數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)報(bào)告

1、通信工程專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)研究報(bào)告數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號：指導(dǎo)教師：所在學(xué)院：專業(yè)班級：中 國 大 慶2011 年6 月數(shù)字電子時(shí)鐘摘 要：數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)的電路主要由主體電路與擴(kuò)展電路組成，采用集成塊控制設(shè)計(jì)，使集成塊控制數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，當(dāng)秒計(jì)數(shù)計(jì)滿60 時(shí)就向分進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器計(jì)滿60 后向時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按23 翻 0規(guī)律計(jì)數(shù)。時(shí)、分、秒的計(jì)數(shù)結(jié)果經(jīng)過數(shù)據(jù)處理可直接送顯示器顯示。當(dāng)計(jì)時(shí)發(fā)生誤差的時(shí)候可以用校時(shí)電路進(jìn)行校正。數(shù)字電子時(shí)鐘優(yōu)先編碼電路、譯碼電路將輸入的信號在顯示器上輸出；用控制電路和調(diào)節(jié)開關(guān)對led 顯示的時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，以上兩部分組成主體電路。通過譯碼電路將

2、秒脈沖產(chǎn)生的信號在報(bào)警電路上實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能等，構(gòu)成擴(kuò)展電路。經(jīng)過布線、焊接、調(diào)試等工作后數(shù)字電子時(shí)鐘成形。關(guān)鍵字： 數(shù)字電子時(shí)鐘電路振蕩電路報(bào)警電路一、功能介紹1）數(shù)字電子時(shí)鐘最主要是led數(shù)碼管顯示功能，以24 小時(shí)為一個(gè)周期，顯示時(shí)間時(shí)、分、秒。2）具有校時(shí)功能， 可以分別對時(shí)、分、秒進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。3）計(jì)時(shí)過程具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10 秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)，以兩秒一響嘟提醒，一直持續(xù)到整點(diǎn)，共響5 聲停止。4）振蕩電路提供秒脈沖，保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號。5）具有直流電源電路，可直接輸入220v交流電壓。二、設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)包括：顯

3、示電路、電源電路、報(bào)警電路、振蕩電路(1) 顯示電路計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對時(shí)間的累計(jì)以8421bcd 碼形式輸出， 選用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用cd4511 作為顯示譯碼電路， 選用 led 數(shù)碼管作為顯示單元電路。 一個(gè) cd4511和一個(gè) led 數(shù)碼管連接成一個(gè)cd4511驅(qū)動電路，數(shù)碼管可從 0-9 顯示，以次來檢查數(shù)碼管的好壞。如圖2；cd4511 是一個(gè)用于驅(qū)動共陰極led 數(shù)碼管顯示器的bcd 碼七段碼譯碼器。圖 1 是 cd4511 引腳圖；圖中 bi：4 腳是消隱輸入控制端，當(dāng)bi=0 時(shí)不顯示數(shù)字。lt：3 腳是測試輸入端，

4、當(dāng)bi=1，lt=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，七段均發(fā)亮，顯示 “8”。 le：鎖定控制端，當(dāng)le=0 時(shí)，允許譯碼輸出。le=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在le=0 時(shí)的數(shù)值。 1、2、6、7為 8421bcd 碼輸入端。 9-15 腳為譯碼輸出端， 輸出為高電平 1 有效。 8 和 16分別接地和 +vcc。cd4511 的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。表1 是 cd4511 的功能真值表：圖 1 cd4511 引腳圖表cd4511 的功能真值表le bi lt d c b a a b c d e f g 顯示x x 0 x x x x 1 1 1

5、1 1 1 1 8 x 0 1 x x x x 0 0 0 0 0 0 0 滅0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 3 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 6 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1

6、 1 1 1 8 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 9 圖 2 顯示電路（2）電源電路本電路為 +5v直流穩(wěn)壓電源， 它由變壓器輸出 12v交流電到輸出端， 再經(jīng)過電源轉(zhuǎn)化成 5v直流電，電路主要功能是為整個(gè)設(shè)計(jì)電路供電。7805 是個(gè)三端穩(wěn)壓管，+5v 電壓輸出，有穩(wěn)壓取樣放大電路，保護(hù)電路過流、過壓、過熱，輔助電路，電流源等功能。電路如圖2 所示。圖 3 電源電路（3）振蕩電路振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768hz 的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。一般輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩器

7、電路通常有兩類，一類是用 ttl 門電路構(gòu)成； 另一類是通過 cmos 非門構(gòu)成的電路， 本次設(shè)計(jì)采用了后一種。由 cmos 非門與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，u2 實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電阻 r1 為非門提供偏置， 使電路工作于放大區(qū)域， 即非門的功能近似于一個(gè)高增益的反相放大器。電容c1、c2 與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)180 度相移，從而和非門構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。電路如圖4：圖 4 振蕩電路（4）整點(diǎn)

