畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)字鐘兼鐘控定時(shí)器的設(shè)計(jì)

1、四川航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008屆畢業(yè)論文 數(shù)字鐘兼鐘控定時(shí)器第1章 概述1.1 課題背景由于我門(mén)學(xué)習(xí)了數(shù)字電子技術(shù)等課程，另外還做過(guò)模擬、數(shù)字電子技術(shù)等實(shí)踐訓(xùn)練。為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所以根據(jù)自己掌握的數(shù)字電路知識(shí)，再結(jié)合其他專(zhuān)業(yè)課知識(shí)，我選擇了數(shù)字電子鐘兼鐘控定時(shí)器這個(gè)題目。在制作這個(gè)電路的基礎(chǔ)上可以看出自己對(duì)數(shù)字電路及其它專(zhuān)業(yè)課的掌握程度，因而很適合畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目要求。再者數(shù)字電子鐘在我們的實(shí)際生活中經(jīng)常見(jiàn)到，它的精度、穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了機(jī)械鐘表，因此得到了廣泛的使用。1.2 發(fā)展現(xiàn)狀隨著社會(huì)的進(jìn)步，信息化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)的高科技產(chǎn)品的技術(shù)含量也越來(lái)越來(lái)高，數(shù)字電子技術(shù)的掌握和發(fā)展是對(duì)新知識(shí)新技術(shù)

2、接軌的一種直接途徑；再加上定時(shí)器部分自動(dòng)設(shè)置的結(jié)合可以說(shuō)這也是一個(gè)現(xiàn)代化產(chǎn)品。雖然現(xiàn)在它的技術(shù)含量并不高，但我相信通過(guò)努力創(chuàng)新和不斷的改進(jìn)與改裝，也將會(huì)成為一種實(shí)用性強(qiáng)、水平高的產(chǎn)品?？梢灾罃?shù)字電子鐘兼鐘控定時(shí)器這是以社會(huì)生活相接軌的課題，因此它會(huì)得到社會(huì)的認(rèn)可和使用。第2章 設(shè)計(jì)工具的簡(jiǎn)介2.1 protel dxp簡(jiǎn)介隨著科技與技術(shù)的發(fā)展，手工制作印制板逐漸被軟件代替了。protel dxp就取代了在電子行業(yè)的手工印制板，protel dxp功能具有：電路原理圖的設(shè)計(jì)<schematic document>，原理圖元件編輯器<shematic library>，印

3、制電路板設(shè)計(jì)編輯器<pcb document>，印制電路板元件封裝編輯器<pcb library>，印制板打印編輯器<pcb printer>等等。它是第一個(gè)將所有設(shè)計(jì)工具集成于一身，完成電路原理圖到最終印制電路板設(shè)計(jì)全過(guò)程的應(yīng)用型軟件，成為當(dāng)今最為流行的電路設(shè)計(jì)制版軟件。2.2 數(shù)字電子技術(shù)簡(jiǎn)介數(shù)字電子技術(shù)是一門(mén)發(fā)展迅速、實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的技術(shù)。數(shù)字電子技術(shù)內(nèi)容包括數(shù)制和碼制、邏輯代數(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、邏輯門(mén)電路、集成觸發(fā)器和脈沖信號(hào)的產(chǎn)生和整形等。還包括內(nèi)容有組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和可編程邏輯器件，介紹了中規(guī)模集成電路的邏輯

4、功能及其擴(kuò)展運(yùn)用，側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)正確選擇集成器件進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)和解決較復(fù)雜問(wèn)題的能力。第3章 基本原理與方案設(shè)計(jì)3.1 基本原理數(shù)字電子鐘一般由六個(gè)部分組成，其中振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)的秒信號(hào)發(fā)生器，由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。秒信號(hào)送入計(jì)時(shí)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，把累計(jì)的結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的十進(jìn)制數(shù)字顯示出來(lái)?！皶r(shí)”顯示由二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器構(gòu)成，“分”、“秒”顯示分別由六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器構(gòu)成。3.2 方案設(shè)計(jì) 3.2.1 方案一分析數(shù)字電子鐘的原理，可分為以下幾個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)：60hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器：60hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核

5、心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量。通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過(guò)整形、分頻獲得60hz的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。計(jì)數(shù)譯碼顯示:秒、分、時(shí)分別為六十、六十、二十四進(jìn)制，可以采用同步或異步中規(guī)模計(jì)數(shù)器完成。 譯碼采用4/7譯碼器驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極數(shù)碼管。校正電路：由于走時(shí)不準(zhǔn)確而造成顯示的時(shí)間快或慢，就要對(duì)表進(jìn)行校準(zhǔn)。這一功能利用手動(dòng)單脈沖或連續(xù)脈沖對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路：當(dāng)數(shù)字鐘顯示59min變?yōu)?0min時(shí)，開(kāi)始整點(diǎn)報(bào)時(shí)。定時(shí)定鬧電路：如定開(kāi)時(shí)間到，則繼電器開(kāi)觸點(diǎn)閉合，如定關(guān)時(shí)間到，則繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)。其原理框圖如圖3.2.1所示。振蕩器可采用集成電路555定時(shí)器與rc組成的多諧振蕩器，或者石英晶

