数模混合课程时钟电路设计报告.doc

数模混合课程设计设计报告时钟电路设计学 校：成都理工大学工程技术学院系 别：电子信息与计算机工程系姓 名： hejing 学 号： 专业班级： 通信工程2班 指导教师： 李 华 兵 2011-10-12时钟电路设计 何靖 指导老师：李华兵一、课题名称：时钟电路设计二、内容摘要：数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更长的使用寿命,广泛用于个人家庭,车站, 码头,办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品。本次设计是设计一个利用直流稳压电源供电的数字电子钟，具体由以下几个功能模块组成：直流稳压电源、震荡分频器、计数器、译码显示器等组成，实现了数模混合设计一个具有“时”、“分”、“秒”显示的电子时钟，能够进行校时功能。关键词：数模混合555 定时器；多谐振荡器；分频器；计数器；数字钟三、设计内容及要求震荡分配器计数器译码显示器直流稳压电源数字电子钟1、模拟电路部分设计要求(1)要求输出直流电压正5V，最大输出电流500mA，稳压系数=0.05. (2)该直流稳压电源可供数字电路正常工作。2、数字电路部分设计要求(1)设计一个具有“时”、“分”、“秒”显示的电子钟，应具有校时功能。(2)方案设计时可充分发挥所学，可进行功能扩展，尽量选用中小规模集成电路设计。3、电路仿真要求利用Multisim2001软件对不同设计方案的电路进行仿真分析，根据仿真结果选择最佳方案，体现到设计报告中。4、电路原理图要求：利用Protel99se绘制指导书上所提供的模拟电路和数字电路的原理图，按照所提供元器件封装，进行ECR检查无误后生成网络表。5、PCB绘图要求： （1）采用单面板制图，板框尺寸为长14cm，宽9cm。模拟电路除变压器外，其余均和数字电路画在一张PCB图上，注意模拟地和数字地要一点接地，应留出变压器二次电压的输入接口，直流稳压电源的输出接口。 （2）焊盘之间只允许走一根铜膜线。 （3）信号线，电源线及地线的最小铜膜线宽度为40mil。 （4）要求所有元件焊盘孔直径为0mil，外径80mil。（5）安全间距设置为20mil。（6）才用人工布局的方式对元件进行布局，采用自动布线和手动布线相结合的方式布线。6、电路制作及调试要求：（1）制作输出电压可调的直流稳压电源，输出电压范围为1.2515V。（2）制作电子钟的“秒”显示部分，数码显示管从059循环显示。（3）调试时应采用分步调试方法，先焊接完模拟电路部分的元件，将输出电压调节至5V然后再焊接数字电路电路元件，最后上电调试，排除故障。四、比较和选定设计的系统方案，画出系统框图利用555定时器组成的多谐振荡器产生稳定度较高的高频方波信号，然后经分频电路，将高频方波分频为1HZ的秒脉冲波，输入到六十进制的秒计数器，秒计数器和分计数器都是有一个个位十进制十位六进制，当秒计数器的十位在清零时也向分六十进制的计数器个位发一个脉冲使分计数器加1，当分计数器的十位在清零时也同时向二十四进制时和十二进制计数器的个位发一个脉冲，使其加1。将时，分，秒计数器的输出端分别接上译码器和显示器，最大显示值为23小时59分59秒，再输入一个秒脉冲后，显示复零。并且能实现12与24的时时转换和上下午显示电路。利用校准电路分别对时，分校准电路进行设计。整点报时电路如下图所示。图中QD1QA1代表秒计数器个位BCD码，QD2QA2代表秒计数器BCD码，QD3QA3代表分计数器个位BCD码，QD4QA4代表分计数器十位BCD码。每当分计数器累计计数到59min，与非门M2的输出为“1”即QA3QD3QA4QC4=“1”，持续时间是一分钟，到了59min50s时，与非门M4输出为“1”，持续时间为10s。我们若令M4的输出为A，由分频器引入的500Hz、1000Hz的方波信号为B、C。从图中可见M6的输出为；M7 的输出为。于是M8在59min51s、53s、55s、57s时输出500Hz音频信号。在59min50s时输出1000的信号，音响持续1s钟，在1000Hz音响结束时刻为整点，即该计数器每运行到整点差10s时便自动发出呜叫声。