8、報(bào)時(shí)電路一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能，即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會自動報(bào)時(shí)，以示提醒。其作用式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，較復(fù)雜的也可以是實(shí)時(shí)語音提示 .。根據(jù)要求，電路應(yīng)在整點(diǎn)前10 秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在 59 分 50 秒到 59 分 59 秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號。報(bào)時(shí)電路選 74as32 ，選蜂鳴器為電聲器件。圖5 即為整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路：圖 5 報(bào)時(shí)電路（5)校時(shí)電源電路當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對時(shí)間進(jìn)行校正，通常，校正時(shí)間的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)

9、入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有時(shí)、分、秒校正功能。因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號與校正信號可以隨時(shí)切換的電路接入其中，圖6 所示即為校時(shí)電路。圖 6 校時(shí)電路三、主要元器件清單1、電子時(shí)鐘顯示電路： led數(shù)碼管 6 個(gè)、撥動開關(guān) 3 個(gè)、470電阻 43個(gè)、3k電阻 3 個(gè)、74ls08 ，cd4069 ，cd4518 ，cd4511集成塊各 6 個(gè)、導(dǎo)線若干。2、電源電路：整流二極管5 個(gè)、0.1uf2只、10 uf 、1000 uf 各一只、 led發(fā)光二極管、 2k 電阻、 lm7805 各一個(gè)。3、振蕩電路： cd4060，74ls74 集成

10、塊各一塊、 10m 電阻 14 個(gè)、20 uf 電容 2 個(gè)、導(dǎo)線若干。4、報(bào)時(shí)電路： 74as32 ，74ls11集成塊各 2 個(gè)、74as30一個(gè)、蜂鳴器一個(gè)，導(dǎo)線若干。四、設(shè)計(jì)體會設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及其解決方法：在檢測 cd4511 驅(qū)動電路的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示的狀況，經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)主要是由于接觸不良的問題，其中包括線的接觸不良和芯片的接觸不良。在實(shí)驗(yàn)過程中，數(shù)碼管有幾段二極管時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，有時(shí)會消失，用5v 電源對數(shù)碼管進(jìn)行檢測，一端接地，另一端接觸每一段二極管，發(fā)現(xiàn)二極管能正常顯示的，再用萬用表歐姆檔檢測每一根線是否接觸良好，在檢測過程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時(shí)能接通，有時(shí)不能接通，把接

11、觸不好的線重新接過后發(fā)現(xiàn)能正常顯示了。其次是由于芯片接觸不良的問題，用萬用表歐姆檔檢測有幾個(gè)引腳本該相通的地方卻未通，而檢測的導(dǎo)線狀況良好，其解決方法為把cd4511 的芯片拔出，根據(jù)孔的的狀況重新調(diào)整其引腳，使其正對于孔，再用力均勻地將芯片插入面包板中。此后發(fā)現(xiàn)能正常顯示，本次實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)一塊壞的led 數(shù)碼管和兩塊壞的 cd4511 ，經(jīng)更換后均能正常顯示。在連接晶振的過程中，晶振無法起振。在排除線與芯片的接觸不良問題后重新對照電路圖，發(fā)現(xiàn)是由于12 腳未接地所至。在連接六進(jìn)制的過程中，發(fā)現(xiàn)電路只能4、5 的跳動，后經(jīng)發(fā)現(xiàn)是由于接到與非門的引腳接錯(cuò)一根所至，經(jīng)糾正后能正常顯示。在連接校正電

12、路的過程中， 出現(xiàn)時(shí)和分都能正常校正時(shí)， 但秒?yún)s受到影響，特別時(shí)一較分鐘的時(shí)候秒亂跳，而不校時(shí)的時(shí)候，秒從40 跳到 59，然后又跳回 40，分和秒之間無進(jìn)位， 電路在時(shí) ,分,秒進(jìn)位過程中能正常顯示， 故可排除芯片和連線的接觸不良的問題。經(jīng)檢查，校正電路的連線沒有錯(cuò)誤，后用萬用表的直流電壓檔帶電檢測秒十位的qa,qb,qc 和 qd 腳，發(fā)現(xiàn) qa 腳時(shí)有電壓時(shí)而無電壓，再檢測秒到分和分到時(shí)的進(jìn)位端，發(fā)現(xiàn)是由于秒到分的進(jìn)位未拔掉所至。在設(shè)計(jì)電路中，往往是先仿真后連接實(shí)物圖，但有時(shí)候仿真和電路連接并不是完全一致的，例如仿真的連接示意圖中，往往沒有接高電平的16 腳或 14腳以及接低電平的7 腳或 8 腳，因此在實(shí)際的電路連接中往往容易遺漏，因此仿真圖和電路連接圖還是有一定區(qū)別的。在設(shè)計(jì)電路的連接圖中出錯(cuò)的主要原因都是接線和芯片的接觸不良以及接線