6、體振蕩器；分頻器可以采用cd4060通用型集成電路產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的分頻信號(hào)；可以采用4片雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls390構(gòu)成8位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，采用74ls48組成譯碼驅(qū)動(dòng)電路。 3.2.2 方案二根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和原理，數(shù)字鐘可用中小規(guī)模集成電路制作，也可用大規(guī)模集時(shí) 顯示器分顯示器秒顯示器 時(shí)譯碼器分譯碼器秒譯碼器正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 時(shí)計(jì)數(shù)器 分計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器 校正定時(shí)電路振蕩器分頻電路 圖3.2.1 數(shù)字鐘兼鐘控定時(shí)器方案一框圖成電路制作。數(shù)字鐘專(zhuān)有集成電路有多種，有的沒(méi)有定時(shí)功能，有的只有單定時(shí)功能。而本課題要求具有雙定時(shí)功能，通過(guò)查找資料可知，可以選用集成電路lm8364較為合適。 其原理框圖如圖3.2.

7、2所示：led顯示器時(shí) 鐘 i c整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 60hz信號(hào)產(chǎn)生電路 定時(shí)定鬧電路控制電路 圖3.2.2 數(shù)字鐘兼鐘控定時(shí)器方案二框圖lm8364除了用做數(shù)字鐘外，還可兼做鐘控定時(shí)器。這種鐘控定時(shí)器具有24h任意時(shí)間開(kāi)、任意時(shí)間關(guān)、1h定時(shí)輸出等功能，適合家庭某些電器每天一次的自動(dòng)控制。數(shù)字鐘由60hz信號(hào)產(chǎn)生電路、時(shí)鐘ic、led顯示、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路、定時(shí)定鬧電路、控制電路等組成。3. 3 方案論證與比較數(shù)字鐘可用中小規(guī)模集成電路制作，也可用大規(guī)模集成電路制作。若用方案一的中小規(guī)模集成電路制作，至少需要震蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、顯示器等電路，所用的元器件較多，僅計(jì)數(shù)器就需要好多塊，雖然原理簡(jiǎn)單，

8、但所畫(huà)出的原理圖比較復(fù)雜，功能單一。如果用方案二中的 lm8364設(shè)計(jì)數(shù)字鐘兼鐘控定時(shí)器，其電路較為簡(jiǎn)單，而且實(shí)用可靠，走時(shí)準(zhǔn)確，制作容易。如果僅顯示時(shí)間之用，只需振蕩器、時(shí)鐘集成電路和顯示器就能實(shí)現(xiàn)。因此本課題采用方案二中的時(shí)鐘專(zhuān)用大規(guī)模集成電路來(lái)設(shè)計(jì)制作。 第4章 核心器件介紹4.1 lm8364簡(jiǎn)介lm8364是日本三洋公司的產(chǎn)品，是采用pmos工藝制成的大規(guī)模集成電路，電源電壓范圍寬（直接驅(qū)動(dòng)led顯示，電源為6.516v，驅(qū)動(dòng)熒光數(shù)碼管顯示，電源為6.521v）。lm8364的引腳如圖4.1.1所示。lm8364具有如下特點(diǎn)：除實(shí)時(shí)顯示“時(shí)/分”外，還可顯示“月/日” ；可按12h或

9、24h方式工作，12h系統(tǒng)帶有am/pm顯示；可設(shè)置兩個(gè)報(bào)警輸出；有減法計(jì)時(shí)的定時(shí)功能，最大定時(shí)59min；在出現(xiàn)電源斷電等故障時(shí)可全位“閃爍”顯示。4.2 lm8364內(nèi)部電路框圖1 42 2 413 404 395 386 377 368 359 34 10 3311 3212 3113 3014 2915 2816 2717 26 18 2519 2420 23 21 22cr輸入 報(bào)警1輸出（定開(kāi)輸出）pm輸出 am輸出1 hz輸出 10小時(shí)b和c24/12小時(shí)選擇 f（定開(kāi)輸入）報(bào)警1顯示輸入 g50/60hz選擇 a50/60hz輸入 b小時(shí)調(diào)小時(shí) d調(diào)分鐘 c秒顯示輸入 e（定關(guān)

