電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)-多功能數(shù)字鐘(1)

1、電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān) 業(yè)： 題 目： 多功能 數(shù)字鐘 專(zhuān) 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：2021年 月 日至2021年 月 日 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師： 年 月 電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名 專(zhuān)業(yè)年級(jí) 學(xué)號(hào) 設(shè)計(jì)日期：2021 年 月 日 至 2021 年 月 日設(shè)計(jì)專(zhuān)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LG5011AH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

2、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幅員用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 12小時(shí)歸1計(jì)數(shù)電路指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日摘 要數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)、“分、“秒數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式機(jī)械鐘。在這次設(shè)計(jì)中，我們采用LED數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，以24小時(shí)計(jì)時(shí)方式。我們先從理論設(shè)計(jì)論證開(kāi)始，先用EWB進(jìn)行數(shù)字鐘的仿真設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了用NE

3、555定時(shí)器組成的無(wú)穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖，然后再用CC4518實(shí)現(xiàn)了24、60進(jìn)制的計(jì)數(shù)，用 CC4511與數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)數(shù)輸出進(jìn)行譯碼與顯示，最后結(jié)合門(mén)電路完成了主板的計(jì)數(shù)與校準(zhǔn)功能。之后我們根據(jù)EWB中已經(jīng)畫(huà)好的仿真圖用PROTEL99軟件進(jìn)行相應(yīng)的原理圖繪制，在做完封裝及檢查無(wú)誤后生成PCB板，即完成了整個(gè)電路軟件方面的設(shè)計(jì)工作。在軟件設(shè)計(jì)工作結(jié)束后，我們即開(kāi)始硬件的焊接工作。先焊接自帶秒脈沖信號(hào)發(fā)生器以及能實(shí)現(xiàn)60秒、60分、24時(shí)的計(jì)數(shù)、譯碼、顯示功能的主板電路，然后再焊接具有定點(diǎn)報(bào)時(shí)功能的擴(kuò)展板電路。通過(guò)以上過(guò)程，即可完成整個(gè)多功能數(shù)字鐘的軟件及硬件的設(shè)計(jì)工作。關(guān)鍵詞：

4、數(shù)字鐘 進(jìn)制 CC4518計(jì)數(shù)器 CC4511譯碼顯示目 錄第一章 緒論666第二章 數(shù)字鐘的根本原理 HYPERLINK l _Toc308553370 778第三章 數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) HYPERLINK l _Toc308553372 9 秒脈沖發(fā)生器 3.2.1 555構(gòu)成的多諧震蕩器 HYPERLINK l _Toc308553374 93.2.2 555構(gòu)成的多諧震蕩器電路圖 HYPERLINK l _Toc308553375 103.3秒、分、小時(shí)計(jì)數(shù)電路 cc4518功能介紹 HYPERLINK l _Toc308553377 10 HYPERLINK l _Toc308553378

5、 3.3.2 cc4518構(gòu)成60、24進(jìn)制計(jì)數(shù)單元電路原理 PAGEREF _Toc308553378 h 11 校時(shí)電路 PAGEREF _Toc308553384 h 12 HYPERLINK l _Toc308553384 鬧時(shí)功能 HYPERLINK l _Toc308553386 PAGEREF _Toc308553386 h 13定時(shí)報(bào)時(shí)電路 HYPERLINK l _Toc308553387 PAGEREF _Toc308553387 h 13系統(tǒng)整體仿真圖 元件清單見(jiàn)附1 PAGEREF _Toc308553389 h 17 系統(tǒng)整體仿真圖見(jiàn)附2 PAGEREF _Toc30

6、8553389 h 18 設(shè)計(jì)原理圖見(jiàn)附3 HYPERLINK l _Toc308553389 PAGEREF _Toc308553389 h 19 HYPERLINK l _Toc308553390 見(jiàn)附4、5 20 實(shí)際焊接的印刷電路板元件分布圖見(jiàn)附622第四章 性能調(diào)試1515總結(jié)16第一章 緒論數(shù)字電子鐘的背景 20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的開(kāi)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的開(kāi)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。 時(shí)間對(duì)人們來(lái)說(shuō)總是那么珍貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間

