈沖信號進(jìn)入d觸發(fā)器時(shí)，d端接搞電平，q端發(fā)出電平，而從d觸發(fā)器出來的信號也是高電平。通過或門，相當(dāng)于不影響4518清零，則此時(shí)d觸發(fā)器起到一個(gè)延遲作用，則會使數(shù)碼管在初始狀態(tài)下顯示是“0 ”而非是“1”。如下圖所示：圖4-1 校正后的電路圖2、當(dāng)完成pcb原理圖并經(jīng)過erc檢查無誤進(jìn)行update pcb時(shí)，檢查出現(xiàn)封裝問題，則先檢查自己畫的封裝是否已經(jīng)導(dǎo)入library庫文件中，在生成pcb之前，在browse下拉字菜單中選中l(wèi)ibraries，然后點(diǎn)擊add，在安裝目錄下的library文件夾中找到pcb/generic footprint/general ic.ddb這個(gè)文件，將此文件導(dǎo)入后重新update pcb即可。3如果導(dǎo)線將焊接口堵住可以先設(shè)計(jì)一下導(dǎo)線的路線，盡量避免從焊接口的上方走，在完成主板和副版的焊接時(shí)出現(xiàn)的分的十位沒有進(jìn)位的現(xiàn)象經(jīng)仔細(xì)檢查后確定是因?yàn)楹附狱c(diǎn)短路造成。重新進(jìn)行焊接，保持焊接點(diǎn)整潔問題得到解決。4、在焊接前應(yīng)該用兩根廢舊電阻腿焊在揚(yáng)聲器的另外一端保持固定。5 實(shí)驗(yàn)心得 本次數(shù)字鐘設(shè)計(jì)