10、輸入）報(bào)警2顯示輸入 f到計(jì)時(shí)顯示輸入 gvss a與d10分報(bào)警1關(guān)閉輸入 b到計(jì)時(shí)輸出 e報(bào)警2關(guān)閉輸入 c（定關(guān)輸出）報(bào)警2輸出 分f打盹輸入/顯示月日 分gvdd 分a分c 分b分d 分e圖4.1.1 lm8364的引腳圖lm8364內(nèi)部電路復(fù)雜，由振蕩器、分頻器、加計(jì)數(shù)器、減計(jì)數(shù)器、驅(qū)動(dòng)電路等組成。lm8364內(nèi)部電路方框圖如4.2.1所示。4.3 lm8364的功能（1）1腳cr輸入：1腳輸入rc=150kw×6800pf時(shí)，則產(chǎn)生f0=1600hz的振蕩，經(jīng)內(nèi)部32級(jí)分頻后得到50hz的時(shí)鐘信號(hào)；1腳輸入rc=130kw×6800pf時(shí)，則產(chǎn)生f0=1920h

11、z的振蕩，經(jīng)內(nèi)部32分頻后得到60hz的時(shí)鐘信號(hào)。用50hz交流電源時(shí)，工頻50hz可作為時(shí)鐘輸入。（2）4腳12/24小時(shí)選擇：懸空為12h工作，連接vdd為24小時(shí)（利用am與pm及10小時(shí)b/c端。（3）6腳50/60hz選擇：懸空時(shí)用60hz工作，連接vdd時(shí)用50hz工作。（4）10腳秒顯示輸入：按s6，分鐘位置顯示秒數(shù)字（如圖4.3.1所示功能示意圖）。（5）18腳打盹輸入：按s7，顯示“月/日”，且使兩個(gè)報(bào)警輸出暫停10分鐘。（6）8腳調(diào)小時(shí)：按s2，可調(diào)小時(shí)。（7）9腳調(diào)分鐘：按s3，可調(diào)分鐘。（8）5腳定開(kāi)輸入：按s1，顯示定開(kāi)時(shí)間，同時(shí)按s2，可以調(diào)定開(kāi)時(shí)間的“小時(shí)”時(shí)間；

12、按s1的同時(shí)按s3，可以調(diào)定開(kāi)時(shí)間的“分鐘”時(shí)間。 （9）11腳定關(guān)輸入：按s4，顯示定關(guān)時(shí)間，同時(shí)按s3，可以調(diào)倒計(jì)時(shí)時(shí)間。倒計(jì)時(shí)時(shí)間可設(shè)置為159min的某一數(shù)值。 （10）12腳倒計(jì)時(shí)輸入：按s5，顯示59min，同時(shí)按s3，可以調(diào)倒計(jì)時(shí)時(shí)間。倒計(jì)時(shí)時(shí)間可以設(shè)置為159min的某一數(shù)值。 （11）定開(kāi)功能：到定開(kāi)時(shí)間，42腳輸出高電平，此時(shí)若按打盹輸入s7，則42腳輸出變?yōu)榈纂娖?，維持10min后又變?yōu)楦唠娖健?2腳輸出的高電平維持59min后自動(dòng)變?yōu)榈纂娖?。?dāng)42腳為高電平時(shí)，按報(bào)警1關(guān)閉輸入s8，42腳變?yōu)榈碗娖?。?2）定關(guān)功能：到定關(guān)時(shí)間，17腳輸出高電平，此時(shí)若按打盹輸入s7，

13、則17腳輸出變?yōu)榈纂娖?，維持10min后又變?yōu)楦唠娖健?7腳輸出的高電平維持59min后自動(dòng)變?yōu)榈纂娖健．?dāng)17腳為高電平時(shí)，按報(bào)警2關(guān)閉輸入s9，17腳變?yōu)榈碗娖?。?3）計(jì)時(shí)功能：按s5，15腳輸出高電平，到倒計(jì)時(shí)時(shí)間后，15腳輸出變?yōu)榈碗娖健榕浜蟣m8364，應(yīng)采用內(nèi)部為共陰極且為單陰極連接的發(fā)光二極管顯示屏，共陰單陰led顯示屏的第一腳為公共陰極。對(duì)于其余各腳，可自己測(cè)出對(duì)應(yīng)的字段。32級(jí)分頻振 蕩cr輸入12/24小時(shí)選擇月計(jì)數(shù)日計(jì)數(shù)÷50或60成 形50/60hz輸入 50/60hz選擇碼交換及輸出驅(qū)動(dòng)分計(jì)數(shù)秒計(jì)數(shù)時(shí)計(jì)數(shù)秒10小時(shí)數(shù)字顯示報(bào)警輸出時(shí)報(bào) 警 比 較報(bào)警與倒計(jì)