7、。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候，這種遺忘無(wú)傷大雅。但是，一旦重要事情，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向開(kāi)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面開(kāi)展。下面是單片機(jī)的主要開(kāi)展趨勢(shì)。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大局部功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱(chēng)為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。單片機(jī)模塊中最常見(jiàn)的是數(shù)字鐘，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

8、相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì).時(shí),分,秒.數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人家庭,車(chē)站, 碼頭辦公室等公共場(chǎng)所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的開(kāi)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(guò)老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)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。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)播送、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開(kāi)關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為根底的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著

9、非?，F(xiàn)實(shí)的意義。1.3數(shù)字電子鐘的應(yīng)用 數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個(gè)人家庭以及車(chē)站、碼頭、劇場(chǎng)、辦公室等公共場(chǎng)所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂(lè)帶來(lái)極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的開(kāi)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，它還用于計(jì)時(shí)、自動(dòng)報(bào)時(shí)及自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域。 第二章 數(shù)字鐘的根本原理 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(hào)發(fā)生器：用555多諧振蕩器用發(fā)光二極管作輸出顯示2.2 系統(tǒng)工作原理工作原理 ： 數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、校準(zhǔn)電路、報(bào)時(shí)電路、時(shí)計(jì)數(shù)

10、、分計(jì)數(shù)、秒計(jì)數(shù)器，振蕩電路和單次脈沖產(chǎn)生電路組成。其中電路系統(tǒng)由秒脈沖信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、“分、“秒計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校準(zhǔn)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。秒脈沖信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器，“秒計(jì)數(shù)器采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)時(shí)脈沖信號(hào)，該信號(hào)將被送到時(shí)計(jì)數(shù)器。時(shí)計(jì)數(shù)器采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的計(jì)時(shí)。譯碼顯示電路將“時(shí)、“分、“秒計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)通過(guò)顯示驅(qū)動(dòng)電路，七段顯示譯

11、碼器譯碼，在經(jīng)過(guò)六位LED七段顯示器顯示出來(lái)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路時(shí)根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)低、高音報(bào)時(shí)。校準(zhǔn)電路時(shí)用來(lái)對(duì)“時(shí)、“分、“秒顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整的。如圖1所示多功能數(shù)字鐘的組成框圖。 圖2-2 多功能數(shù)字鐘的組成框圖單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的根本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。1開(kāi)機(jī)時(shí)，顯示12：00：00的時(shí)間開(kāi)始計(jì)時(shí)；2P1.0/AD0控制“秒的調(diào)整，每按一次加1秒； 3P1.1/AD1控制“分的調(diào)整，每按一次加1分； 4P1.2

12、/AD2控制“時(shí)的調(diào)整，每按一次加1個(gè)小時(shí)；第三節(jié) 數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)圖3-1方案確定思想構(gòu)架3 555構(gòu)成的多諧震蕩器 555芯片介紹1 GND 2觸發(fā) 3輸出 4復(fù)位 5控制電壓 6門(mén)限(閾值 7放電 8 Vcc3.2.2 555構(gòu)成多諧震蕩器電路圖圖2 555構(gòu)成多諧震蕩器電路圖 R2=500KF C2=1F T=1s 3.3秒、分、小時(shí)計(jì)數(shù)電路3.3.1 CC4518功能介紹用CC4518構(gòu)成60、24進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，然后級(jí)聯(lián)組成時(shí)、分、秒整體計(jì)數(shù)電路圖 CC4518管腳圖 CLENR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=04518真值表3.3. 2 CC4518構(gòu)成

