多功能 數(shù)字鐘

1、中國礦業(yè)大學(xué) 電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)姓 名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù) 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： 2010年9月14日至10月8日 成 績： 指導(dǎo)教師： 年 月 電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名 張三 專業(yè)年級 電科08-1班 學(xué)號 22088888 設(shè)計(jì)日期：2010 年 9月14日 至 2010 年 10 月 8 日設(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/鎖存器及L

2、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、顯示電路3. EWB仿真圖60秒、60分、24小時(shí)- 計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路4. 設(shè)計(jì)原理圖用PROTEL99設(shè)計(jì)原理圖5. 設(shè)計(jì)PCB版圖用PROTEL99設(shè)計(jì)PCB板圖6. 功能擴(kuò)展要求設(shè)計(jì)：定點(diǎn)報(bào)時(shí)功能指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日摘 要數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命，已得到廣泛的使用。數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)方法有許多種,例如,可

3、用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘；也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘；還可以利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電子鐘等等。     數(shù)字鐘是現(xiàn)代計(jì)時(shí)器，也可用作時(shí)間控制的時(shí)鐘源。數(shù)字鐘由于其具有走時(shí)準(zhǔn)，顯示直觀，款式新穎，附加功能多等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的歡迎。設(shè)計(jì)一個(gè)具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)，可對時(shí)的數(shù)字鐘 。由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。如定時(shí)自動報(bào)警、按時(shí)自動打鈴、定時(shí)廣播、自動起閉路燈、甚至各種定時(shí)電氣的自動啟用等，所有這些，

4、都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。關(guān)鍵字：數(shù)字鐘；計(jì)數(shù)；譯碼；顯示；定點(diǎn)報(bào)時(shí)。 中國礦業(yè)大學(xué)08屆電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì) 第27頁目 錄1數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)61.1數(shù)字鐘主體電路計(jì)61.2 方案確定61.3秒脈沖發(fā)器71.3.1 555芯片介紹：71.3.2 555芯片功能說明71.3.3 555構(gòu)成多諧振蕩器電路圖71.4 秒、分、小時(shí)計(jì)數(shù)電路81.4.1 芯片功能介紹81.4.2 CC4518構(gòu)成60、24進(jìn)制計(jì)數(shù)單元電路81.5 譯碼、顯示電路91.5.1 芯片功能介紹91.5.2 分頻器的設(shè)計(jì)101.6 校時(shí)電路111.7 擴(kuò)展功能121.7.1 芯片

5、紹121.7.2 定點(diǎn)報(bào)時(shí)電路122 焊接板電路分析142.1 石英晶體振蕩器142.2 晶振構(gòu)成秒信號發(fā)生器142.3 二極管與門工作原理152.4 校準(zhǔn)開關(guān)工作原理152.5 發(fā)光二極管工作原理152.6 整流橋部分的工作原理163 焊接與調(diào)試173.1 系統(tǒng)硬件安裝、調(diào)試中遇到的問題173.2 問題現(xiàn)象、分析存在原因173.3 排除方法和效果174 附錄184.1 系統(tǒng)整體仿真圖184.2 數(shù)字鐘電路Protei設(shè)計(jì)圖194.3 印刷電路板的元件分布圖204.4 印刷電路板布線圖214.5基本電路元件清單224.6擴(kuò)展電路元件清單225 參考文獻(xiàn)236 致謝247 總結(jié)251 數(shù)字鐘電路

6、的設(shè)計(jì) 1.1 數(shù)字鐘主體電路設(shè)計(jì)數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1Hz）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1Hz時(shí)間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。采用555芯片構(gòu)成的多諧振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。圖1.1-1 數(shù)字鐘主體電路圖1.2 方案確定（方框圖）圖1.2-1 數(shù)字鐘方框圖1.3秒脈沖發(fā)生器1.3.1 555芯片介紹：1.地2./TR3.OUT4./R5.CO6.TH7.D8.VCC圖1.3-1 555芯片管腳圖1.3. 555芯片功能說明：引出端功能符號說明符號功能符號功能/TR低觸發(fā)端TH閥值端OUT輸出D放電端/R復(fù)位CO控制電壓