原理图绘制过程：方案设计原理图设计系统仿真布局，布线PCB后分析制作PCB系统实现元件符号库仿真元件库印制板生产工艺流程：制生产底片选材下料片钻孔孔金属化贴膜图形转移电镀取膜蚀刻表面蚀刻检验五、单元电路设计、参数计算和器件选择电路模拟部分：电路数字部分：（电路中各个元器件参数如上图中元件参数为准）六、画出完整的电路图，并说明电路的工作原理电路原理图如下：PCB板图制作：电路工作原理：通过模拟电路二脚插针给电路通电，并调节电位器使输入数字电路的电压为5V。给CD4017，CD4011，NE555输入+5V电压，通过555定时器3脚给任意一个4011脉冲，使4011与数码管相连，通过脉冲的给入，使ag管脚出现高电平，以驱动晶体管显示个位数字，当给入九个脉冲时，10脚输入一个高电平至4017和另一4011,当输入6个高电平时，4017的5脚输出高电平，并给15脚和4011的5脚输入高电平进行复位，使十位数码管到六十清零，或按按钮开关进行复位清零，LED灯显示电路导通状况。七、利用Multisim软件对电路进行必要的仿真分析（三个单元电路仿真）虚拟电路部分仿真：555计时器电路仿真：数码管显示仿真：数字电路显示仿真：八、制版、组装、调试的内容。（1）使用的主要仪器和仪表数字电源，数字万用表，热转印机，打印机，钻孔机，电烙铁（2）调试电路的方法和技巧当腐蚀完并打孔后，用数字万用表分别测试各条电路导通状况，若有断路用焊锡连接或钻孔以加跳线连接。后用电烙铁完成整个电路元器件焊接，上电调试，调节电位器使输出电源为5V左右。（3）测试的数据和波形并与计算结果比较分析（4）调试中出现的故障、原因及排除方法若出现数码管无数码显示或显示错乱，可能是数码管或4011器件有坏，应更换器件，若无数字跳动，则应检查555定时器及周围电路错误或器件有坏，若LED灯不亮，可能是电路有误或是正负极接错，若电位器的调节不能改变输入电源大小，应检查电路原理图是否针脚号连接有误，若数码管显示的数值不是六十进制，则应更换4017器件。（5）总结设计电路的特点和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，提出改进意见和展望。该电路设计较为简单，使用元器件较少，多为简单元器件，该课程制作重心在于电路板的绘制与前不同在于能够更从基础做起，完成一整套电路板的制作，从绘制电路图到制作PCB板，打印PCB图及热转印铜板，再到腐蚀、打孔、焊接、测试，到最后完成时钟电路板的设计和制作。经历了从无到有、从陌生到熟悉的制作过程，但如果设备增加，能够完整的制作一个可以用以实际生活的可靠性能高的电子时钟就更好了。九、列出系统需要的元器件十、列出参考文献1崔建明.电工电子EDA仿真技术M.北京:高等教育出版社.2004.12李忠波，袁宏.电子设计与仿真技术M.北京:机械工业出版社.2004.73高有堂，朱清慧.电子设计与实战指导M.北京:电子工业出版社2007.44何喜才.常用集成电路简明速查手册M.北京:国防工业出版社.2006.85朱定华，陈林，吴建新.电子电路测试与实验M.北京:清华大学出版社.2005.76谢自美.电子线路设计实验测试M.武汉:华中科技大学出版社.2000.7十一、收获、体会通过这次数模混合课程设计课程的学习，我认识了我们以前所学的电路方面的知识只是理论基础，书上所讲的分析步骤需要很大的变通。在这次实践当中，我逐渐的培养了这一方面的能力，开阔了我的思维，而且也让我学到许多书上没有的东西以及对书上知识加深了认识和应用。在这次课程设计学习过程当中，我学习了Protel 99se绘图，Multisim2001软件仿真，Word排版，Excel制表等，虽然原来学习过一些计算机方面的知识，但是操作不是很熟练。便捷的计算机在我手下运作起来显得很笨拙，多亏了老师的耐心教导，以及同学们的热心帮助。使我的操作能力也有了一个相应的提高。这次实习也使我对专业有了新的认识，看到了未来的发展前途。还有就是，在做本次实习的过程中，我感触最深的就是要完成设计需要查阅大量的设计资料。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。我们是在做电路设计实习，但我们不是艺术家，他们可以抛开实际尽情在幻想的世界里翱翔，而我们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。 在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：单片机、