14、時(shí)電路報(bào)警1關(guān)小時(shí)數(shù)報(bào)警2關(guān)日字顯示打盹倒計(jì)時(shí)輸出月10分?jǐn)?shù)報(bào)警1時(shí)計(jì)數(shù)報(bào)警1分計(jì)數(shù)字顯示報(bào)警1分?jǐn)?shù)字報(bào)警2時(shí)計(jì)數(shù)報(bào)警2分計(jì)數(shù)倒計(jì)時(shí)減數(shù)器報(bào)警2顯示倒計(jì)時(shí)調(diào)計(jì)時(shí)調(diào)分鐘報(bào)警1顯示報(bào)警2顯示秒顯示到計(jì)時(shí)顯示圖4.2.1 lm8364內(nèi)部電路方框圖 lm8364 倒定 小 分 定 計(jì)開(kāi) 時(shí) 鐘 關(guān) 時(shí) 5 8 9 11 12 10 18 14 16 19 13+vdds1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 s8 s9 圖4.3.1 8364功能示意圖第5章 設(shè)計(jì)過(guò)程5.1 60hz信號(hào)產(chǎn)生電路數(shù)字鐘走時(shí)是否準(zhǔn)確在于60hz信號(hào)的精確度。lm8364的第一腳可外接rc產(chǎn)生50/60hz信號(hào)，用此方法

15、精度較低。圖5.1.1所示的3種電路能產(chǎn)生60hz精密信號(hào)。（a）圖的集成電路為mm5369；（b）圖用cd4060和與非們cd4012構(gòu)成，用mm5369電路雖然方便，但cd4060比mm5369更容易買(mǎi)到；（c）圖用cd4040和反相器組成，cd4040是12級(jí)脈動(dòng)進(jìn)位二進(jìn)制分頻電路，其12腳q8輸出頻率f060.01465201hz，其誤差§2.442×10-4。本數(shù)字鐘采用（b）圖所示的電路作為時(shí)鐘信號(hào)。60hz信號(hào)產(chǎn)生電路圖（a）60hz信號(hào)產(chǎn)生電路圖（b）60hz信號(hào)產(chǎn)生電路圖（c）圖5.1.1 60hz信號(hào)產(chǎn)生電路cd4060為14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器/分頻器，

16、其內(nèi)部帶有振蕩器，可外接電阻和電容構(gòu)成rc振蕩器，也可以通過(guò)外接晶體構(gòu)成高精度的振蕩器。cd4060有14級(jí)計(jì)數(shù)器，但只引出10個(gè)輸出端。cd4060還有一個(gè)公共的清零端，只要在清零端加一個(gè)高電平或正脈沖，即可使計(jì)數(shù)器輸出全部為“0”電平，并迫使振蕩器停振。cd4060外接32768hz的晶體和電阻產(chǎn)生32768hz的振蕩信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部電路分頻后從13腳輸出64hz的信號(hào)，從cd4060的第3，2，1，5，腳取出q14（2hz），q13（4hz），q12（8hz）,q10(16hz)四個(gè)信號(hào)，使其每半秒封鎖第2個(gè)與非門(mén)g2兩次（即每秒可去掉4個(gè)脈沖），從而輸出高精度的60hz信號(hào)。其工作波形如圖

17、5.1.2所示。 關(guān)于精密60hz信號(hào)的產(chǎn)生電路，除了圖5.1.1所示的3種外，還有其他的電路形式，這里就不一一介紹了。64hz q9g1輸出16hz q108hz q124hz q132hz q14o1/4s圖.5.1.2 60hz信號(hào)產(chǎn)生原理5.2 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 當(dāng)數(shù)字鐘顯示59min變?yōu)?0min時(shí)，應(yīng)整點(diǎn)報(bào)時(shí)。根據(jù)分析，十分位顯示數(shù)字2，3，4，5時(shí)，十分位的g段始終是亮的；十分位顯示數(shù)字0與1時(shí)，十分位的g段是滅的。因此十分位的g段由亮變滅只發(fā)生在59min變?yōu)?min時(shí)，這樣可用十分位的g段作為整點(diǎn)報(bào)時(shí)的觸發(fā)信號(hào)。數(shù)字鐘兼鐘控定時(shí)器原理圖如后附頁(yè)一所示，圖中沒(méi)標(biāo)型號(hào)的二極管為in4