7、1.3.3 555構(gòu)成多諧振蕩器電路圖（f=1HZ）圖1.3-2 多諧振蕩器電路 圖1.3-3 多諧振蕩器波形參數(shù)計(jì)算：f=1HZ 、 R1= 428.5k、 R2=500k 、 C1=1uF、C2=0.01uF、0.65s、0.35s、T=1s1.4 秒、分、小時(shí)計(jì)數(shù)電路1.4.1 芯片功能介紹： 功能表：CL (CP0)EN(CP1)R功 能00加計(jì)數(shù)10加計(jì)數(shù)×0不 變×0不 變00不 變10不 變××1Q3Q0=0圖1.4-1 CC4518管腳圖1.4.2 CC4518構(gòu)成60、24進(jìn)制計(jì)數(shù)電路60進(jìn)制計(jì)數(shù)電路（個(gè)位向十位的進(jìn)位脈沖，需用Q4的下

8、降沿,接EN端。）圖1.4-2 60進(jìn)制計(jì)數(shù)電路60進(jìn)制計(jì)數(shù)電路工作原理：Cp向個(gè)位提供進(jìn)位脈沖，個(gè)位向十位提供進(jìn)位脈沖，十位計(jì)數(shù)到6時(shí)，兩個(gè)高電平相與傳給CRA、CRB，計(jì)數(shù)器清零。24進(jìn)制計(jì)數(shù)電路圖1.4-3 24進(jìn)制計(jì)數(shù)電路24進(jìn)制計(jì)數(shù)電路工作原理：Cp向個(gè)位提供進(jìn)位脈沖，個(gè)位向十位提供進(jìn)位脈沖，十位計(jì)數(shù)到2時(shí)，個(gè)位計(jì)數(shù)到4時(shí)，兩個(gè)高電平相與傳給CRA、CRB，計(jì)數(shù)器清零。1.5 譯碼、顯示電路CC4511實(shí)現(xiàn)譯碼，LG5011AH共陰數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)顯示電路。1.5.1 芯片功能介紹：CC4511管腳圖 CC4511功能表顯示輸 入輸 出LEBILTDCBAabcdefg0011000011

9、11110101100010110000201100101101101301100111111011401101000110011501101011011011601101100011111701101111110000801110001111111901110011110011消隱011101000000001111消隱´01´´´´0000000鎖存111´´´´鎖存燈測試´´0´´´´1111111圖1.5-1 CC4511管腳圖功能說明：

10、（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，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。LG5011AH管腳圖圖1.5-2 LG5011-11 LED/7段（共陰極）數(shù)碼管1.5.2 分頻器的設(shè)計(jì)（秒、分、小時(shí)計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)）60進(jìn)制計(jì)數(shù)、譯碼、顯示單元電路圖1.5-

11、3 60進(jìn)制計(jì)數(shù)、譯碼、顯示單元電路工作原理：個(gè)位進(jìn)位時(shí)提供給十位一個(gè)脈沖，使十位計(jì)數(shù)，當(dāng)十位計(jì)數(shù)到六時(shí)，兩個(gè)高電平相與傳給MRB端，進(jìn)行清零。24進(jìn)制計(jì)數(shù)、譯碼、顯示單元電路圖1.5-4 24進(jìn)制計(jì)數(shù)、譯碼、顯示單元電路工作原理：個(gè)位進(jìn)位時(shí)提供給十位一個(gè)脈沖，使十位計(jì)數(shù)，當(dāng)十位計(jì)數(shù)到二個(gè)位計(jì)數(shù)到四時(shí)，兩個(gè)高電平相與傳給MRB端，進(jìn)行清零。1.6 校時(shí)電路S1S2功能11計(jì)數(shù)10校分01校時(shí)校時(shí)脈沖功能1HZ快校時(shí)單次脈沖慢校時(shí)圖1.6-1 校時(shí)電路圖1.7 擴(kuò)展功能-定點(diǎn)報(bào)時(shí)1.7.1 芯片介紹八D鎖所存器管腳圖 圖1.7-1 八D鎖所存器管腳圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖1.7-2 八D鎖所存器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

