数模混合设计报告

1、数 模 混 合 设 计 数 模 报 告时钟电路的设计与制作成都理工大学工程技术学院 专 业： 电子信息科学与技术 学 号： 指导教师： 姓 名： 日 期： 计时电路设计原理与制作一、设计任务设计并制作一个60秒计时电路，要求自制直流稳压电源，能够提供给数字时钟+5V的电压。同时具有手动复位的功能，能够产生一个1Hz的秒计时脉冲。并且具有进位功能能够显示出完整的24小时制的时钟电路，同时具有手动校时电路，能够对计时电路手动校正时间，校时电路包括对分、时校时。设计并仿真出时、分电路。1、模拟电路部分设计要求（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，通过电位器调节至5V。

2、（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（23小时59分59秒）如图，应具有校时功能。二、设计思路1、直流稳压电源：为时钟电路提供一个+5V的电压，驱动时钟电路的正常工作。2、脉冲产生模块：能够产生秒脉冲信号，从而实现对计时模块的控制。3、计时循环模块：能够对时钟脉冲计数，并且能够对计数电路自动复位。4、译码显示模块：用数码管将计数循环电路模块的状态转换为数字显示出来。5、秒控制模块：实现对秒计时器的复位功能。6、时、分校时模块：能够实现对电路中的时、分显示进行校时。三、设计方案1、直流稳压电源：通过变压器将220V

3、的家庭用电降为电压更低的正弦交流电（如22V），然后通过电桥（整流电路，利用单向导电性能的整流元件）将正负交替变化的正弦交流电压转换成单方向的脉动直流电压，通过滤波电路尽可能的将单向脉动直流电压中的脉动部分（交流分量）减小，使输出电压成平滑的直流电压。再通过稳压芯片使输出的直流电压在电源发生波动或负载变化时保持稳定。常用的稳压芯片有7815、7805、7809、LM317等。2、多谐振荡电路：多谐振荡器是一种能够产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波形发生器。多谐指矩形波中除了基波成分外，还有高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由

4、此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。具体地说，如果开始时多谐振荡处于0状态，那么它在0状态停留一段时间后将自动转入1状态，在1状态停留一段时间后又将自动转入0状态，如此周而复始，输出矩形波。通过对电容、电阻的计算来确定1秒的脉冲信号，实现对计数器的时钟控制，多谐振荡器在接通电源以后，不需要外触发信号，便能够自动产生矩形脉冲。多谐振荡器又很多种，例如对称式多谐振荡器，非对称式多谐振荡器，石英晶体多谐振荡器，555定时器构成的多谐振荡器等。3、计数器：计数器由触发器组成的时序电路，其功能式用触发器的状态记录输入端的时钟脉冲个数，它通常用于计数、分频、定时及产生数字系统的节

5、拍脉冲灯，如40110、74LS160、74LS161、74LS190、74LS192等。4、译码显示：常用的数码管有4输入和7输入的，计数器产生的二进制数字信号点亮数码管上的8段LED，从而更直观的形式显示出计数电路的BCD值。5、秒控制：手动的给秒计数器一个复位信号，及在秒脉冲计数器的复位端手动的给一个高电平（这在后期制作电路板实物是会用到）。6、时、分校时电路：能够手动的调节时、分电路的计数数值，从而通过数码管显示，及手动给入时、分计数器一个脉冲信号达到调节时、分计数器的计数。并通过数码管直观的显示出时间。四、器件的选择一、直流稳压电源本次设计任务要求能够输出一个电压可以在1.25V15

6、V范围能可调节的电压，故选用LM317稳压芯片，通过电阻阻值来调节输出电压的大小，LM317是一个可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2V37V时能够提供超过1.5A的电流，使用方便、应用广泛的集成稳压块，而且价格相对便宜。稳压电源的输出电压可用图上的公式计算出来，但R1和R2的阻值不能随意设定，首先V0=1.25V37V（高输出电压的317稳压块，其输出电压范围是V0=1.2V15V），所以R2/R1的比值范围只能是028.6。二、时钟电路1、多谐振荡电路 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它