18、148，電解電容的耐壓為16v。整點(diǎn)報(bào)時(shí)由ne555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路來(lái)控制。當(dāng)十分位的g段由亮變滅時(shí)，經(jīng)微分限幅后觸發(fā)ic1的第二腳，ic1的第三腳輸出高電平，觸發(fā)音樂(lè)片，奏響一手歌之后停止。由于第3腳的輸出接有光敏電阻，因此白天光敏電阻的阻值小可觸發(fā)音樂(lè)片，夜晚光敏電阻的阻值很大，不能觸發(fā)音樂(lè)片。沒(méi)有觸發(fā)時(shí)ic1的第二腳電壓大雨vdd/3（由r1，vd1，r2決定），第3腳輸出低電平。假設(shè)忽略二極管vd1的壓降，根據(jù)ic1的第二腳電壓要求，應(yīng)滿足即2r1r2 取r2為51kw，但r1不能取值過(guò)大，否則整點(diǎn)將無(wú)法觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，這里取r1為30kw。r3與c2的取值應(yīng)保證輸出暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間tp小

19、于音樂(lè)片一手歌的時(shí)間，這里取r3為30kw，c2為33mf/16v的電解電容（因電源為9v），則tp為 tp=1.1r3c2=1.1´30´103´33´10-6=1.1s音樂(lè)片選擇hl9300f，r6選390w/ 1/4w，光敏電阻選擇暗電阻大雨10mw的元器件。5.3 定時(shí)鬧鐘電路根據(jù)雙定時(shí)功能，如定開(kāi)時(shí)間到，則繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，如定關(guān)時(shí)間到，則繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)。定時(shí)定鬧電路應(yīng)為rs或jk觸發(fā)器，在整機(jī)電路圖中ic3a和ic3b構(gòu)成基本rs觸發(fā)器，c8與r34組成微分電路（它們的取值要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)定），從而保證電源接通瞬間或者非門(mén)ic3的第1腳為高

20、電平，第3腳輸出低電平，三極管vt1截止，蜂鳴器不會(huì)向，繼電器不會(huì)吸合。當(dāng)定開(kāi)定鬧的時(shí)間到時(shí)，數(shù)字鐘集成電路lm8364的第42腳輸出輸出高電平，使rs觸發(fā)器置高電平，ic3的第3腳輸出高電平，蜂鳴器響，繼電器吸合。當(dāng)定關(guān)時(shí)間到時(shí)，lm8364的第17腳輸出高電平，rs觸發(fā)器復(fù)位，vt1截止，繼電器斷開(kāi)。倒計(jì)時(shí)：按s5 ，lm8364的第15腳輸出高電平，同時(shí)按s3，則調(diào)整倒計(jì)時(shí)時(shí)間，第15腳輸出的高電平使vt1導(dǎo)通，繼電器吸合；當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，第15腳輸出低電平，繼電器斷開(kāi)。5.4 誤報(bào)時(shí)控制電路vd11vd15和ic5及或非門(mén)是為了防止調(diào)整時(shí)間產(chǎn)生誤報(bào)時(shí)、繼電器誤動(dòng)作或始終誤鬧。調(diào)小時(shí)/

21、分鐘、調(diào)定開(kāi)/定關(guān)時(shí)間、調(diào)倒計(jì)時(shí)時(shí)間可能會(huì)出現(xiàn)十分位的g段由亮變滅的情況。為了防止誤報(bào)時(shí),調(diào)時(shí)間時(shí),觸發(fā)ic5構(gòu)成的第二腳, 由ic5構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路的輸出反相后使ic1復(fù)位,從而不能觸發(fā)音樂(lè)片。調(diào)各種時(shí)間時(shí)可能經(jīng)過(guò)定開(kāi)/定關(guān)的時(shí)間,為了防止蜂鳴器誤響或繼電器誤動(dòng)作,調(diào)時(shí)間時(shí), ic5第三腳輸出的高電平加到lm8364的第14腳和第16腳,從而保證定開(kāi)輸出和定關(guān)輸出為低電平,使vt1截止,保證繼電器不會(huì)誤動(dòng)作,蜂鳴器不響。r32與r9的取值方法與r3與c2相同,此時(shí)暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間約取12min。整點(diǎn)報(bào)時(shí)和定鬧共用一個(gè)蜂鳴器,整點(diǎn)報(bào)時(shí)蜂鳴器唱歌,定鬧時(shí)蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲。第6章 原理圖與pcb板設(shè)計(jì)