12、74LS266（2輸入4同或門） 74LS21（4輸入2與門）圖1.7-3 2輸入4同或門圖 圖1.7-4 4輸入2與門圖1.7.2 定點(diǎn)報(bào)時(shí)電路工作原理：通過CC4518計(jì)時(shí)器設(shè)定好報(bào)時(shí)時(shí)刻（如：12時(shí)12分24秒）， 通過74LS273鎖存器進(jìn)行鎖存；CC4518時(shí)鐘計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間和設(shè)定的報(bào)時(shí)時(shí)間相同時(shí)，74LS266全部輸出高電平，經(jīng)74LS21與門輸出高電平，使三極管9013導(dǎo)通，音樂芯片發(fā)出聲音。2 焊接板電路分析2.1 石英晶體振蕩器選用32768Hz的晶振構(gòu)成振蕩電路：晶體振蕩器工作原理：主要有由電容器和電感器組成的LC回路，通過電場能和磁場能的相互轉(zhuǎn)換產(chǎn)程自由振蕩。要維持振蕩

13、還要有具有正反饋的放大電路，LC振蕩器又分為變壓器耦合式和三點(diǎn)式振蕩器，很多應(yīng)用石英晶體的石英晶體振蕩器，還有用集成運(yùn)放組成的LC振蕩器。 由于器件不可能參數(shù)完全一致，因此在上電的瞬間兩個(gè)三極管的狀態(tài)就發(fā)生了變化，這個(gè)變化由于正反饋的作用越來越強(qiáng)烈，導(dǎo)致到達(dá)一個(gè)暫穩(wěn) 態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)期間另一個(gè)三極管經(jīng)電容逐步充電后導(dǎo)通或者截止，狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，到達(dá)另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。這樣周而復(fù)始形成振蕩。圖2.1-1 晶體振蕩器工作原理圖2.2 晶振構(gòu)成秒信號發(fā)生器32768Hz晶振構(gòu)成秒信號發(fā)生器，先經(jīng)過CD4060的14級分頻分出2Hz，再經(jīng)過CD4040的2分頻分出秒脈沖。 2.2.1 CD4060分頻器（國外同類型

14、號：CD4060、MC4060）分頻原理： Q4： 24 = 16 Q14： 214 = 32768/2功能表：cpreset輸出狀態(tài)0不變0進(jìn)入下一狀態(tài)×1所有輸出都是低圖2.2-1 CD4060分頻器管腳圖2.2.2 分頻電路圖 圖2.2-3 晶體振蕩圖2.3 二極管與門工作原理電路圖： 真值表：000010100111圖2.3-1 二極管與門工作電路圖工作原理：二極管與門電路的工作原理用的是二極管的正向?qū)ㄌ匦?，即?dāng)A、B都置為高電平時(shí)，二極管截止，Y輸出為高電平；當(dāng)A、B中最少有一個(gè)置為低電平時(shí)，二極管導(dǎo)通，電阻承擔(dān)了高電平電壓，所以輸出低電平。2.4 校準(zhǔn)開關(guān)工作原理當(dāng)S1

15、斷開，至?xí)r個(gè)位計(jì)數(shù)器的脈沖由分十位進(jìn)位脈沖控制，當(dāng)S1閉合時(shí)，至?xí)r個(gè)位計(jì)數(shù)器的脈沖由校時(shí)脈沖提供，實(shí)現(xiàn)校時(shí)功能；分位的校時(shí)原理相同。2.5 發(fā)光二極管工作原理發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注