13、60、24進(jìn)制計(jì)數(shù)單元電路原理圖3.3.2 60進(jìn)制計(jì)數(shù)單元電路圖工作原理根據(jù)4518的功能表，當(dāng)CP0處于上升沿、CP1A處于0時(shí)和清零端MRA處于0時(shí)，4518能正常從零開(kāi)始計(jì)數(shù)。當(dāng)?shù)臀幌蚋呶贿M(jìn)位時(shí)，低位向高位的進(jìn)位脈沖，用03A的下降沿接CP1B端，同時(shí)用有2個(gè)管腳與門(mén)連接00A、03A，輸出端接CP0B端，這樣當(dāng)?shù)臀坏?時(shí)，能自動(dòng)向高位進(jìn)1。當(dāng)計(jì)數(shù)器到59時(shí)，用有2個(gè)管腳的與門(mén)連接高位的01B和02B為下一個(gè)4518提供脈沖，同時(shí)把輸出端接清零端MRA，使得4518計(jì)數(shù)到59自動(dòng)清零，從而使下一個(gè)輸出為00。 圖3.3.1 24進(jìn)制計(jì)數(shù)單元電路圖工作原理根據(jù)4518的功能表，當(dāng)CP0處

14、于上升沿、CP1A處于0時(shí)和清零端MRA處于0時(shí)，4518能正常從零開(kāi)始計(jì)數(shù)。當(dāng)?shù)臀幌蚋呶贿M(jìn)位時(shí)，低位向高位的進(jìn)位脈沖，用03A的下降沿接CP1B端，同時(shí)用有2個(gè)管腳與門(mén)連接00A、03A，輸出端接CP0B端，這樣當(dāng)?shù)臀坏?時(shí)，能自動(dòng)向高位進(jìn)1。當(dāng)計(jì)數(shù)器到24時(shí)，用有3個(gè)管腳的與門(mén)連接低位的00A、02A和高位的01B，輸出端接清零端MRA，使得4518計(jì)數(shù)到24自動(dòng)清零，從而使下一個(gè)輸出為00.3.4 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) 鬧時(shí)功能圖鬧時(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(hào)，持續(xù)1分鐘。7點(diǎn)59分的對(duì)應(yīng)的數(shù)字鐘的狀態(tài)

15、分別為0111 十個(gè)位/0101 分十位/1001 分個(gè)位 鬧時(shí)控制信號(hào)K=Q2Q1Q0Q2Q0(Q3Q0)=1定時(shí)報(bào)時(shí)電路圖定時(shí)報(bào)時(shí)原理圖工作原理：74LS273是一種帶去除功能的D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)，低電平去除，而74LS266里面是四個(gè)異或非門(mén)，266的一端連著CC4518的輸出管腳，由圖可知鬧鐘定時(shí)可以精確到秒的十位，其工作原理為領(lǐng)先將時(shí)鐘調(diào)制到用戶(hù)想要的點(diǎn)數(shù)，然后按下開(kāi)關(guān)，74LS373會(huì)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(huì)發(fā)出高電平信號(hào)，連同的74LS373也會(huì)發(fā)出高電平信號(hào)，通過(guò)266的與或非門(mén)后到達(dá)

16、74LS21，而74LS21中全是與門(mén)，那么最終輸出高電平，經(jīng)過(guò)三極管進(jìn)行數(shù)模信號(hào)轉(zhuǎn)換后到達(dá)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。 3.6.1元件清單附錄1 系統(tǒng)整體仿真圖附錄2 設(shè)計(jì)原理圖附錄3 設(shè)計(jì)pcb幅員附錄4、附錄5 實(shí)際焊接的印刷電路板元件分布圖附錄6第四章 性能測(cè)試4.1 系統(tǒng)性能測(cè)試與功能說(shuō)明走時(shí)：默認(rèn)為走時(shí)狀態(tài)，按24小時(shí)制分別顯示“時(shí)時(shí)-分分-秒秒，有2個(gè)“-動(dòng)態(tài)顯示，時(shí)間會(huì)按實(shí)際時(shí)間以秒為最少單位變化。走時(shí)調(diào)整：按ksec對(duì)秒進(jìn)行調(diào)整，按一下加一秒；按kmin對(duì)分進(jìn)行調(diào)整，按一下加一分；按khour對(duì)時(shí)進(jìn)行調(diào)整，按一下加一小時(shí)，從而到達(dá)快速設(shè)定時(shí)間的目的。4.2軟件調(diào)試問(wèn)題及解決 系統(tǒng)軟件仿真