22、6.1 原理圖的設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)單元電路的分析和設(shè)計(jì),我們可以設(shè)計(jì)出本課題的電路原理圖,因此采用protel dxp設(shè)計(jì)軟件我們就可以很方便的畫(huà)出電路原理圖。但是在設(shè)計(jì)電路原理圖之前,必須按照規(guī)范的流程進(jìn)行設(shè)計(jì),掌握好相關(guān)的原理圖設(shè)計(jì)工具,并設(shè)置好相關(guān)的參數(shù),這樣才能方便快捷地設(shè)計(jì)出所需要的原理圖。原理圖如后附錄一所示。6.2 pcb板的設(shè)計(jì)由于此電路采用單面板制作, 所以我們用prtel dxp工具來(lái)設(shè)計(jì)生成pcb板, 其設(shè)計(jì)步驟為：(1)單擊file/new,新建設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。(2)進(jìn)入剛建立的數(shù)據(jù)庫(kù)，執(zhí)行filenew命令，從選擇原理圖編輯器需（schemati document）圖標(biāo)，雙擊該圖

23、標(biāo)，建立原理圖設(shè)計(jì)文檔。(3)雙擊文檔圖標(biāo)，進(jìn)入原理圖設(shè)計(jì)編輯器，完成原理圖設(shè)計(jì)。（需加載的:miscellaneous.lib,路徑c:program filesdesign exploer 99libereysch文件夾）(4)使用prtel 99的電器規(guī)則，執(zhí)行菜單命令toolerc對(duì)畫(huà)好的電路原理圖進(jìn)行電器規(guī)則檢查。若有錯(cuò)誤情況進(jìn)行改正。(5)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表可以生成具有元件名、元件封裝、參數(shù)及元件之間連接關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)表 。(6)執(zhí)行filenew菜單命令，從框中選擇pcb設(shè)計(jì)編輯器（pcb document）圖標(biāo)，雙擊圖標(biāo)建立pcb設(shè)計(jì)文檔。(7)裝入元件封裝庫(kù)執(zhí)行菜單命令designadd

24、renovelibrary或單擊browes pcb選項(xiàng)卡中的按鈕，在“添加/刪除元件庫(kù)”對(duì)話框中選取所有元件所對(duì)應(yīng)的元件封裝庫(kù)1.miscel laneous.lib，路徑在(c:program files99libereypcbgeneric footprints)文件夾。添加后，在該庫(kù)中瀏覽到所要的元件封裝，進(jìn)入元件編輯器，修改封裝；2.自己所創(chuàng)建的各個(gè)元件封裝庫(kù)。路徑在自己的數(shù)據(jù)庫(kù)(8)根據(jù)設(shè)計(jì)的電路確定電路板的尺寸。在 k層，執(zhí)行菜命令，繪制電路的邊框。(9)設(shè)置參數(shù), 執(zhí)行菜單desingoptions，把電路板設(shè)置定義為單面板。設(shè)置布線規(guī)則：，designrules左鍵單擊rou

25、ting按鈕，根據(jù)要求，在規(guī)則類(lèi)(rules classos)中設(shè)置參數(shù)。選擇routing layer，對(duì)布線工作層進(jìn)行設(shè)置：左鍵單擊properties，在“布線工作層面設(shè)置”對(duì)話框“pule attributes”選項(xiàng)中設(shè)置top layer 為“nt used”設(shè)置bottom layer為 “any”。選擇width constraint，左鍵單擊prperties，對(duì)整扳導(dǎo)線的寬度進(jìn)行設(shè)置。若還需設(shè)置地線和電源的寬度，1.地線寬度設(shè)置：左鍵單擊按鈕，進(jìn)入線寬規(guī)則設(shè)置界面，首先在rule scope區(qū)域的filter king選擇框中選擇net，然后net在下拉框中選擇gnd（或），

26、再在rule attributes區(qū)域?qū)inimum width 、maximum width和preferred三個(gè)輸入框的線寬設(shè)置為2.5個(gè)mm。2.電源線寬的設(shè)置：左鍵單擊add按鈕，進(jìn)入線寬規(guī)則設(shè)置界面，首先在rule scope區(qū)域的filter king選擇框中選擇net，然后在下拉框中選擇vcc（或+），再在rule attributes區(qū)域?qū)inimum width 、maximum width和preferred三個(gè)輸入框的線寬設(shè)置為2.5個(gè)mm;(10)裝入網(wǎng)絡(luò)表執(zhí)行菜單命令，然后在彈出的窗口中單擊按鈕，再在彈的窗口中選擇電路原理圖設(shè)計(jì)生成的網(wǎng)絡(luò)表文件（礦展名為n）。如

27、果沒(méi)有錯(cuò)誤，單擊若出現(xiàn)錯(cuò)誤提示，必須改正。若是返回原理圖修改，改好后必須重新創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表再來(lái)加載。(11)元件布局, 執(zhí)行菜單命令toolsauto placementauto placer可以自動(dòng)布局。布局關(guān)鍵性的一步，為了使布局更加合理，再進(jìn)行手工調(diào)整，調(diào)整元件的位置和方向。(12)行菜單命令auto routingall，并在彈出的窗口中單擊route all按鈕，程序即對(duì)印制電路板進(jìn)行自動(dòng)布線.(13)如果對(duì)整板布線的結(jié)果不滿意，可執(zhí)行toolsun-routeall命令，拆除布線，調(diào)整布局偶在布線。如果對(duì)某根導(dǎo)線的結(jié)果不滿,可執(zhí)行命令toolsun-routeconection，光標(biāo)變

