電子技術(shù)綜合設(shè)計報告數(shù)字鐘設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、摘要 本次課程設(shè)計為多功能數(shù)字電子鐘，主要由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼顯示、報時等電路組成。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能力，同時加深對知識的了解，也是為我們的畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)，加強知識的綜合應(yīng)用。主板部分，是以4518計數(shù)器生成出60和24進(jìn)制的計數(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)計了一款簡易數(shù)字時鐘。該時鐘系統(tǒng)主要計數(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，實現(xiàn)（f=1hz）秒脈沖信號發(fā)生器，能夠較準(zhǔn)確顯示時間（顯示格式為時時：分分：秒秒，24小時制），可隨時進(jìn)行時間調(diào)整。同時利用了d觸發(fā)器和與門的結(jié)合解

2、決了初始狀態(tài)下低位不是0的情況。 通過這一個階段的對知識點的了解更加明確，同時也明確一些理論知識的用處，在這個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 設(shè)計要求及內(nèi)容61.1內(nèi)容要求6 1.1.1主體電路61.1.2擴展電路61.2技術(shù)指標(biāo)61.2.1基本功能61.2.2擴展功能71.2.3提高功能71.3器件要求72 數(shù)字種的制作72.1原理框圖72.2設(shè)計步驟和方法82.2.1 ne555脈沖電路產(chǎn)生82.2.2 計數(shù)器電路 112.2.3 譯碼顯示電路122.2

3、.4 校時電路152.3 數(shù)字鐘仿真圖 162.3.1 數(shù)字鐘電路原理圖 162.3.2 系統(tǒng)整體仿真圖 162.3.3 pcb板圖 162.4擴展功能172.8.1鬧鐘功能172.8.2定時報時電路173 電路元件清單183.1主板電路清單183.2擴展板電路清單194 焊接與調(diào)試194.1系統(tǒng)軟件仿真、硬件安裝、調(diào)試遇到的問題19問題記錄、分析存在的原因194.3說明排除方法和效果195 實驗心得216 參考文獻(xiàn)227 附錄23 附錄1. 數(shù)字鐘電路原理圖23 附錄2. 數(shù)字鐘電路protel設(shè)計圖23 附錄3. 系統(tǒng)整體仿真圖24 附錄4. 實際焊接的印刷電路板元件分布圖241. 設(shè)計要

4、求及內(nèi)容1.1內(nèi)容要求1.1.1主體電路圖1-1 主體電路思想1.1.2擴展電路 圖1-2擴展電路 其中在主板電路中的秒脈沖信號發(fā)送到擴展電路的分頻電路中。1.2技術(shù)指標(biāo)1.2.1基本功能 實現(xiàn)60秒、60分、24小時的計數(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 擴展功能 定點報時 仿電臺整點報時1.2.3提高功能 小時的計數(shù)要求為“12歸1”1.3器件要求計數(shù)電路：用cc4518計數(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.

5、2設(shè)計步驟和方法2.2.1 ne555脈沖電路產(chǎn)生用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，vo由1翻轉(zhuǎn)為0 。t 導(dǎo)通

6、，電容c 經(jīng)r2、t放電。 電容通過r2和三極管t繼續(xù)放電,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，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3vccvord+-84562713rrrrbqqc1c2tr1cr2圖3 多諧振蕩電路原理圖ne555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

7、.2 計數(shù)器電路用cc4518構(gòu)成60進(jìn)制和24進(jìn)制計數(shù)器，然后進(jìn)行級聯(lián)組成秒、分、小時計數(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加計數(shù)00加計數(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加計數(shù)器，該器件由兩個相同的同步4級計數(shù)器組成。計數(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數(shù)。在單個單元運算中，en輸入保持高電平，且在cp上升沿進(jìn)位。cr為高電平時，計數(shù)清零。計數(shù)器在脈動模式可級聯(lián)，通過將q3鏈接至下一計

8、數(shù)器的en輸入端實現(xiàn)級聯(lián)。同時后者的cp輸入保持低電平。3、用cc4518構(gòu)成60進(jìn)制、24進(jìn)制計數(shù)單元電路1）60進(jìn)制計數(shù)電路（圖7）圖7 60進(jìn)制計數(shù)電路2）60進(jìn)制計數(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en端為下降沿加計數(shù)。個位向十位的進(jìn)位脈沖，利用q3的下降沿，接en端。每當(dāng)個位計滿9后就使高片計1從而完成計數(shù)。要完成60進(jìn)制，只需十位計數(shù)到0110，即q1、q2接與門再對十位進(jìn)行清零即可。3）24進(jìn)制計數(shù)電路（圖8）圖8 24進(jìn)制計數(shù)電路4）24進(jìn)制計數(shù)電路工作原理24進(jìn)制計數(shù)電路工作原理與60進(jìn)制計數(shù)電路工作原理基本思想相同都是利用clk端接低電平時en端