7、也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置

8、 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。表1 555定时器的功能表 二、计数器 40110 为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能。40110 有2 个计数时钟输入端CPU 和CPD 分别用作加计数时钟输入和减计数时钟输入。由于电路内部有一个时钟信号预处理逻辑，因此当一个时钟输入端计数工作时，另一个时钟输入端可以是任意状态。40110 的进位输出CO 和借位输出BO 一般为高

9、电平，当计数器从09 时，BO 输出负脉冲；从90 时CO 输出负脉冲。在多片级联时，只需要将CO 和BO分别接至下级40110 的CPU 和CPD 端，就可组成多位计数器。3、 时钟循环计数器CD4017是5位Johnson计算器，具有10个译码输出端，CP，CR，INH输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH为低电平时，计算器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR为高电平时，计数器清零。Johnson计数器，提供了快速操作，2输入译码选通和无毛刺译码输出。防锁选通，保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高

10、电平。在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。D4017引脚功能：CD4017内部是除10的计数器及二进制对10进制译码电路。CD4017有16支脚，除电源脚VDD及VSS为电源接脚，输入电压范围为315V之外，其余接脚为：A、频率输入脚：CLOCK(Pin14)，为频率信号的输入脚。B、数据输出脚：a、Q1-Q9(Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，为*后的时进制输出接脚，被计数到的值，其输出为Hi，其余为Lo电位。、CARRYOUT（Pin12），进位脚，当4017计数10个脉冲之后，CARRYOUT将输出一个脉波，代表产生进位，共串级计

11、数器使用。D、控制脚：a、CLEAR(Pin15)：清除脚或称复位(Reset)脚，当此脚为Hi时，会使CD4017的Q0为”1”，其余Q1-Q9为”0”。b、CLOCKENABLE(Pin13)，时序允许脚，当此脚为低电位，CLOCK输入脉波在正缘时，会使CD4017计数，并改变Q1-Q9的输出状态。四、译码显示 本部分采用市面上常见的七段数码显示管, 7段数码管一般由8个发光二极管组成，其中由7个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。控制相应的二极管导通，就能显示出各种字符，尽管显示的字符形状有些失真，能显示的数符

12、数量也有限，但其控制简单，使有也方便。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管，阴极连在一起的称为共阴极数码管，共阴极共阳极7段数码管内部字段LED和引脚分布五、时、分校时电路 校时电路是数字钟不可缺少的部分，每当数字钟与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。K1、K2分别是时校正、分校正开关。不校正时，K1、K2开关是闭和的。当校正时位时，需要把K1开关打开，然后用手拨动K3开关，来回拨动一次，就能使时位增加1，根据需要去拨动开关的次数，校正完毕后把K1开关闭上。校正分位时和校正时位的方法一样。 计时电路的仿真直流稳压电源60S计时电路24小时计数电路校时电路 秒计时器电路板的绘测画出

13、原理图，并按照要求进行封装，并生成网络表。创建PCB文件在prtel中创建一个PCB文件，并加载网络表。手动布局PCB布线（自动布线与手工布线相结合）打印PCB图秒计数电路板的制作一、打印电路板将绘制好的电路板用转印纸打印出来，注意滑的一面面向自己，一般打印两张电路板，即一张纸上打印两张电路板。在其中选择打印效果最好的制作线路板。 二、裁剪覆铜板用感光板制作电路板全程图解 。覆铜板，也就是两面都覆有铜膜的线路板，将覆铜板裁成电路板的大小，不要过大，以节约材料。 三、预处理覆铜板用细砂纸把覆铜板表面的氧化层打磨掉，以保证在转印电路板时，热转印纸上的碳粉能牢固的印在覆铜板上，打磨好的标准是板面光亮

14、，没有明显污渍。 四、转印电路板将打印好的电路板裁剪成合适大小，把印有电路板的一面贴在覆铜板上，对齐好后把覆铜板放入热转印机，放入时一定要保证转印纸没有错位。一般来说经过2-3次转印，电路板就能很牢固的转印在覆铜板上。热转印机事先就已经预热，温度设定在160-200摄氏度，由于温度很高，操作时注意安全！ 五、腐蚀线路板先检查一下电路板是否转印完整，若有少数没有转印好的地方可以用黑色油性笔修补。然后就可以腐蚀了，等线路板上暴露的铜膜完全被腐蚀掉时，将线路板从腐蚀液中取出清洗干净，这样一块线路板就腐蚀好了。腐蚀液的成分为浓盐酸、浓双氧水、水，比例为1：2：3，在配制腐蚀液时，先放水，再加浓盐酸、浓