17、、硬件安裝、調(diào)試遇到的問(wèn)題1、原來(lái)我是和同學(xué)用的同一種方法，所以在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(kāi)始2、 在portal中進(jìn)行電氣檢查的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)自己線路中又有許多斷點(diǎn)3、在生成PCB板的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生封裝錯(cuò)誤4、由于副板要焊接的元件太多，所以線路很密，會(huì)有很多線把焊接孔堵住，而且完成主板和副版的焊接后，用排線將其連接后主板數(shù)碼管的分十位不顯示進(jìn)位。 記錄問(wèn)題現(xiàn)象、分析存在的原因1、在EWB中的數(shù)碼管顯示問(wèn)題是由于脈沖源會(huì)提前一個(gè)周期到達(dá)4518是軟件自身的問(wèn)題缺陷?？梢杂镁чl管和D觸發(fā)器的延遲作用進(jìn)行校正，但我是并不是用這兩種方法，而是從芯片本身的連接上上來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

18、2、 有些是元件不用的管腳應(yīng)該要標(biāo)記，以便讓軟件知道，還有一些是因?yàn)樽约哼B線的時(shí)候沒(méi)有連好。3、生成PCB板時(shí)產(chǎn)生的封裝錯(cuò)誤一、自己填寫(xiě)封裝時(shí)填的就是錯(cuò)誤的。二、可能是自己做的封裝沒(méi)有導(dǎo)入library庫(kù)里。三、library庫(kù)里面的封裝沒(méi)有導(dǎo)出應(yīng)用。四、也可能是軟件自身問(wèn)題DIP-X中間的連字符的取舍問(wèn)題。4、在焊接前沒(méi)能布置好線的排列，導(dǎo)致一些線穿過(guò)焊接孔導(dǎo)致堵塞；數(shù)碼管不進(jìn)位可能是焊接時(shí)不小心造成短路也可能是芯片問(wèn)題?？偨Y(jié)我在這一次數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)過(guò)程中，很是受益匪淺。通過(guò)對(duì)自己在大學(xué)四年多的時(shí)間里所學(xué)的知識(shí)的回憶，并充分發(fā)揮對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的思考及書(shū)面表達(dá)能力，最終完成了。

19、這為我們今后進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)，積累了一定珍貴的經(jīng)驗(yàn)。撰寫(xiě)論文的過(guò)程也是專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程，它使我們運(yùn)用已有的專(zhuān)業(yè)根底知識(shí)，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析和解決一個(gè)理論問(wèn)題或?qū)嶋H問(wèn)題，把知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的實(shí)際訓(xùn)練。培養(yǎng)了我們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)這次設(shè)計(jì)我們發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了；才能夠?qū)⒄n本知識(shí)與實(shí)踐相整合，理論知識(shí)效勞于教學(xué)實(shí)踐，以增強(qiáng)自己的動(dòng)手能力。這個(gè)實(shí)驗(yàn)十分有意義 我獲得很深刻的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我們知道了理論和實(shí)際的距離，也知道了理論和實(shí)際想結(jié)合的重要性，也從中得知了很多書(shū)本上無(wú)法得知的知識(shí)。我們的學(xué)習(xí)不但要立足于書(shū)本，以解決理論和實(shí)際教學(xué)中的實(shí)際問(wèn)題為目的，還要以實(shí)踐相結(jié)合，理論問(wèn)題即