28、為十字，單擊不滿意的導(dǎo)線即可拆除，然后執(zhí)行placeinteractive routing。光標(biāo)變?yōu)槭?，用和原理圖中布線的相同方法手工繪制導(dǎo)線。 （14）步線完畢后，即可得到數(shù)字鐘兼鐘控定時(shí)器的pcb板圖，如后附頁(yè)二所示。 第7章 安裝、調(diào)試及功能實(shí)現(xiàn)7.1 安裝穩(wěn)壓二極管的好壞與正負(fù)極性的判別方法與普通二極管一樣。開(kāi)關(guān)二極管in4148和玻璃外殼的3v穩(wěn)壓管外形一樣，外殼上有字可以區(qū)別。但用久了，字都看不清，僅從外形來(lái)區(qū)分比較困難，因此可用萬(wàn)用表電阻擋來(lái)加以區(qū)分。將萬(wàn)用表?yè)艿絩×10k擋，用黑表棒接待測(cè)管的負(fù)極，紅表棒接其正極，由表內(nèi)疊層電池向管子提供反向電壓。觀察表針，若指針基

29、本不動(dòng)，停在“”處或有微小偏轉(zhuǎn)的我為二極管；若表針有一定的偏轉(zhuǎn)，則為穩(wěn)壓管。此方法適用于反向擊穿電壓比r×10k擋的表內(nèi)疊層電池電壓低的穩(wěn)壓管。根據(jù)pcb圖制作硬制板，根據(jù)工藝要求正確安裝元器件，焊接mos集成電路時(shí)，要求烙鐵接地良好，最好斷開(kāi)電源用烙鐵余熱焊接。在焊接音樂(lè)片上的三極管和音樂(lè)片的引線時(shí)，烙鐵速度要快。正確安裝完畢并檢查后按下6.2的調(diào)試步驟進(jìn)行調(diào)試。7.2 調(diào)試數(shù)字鐘兼鐘控定時(shí)器的調(diào)試步驟為：（1）接通電源，觀察顯示屏上的秒點(diǎn)是否閃爍，用頻率計(jì)測(cè)試lm8364的第7腳輸入信號(hào)的頻率是否為60hz。（2）按s2，觀察能否調(diào)“小時(shí)”（ 按住s2可調(diào)快“小時(shí)”）；按s3，觀

30、察能否調(diào)“分鐘”。 （3）整點(diǎn)報(bào)時(shí)時(shí)按按s3，將分鐘設(shè)置為59min，然后聽(tīng)下一分鐘從59min變?yōu)?0min時(shí)，蜂鳴器能否奏一首歌。若不能，用萬(wàn)用表測(cè)ic1的第2腳電壓，分鐘從59min變?yōu)?0min時(shí)，第2腳電壓應(yīng)從高電平變?yōu)榈碗娖?，ic1的第3腳輸出應(yīng)從低電平變?yōu)楦唠娖?。若ic1的第3腳能從低電平變?yōu)楦唠娖?，需要再檢查音樂(lè)片電路，測(cè)量音樂(lè)片的電源電壓是否為3v、音樂(lè)片及上所焊的三極管是否燒壞、蜂鳴器是否損壞。不能整點(diǎn)報(bào)時(shí)的主要原因是ic2的第2腳沒(méi)有負(fù)脈沖觸發(fā)信號(hào)，可以通過(guò)調(diào)整r1和r2的阻值之比使負(fù)脈沖觸發(fā)第2腳。沒(méi)有觸發(fā)時(shí)，ic1的第2腳電壓應(yīng)大于vdd/3，觸發(fā)時(shí)應(yīng)小于vdd/3。

31、本電路中對(duì)r1、r2的阻值要求比較嚴(yán)格。另一主要原因是音樂(lè)片燒壞。由于音樂(lè)片比較容易燒壞，因此一定要檢查音樂(lè)片的電源電壓是否為3v（不能太高），而且觸發(fā)的電壓也不能太高。（4）定開(kāi)/定關(guān)，按s1設(shè)置定開(kāi)時(shí)間，按s4設(shè)置定關(guān)時(shí)間。定開(kāi)時(shí)間到時(shí)，用萬(wàn)用表測(cè)量lm8364的第42腳電壓應(yīng)為高電平，測(cè)ic3的第3腳電壓應(yīng)為高電平，vt1導(dǎo)通。當(dāng)s6閉合（撥段開(kāi)關(guān)處于定時(shí)位置）的時(shí)候，繼電器吸合，當(dāng)s7閉合的時(shí)候，蜂鳴器鳴叫。定關(guān)時(shí)間到的時(shí)候，測(cè)lm8364的第17腳，其輸出應(yīng)為高電平，而且rs觸發(fā)器復(fù)位，三極管vt1截止，繼電器斷開(kāi)。（5）倒計(jì)時(shí)按s5，用電壓表測(cè)lm8364的第15腳輸出電壓應(yīng)為高電