15、双氧水，若操作时浓盐酸、浓双氧水或腐蚀液不小心溅到皮肤或衣物上要及时用清水清洗，由于要使用强腐蚀性溶液，操作时一定注意安全！ 六、线路板钻孔线路板上是要插入电子元件的，所以就要对线路板钻孔了。依据电子元件管脚的粗细选择不同的钻针，在使用钻机钻孔时，线路板一定要按稳，钻机速度不能开的过慢，请仔细看操作人员操作。 七、线路板预处理钻孔完后，用细砂纸把覆在线路板上的墨粉打磨掉，用清水把线路板清洗干净。水干后，用松香水涂在有线路的一面，为加快松香凝固，我们用热风机加热线路板，只需2-3分钟松香就能凝固。秒计数板的调试对于刚拿回来的新PCB板首先要大概观察一下板上是否存在问题，例如是否有明显的裂痕，有无

16、短路、开路等现象。如果有必要的话，可以检查一下电源跟地线之间的电阻是否足够大。然后就是安装元件了。相互独立的模块，如果您没有把握保证它们工作正常时，最好不要全部都装上，而是一部分一部分的装上。对于比较小的电路，可以一次全部装上，这样容易确定故障范围，免得到时遇到问题时无从下手。 一般来说，可以把电源部分先装好，然后就上电检测电源输出电压是否正常。如果在上电时您没有太大的把握，即使有很大的把握，也建议您加上一个保险丝，以防万一，可考虑使用带限流功能的可调稳压电源。先预设好过流保护电流，然后将稳压电电源的电压值慢慢往上调，并监测输入电流、输入电压以及输出电压。如果往上调的过程中，没有出现过流保护等

17、问题，且输出电压也达到了正常，则说明电源部分OK。反之，则要断开电源，寻找故障点，并重复上述步骤，直到电源正常为止。接下来逐渐安装其它模块，每安装好一个模块，就上电测试一下，上电时也是按照上面的步骤，以避免因为设计错误或/和安装错误而导致过流而烧坏元件。寻找故障的办法一般有下面几种 测量电压法：首先要确认的是各芯片电源引脚的电压是否正常，其次检查各种参考电压是否正常，另外还有各点的工作电压是否正常等。例如：一般的硅三极管导通时，BE结电压在0.7V左右，而CE结电压则在0.3V左右或者更小。如果一个三极管的BE结电压大于0.7V，特殊三极管除外，例如：达林顿管等，可能就是BE结就开路。 信号注

18、入法：将信号源加至输入端，然后依次往后测量各点的波形，看是否正常，以找到故障点。有时我们也会用更简单的办法，例如用手握一个镊子，去碰触各级的输入端，看输出端是否有反应，这在音频、视频等放大电路中常使用（但要注意，热底板的电路或者电压高的电路，不能使用此法，否则可能会导致触电）。如果碰前一级没有反应，而碰后一级有反应，则说明问题出在前一级，应重点检查。 当然，还有很多其它的寻找故障点的方法，例如看、听、闻、摸等。“看”就是看元件有无明显的机械损坏，例如破裂、烧黑、变形等；“听”就是听工作声音是否正常，例如一些不该响的东西在响，该响的地方不响或者声音不正常等；“闻”就是检查是否有异味，例如烧焦的味

19、道、电容电解液的味道等，对于一个有经验的电子维修人员来说，对这些气味是很敏感的；“摸”就是用手去试探器件的温度是否正常，例如太热，或者太凉。 心 得 体 会 此次电子课程设计是理论与实践相结合的最好形式。在课题的完成过程中要求制作者要有坚实的理论基础和很强的动手能力。在设计过程中，通过查找数据和其他资料，接触到了很多新鲜的东西。在实际动手过程中，制板与焊接是最为重要的，它能直接决定电路的成败：元器件的替换，开关的选择，焊接点的精细牢靠，以及最后的调试与分析，其中的每一个环节都是至关重要的。一件产品的工艺性很重要，而焊接在电路制作中则是工艺的关键。焊接也是需要技术的，焊点漂亮能给人赏心悦目的视觉