16、入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。在本試驗(yàn)中，由計(jì)數(shù)脈沖為二極管提供高電平，二極管發(fā)光與脈沖同步，；校時(shí)時(shí)，也是由至計(jì)數(shù)器的脈沖提供二極管高電平。2.6 整流橋部分的工作原理圖2.6-1 整流濾波電路圖 圖2.6-2 整流濾波電路波形圖整流橋就是能夠通過二極管的單向?qū)ǖ奶匦詫㈦娖皆诹泓c(diǎn)上下浮動的交流電轉(zhuǎn)換為單向的直流電，作用就是整流，把交流電變?yōu)橹绷麟?。?shí)質(zhì)上就是把4個(gè)硅二極

17、管接成橋式整流電路之后封裝在一起用塑料包裝起來，引出4個(gè)腳，其中2個(gè)腳接交流電源，2個(gè)腳是直流輸出。 3 焊接與調(diào)試3.1 介紹系統(tǒng)硬件安裝、調(diào)試中遇到的問題；在安裝調(diào)試過程中，出現(xiàn)一個(gè)二極管不亮。3.2 記錄問題現(xiàn)象、分析存在原因；通過分析，二極管可能由于安裝過程中力度過大，導(dǎo)致焊盤脫落造成虛焊現(xiàn)象或者是由于二極管損壞等。3.3 說明排除方法和效果。用電表接二極管，二極管導(dǎo)通說明不是損壞，再檢查電路是否虛焊，發(fā)現(xiàn)與二極管其中一只管腳焊接的焊盤脫落，所以采用外接的方式重新將二極管與其他電路連接后，二極管可以正常工作。4 附錄4.1 系統(tǒng)整體仿真圖4.2 數(shù)字鐘電路Protei設(shè)計(jì)圖4.3 印刷

18、電路板的元件分布圖4.4 印刷電路板布線圖4.5基本電路元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CC4518311電解電容100uF/16V52CC4511612二極管414863CC4060113電容獨(dú)石104124CC4040114電阻1/4w1M45芯片座16P1115220 k56數(shù)碼管LG5011AH616470 427晶振32768117220 28三極管PNP(1015)118微動開關(guān)6*6*649發(fā)光 二極管5419穩(wěn)壓電源座3.5空心座110二極管1N4007420電路板4.6擴(kuò)展電路元件清單序號名 稱型 號數(shù) 量(個(gè))序號名 稱型 號118D鎖存器74LS2733

19、7復(fù)位開關(guān)12同或門74LS26658自鎖開關(guān)134輸入2與門74 LS2149喇叭14芯片座20P310音樂片1514P911灰排線20P6三極管9013212網(wǎng)線2米13電路板15 參考文獻(xiàn)1 曹國清.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì). 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，19982 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ). 武漢：高等教育出版社，20063 高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì). 電子工業(yè)出版社.2002.4 呂思忠.數(shù)子電路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì). 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2001.5 謝自美.電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測試. 華中理工大學(xué)出版社.2003.6 致謝通過這次電子綜合設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了很多，懂得了很多。這次設(shè)計(jì)并沒有像我想象的那樣順利，出現(xiàn)了很多問題。而這些問題如果不解決又會影響自己的下一步的設(shè)計(jì)，所以，如果沒有他人的幫助，我的設(shè)計(jì)可能還不能按時(shí)完成。所以我在此特地感謝在這次設(shè)計(jì)中幫助我度過難關(guān)的各位老師，如果沒有你們的熱情的幫助，我的設(shè)計(jì)可能還處在設(shè)計(jì)階段而不是現(xiàn)在的總結(jié)階段，真心的感謝你們。同時(shí)，也感謝這次設(shè)計(jì)中與我一起奮戰(zhàn)的同學(xué)們，沒有你們的幫助，我不知還要多花多少時(shí)間在一些小問題上，你們讓我感受到了集體的重要性，團(tuán)結(jié)合作才可以更快的解決問題，謝謝你們。也感謝那些在網(wǎng)絡(luò)以及書籍中為我們提供資料的人們，沒有你們的辛勤勞作，也沒有我們現(xiàn)在豐收的果實(shí)。也感謝學(xué)校給予我們這次綜合