9、為下降沿加計數(shù)。個位向十位的進(jìn)位脈沖，利用q3的下降沿，接en端。每當(dāng)個位計滿1001b后就使高片計1完成計數(shù)。不同之處在于此電路是計數(shù)到24。此時的清零工作分別要牽扯到十位和個位（0010 0100）利用個位的q2和十位的q1經(jīng)過一個與門同時對兩片cc4518芯片同時清零。完成24進(jìn)制的計數(shù)。2.2.3 譯碼顯示電路用cc4511實現(xiàn)譯碼；用lg5011ah共陰數(shù)碼管實現(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

10、正常發(fā)光。當(dāng)lt = 0時，不論q0q3狀態(tài)如何，七段全部顯示，以檢查各字段的好壞。（2）消隱功能： 當(dāng)bi=0時，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，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，輸出顯示由輸入的bcd碼決定。cc4511功能表表3顯示輸 入輸 出lebiltdcbaabcdefg0011000011111101011000101100002011001011011013011001111110114011010001100115011

11、01011011011601101100011111701101111110000801110001111111901110011110011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

12、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led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，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4、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，3端接地，8端懸空。2）限流電阻計算：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)

13、行譯碼，分別代表所記錄數(shù)據(jù)的個位和十位。當(dāng)從4511的a、b、c、d四個輸入端口輸入一個二進(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，而具體實現(xiàn)不同進(jìn)制計數(shù)是通過cc4518在不同時刻對芯片清零來實現(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，對其起到保護作用。2.2.4 校時電路1、 校時電路原理圖功能如圖14所示。圖14 校時電路原理圖2、工作原理簡要介紹：當(dāng)正常計時時，分十位和秒十位進(jìn)位脈沖分別通過

14、與非門進(jìn)入電路進(jìn)行正常的計時，校時脈沖被封鎖。而當(dāng)要校時時，s1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，校時脈沖通過與非門進(jìn)入電路完成校時功能。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)計的電路圖非常簡單時，也可以不進(jìn)行原理圖的繪制，而直接進(jìn)入pcb設(shè)計系統(tǒng)。2）規(guī)劃電路板在繪制印制電路板之前，要對電路板有一個初步的規(guī)劃，例如電

15、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，可以讓程序自動裝入元件，并自動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）布線布線時完成元件之間的電路連接，有自動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布線方式。在布線前，要設(shè)定好設(shè)計規(guī)則。2.4擴展功能2.4.1鬧時功能 圖2-18 鬧時功能

16、電路工作原理：例如:上午7點59分發(fā)出鬧時信號，持續(xù)1分鐘。7點59分的對應(yīng)的數(shù)字鐘的狀態(tài)分別為0111 十個位/0101 分十位/1001 分個位 鬧時控制信號k=（q2q1q0）（q2q0）(q3q0)=12.4.2定時報時電路圖2-19 定時報時電路圖工作原理：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74ls2

17、66里面是四個異或非門，266的一端連著cc4518的輸出管腳，由圖2.6.2可知鬧鐘定時可以精確到秒的十位，其工作原理為當(dāng)先將時鐘調(diào)制到用戶想要的點數(shù)，然后按下開關(guān)，74ls373會自動鎖存住這一時間，而當(dāng)時鐘下一次運行至這一時間時，三個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)揚聲器發(fā)出聲音。3 電路元件清單3.1 主板電路清單 表3-1 主板電路元器件清單 序號名稱型號數(shù)量序號名稱參數(shù)數(shù)量1集成芯片451839電解電容1f/16v12451161

18、0電容0.01f3374als00211電阻47042474als32212500k1574als74213285k16芯片座16p151433k17數(shù)碼管lg5011ah615微動開關(guān)6*6*628脈沖信號源555116電路板3.2擴展板電路清單表3-2 擴展板電路元器件清單序號名稱型號數(shù)量序號名稱型號數(shù)量18d鎖存器74ls27337復(fù)位開關(guān)12同或門74ls26658自鎖開關(guān)134輸入2與門74ls2149喇叭14芯片座20p310音樂片1514p911灰排線20p16三極管9013212電路板14 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

19、初始不顯示0狀態(tài)，而是從1開始。2、在生成pcb板的時候會產(chǎn)生封裝錯誤。3、在焊接的副板的時候，會有很多線把焊接孔堵住，而且完成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周期到達(dá)4518是軟件自身的問題缺陷?？梢杂胐觸發(fā)器的延遲作用進(jìn)行校正。（電路圖見附錄）2、生成pcb板時產(chǎn)生的封裝錯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

20、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)位可能是焊接時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，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d觸發(fā)器起到一個延遲作用，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，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，然后點擊add，在安裝目錄下的library文件夾中找到pcb/generic footprint/general ic.ddb這個文件，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)檢查后確定是因為焊