32、平，繼電器吸和。按s5同時(shí)按s3，可設(shè)置倒計(jì)時(shí)時(shí)間，倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，再測(cè)lm8364的第15腳電壓是否為低電平，此時(shí)繼電器應(yīng)斷開(kāi)。（6）調(diào)整分鐘時(shí)間，使分鐘時(shí)間經(jīng)過(guò)59min和00min（如原來(lái)時(shí)間 am 2：30，現(xiàn)調(diào)整為am 3：10），聽(tīng)蜂鳴器是否唱歌。閉合s7（撥段開(kāi)關(guān)處于定鬧位置），設(shè)置定開(kāi)時(shí)間，使時(shí)間經(jīng)過(guò)定開(kāi)時(shí)間（如原來(lái)的時(shí)鐘時(shí)間為am 2：30，設(shè)定開(kāi)時(shí)間為am 4：30，將時(shí)鐘時(shí)間改為am 5：40），聽(tīng)蜂鳴器是否鳴叫。用同樣的方法設(shè)置定關(guān)時(shí)間，調(diào)整時(shí)鐘時(shí)間，使時(shí)鐘時(shí)間經(jīng)過(guò)定關(guān)時(shí)間，測(cè)量lm8364的第17腳電壓是否為底電平。7.3 功能實(shí)現(xiàn)及拓展 對(duì)6.2中各項(xiàng)調(diào)整完畢后，觀

33、察數(shù)字鐘走時(shí)是否準(zhǔn)確，這項(xiàng)工作需要較長(zhǎng)時(shí)間（如1個(gè)月或3個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間）才能完成。如果走時(shí)不準(zhǔn)，可調(diào)節(jié)微調(diào)電容進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)踐，利用原理圖（附錄一）制作的數(shù)字鐘兼鐘控定時(shí)器，走時(shí)準(zhǔn)確，工作可靠，整點(diǎn)報(bào)時(shí)時(shí)間為早上7點(diǎn)至傍晚7點(diǎn)。鑒于時(shí)間和水平的限制，其實(shí)我們還可以對(duì)數(shù)字鐘的功能進(jìn)行擴(kuò)展，如增加星期顯示，增加用發(fā)光二極管做成的擺鐘，是數(shù)字鐘的功能更齊全。第8章 總結(jié)與致謝8.1 總結(jié)本課題使用lm8364核心集成塊，結(jié)合數(shù)字電子技術(shù)并采用protel dxp進(jìn)行原理圖和pcb板的設(shè)計(jì)，完成和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)運(yùn)用電路基礎(chǔ)分析、模擬數(shù)字電路、電子電路制作等綜合知識(shí)的設(shè)計(jì)目的以及功能要求，完成了時(shí)、分

34、、秒數(shù)字的準(zhǔn)確顯示同時(shí)兼并了各種定時(shí)的功能，超過(guò)了其他傳統(tǒng)的機(jī)械性鐘表，完全實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，具有較強(qiáng)的通用和實(shí)用價(jià)值。雖然在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)之初，我已對(duì)一個(gè)完整課題的設(shè)計(jì)有一定的基礎(chǔ)和了解，但是在格式和綜合運(yùn)用各方面等方面還存在較大的問(wèn)題。通過(guò)在指導(dǎo)老師等幫助下，我首先用了一段時(shí)間對(duì)數(shù)字電路的知識(shí)進(jìn)行了溫習(xí)，然后再根據(jù)以前對(duì)protel dxp的實(shí)訓(xùn)操作進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，最后對(duì)各個(gè)需要用到的知識(shí)有了一定的掌握和分析能力。 在這之后的幾個(gè)星期中，我計(jì)劃的安排了設(shè)計(jì)時(shí)間，即此課題的需求分析、總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試等步驟，分階段地完成各設(shè)計(jì)任務(wù)。接著，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)以及需求分析的要求，對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范化和具體化，并以前臺(tái)word作為界面的設(shè)計(jì)工具對(duì)本課題進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。 在完成本設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我既感受到面對(duì)復(fù)雜問(wèn)題時(shí)的懵懂，也體會(huì)到問(wèn)題得以解決時(shí)