自动电子时钟课设

1、 南华大学电气工程学院 电子技术课程设计任务书设计题目： 自动电子时钟 专 业： 电气工程及其自动化 学生姓名: XXX 学 号: 起迄日期: 2014年11 月8日 2014年12 月 30 日 指导教师: X X 电子技术课程设计任务书1课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：一、课程设计内容 题目：自动电子钟 要求：1用24小时制进行时间显示；2能够显示小时、分钟；3每秒钟要有秒闪烁指示；4上电后从“00：00”开始显示。二、课程设计要求1.综合运用已学习过模拟电路和数字电路等知识，阅读相关集成电路芯片资料和相关文献，了解电子电路设计的有关知识，方法和特点，掌握基本的

2、电子电路设计和芯片使用方法。 2对课程设计成果的要求包括图表（或实物）等硬件要求：设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。3主要参考文献：l 1 康华光.电子技术基础.数字部分（第五版）M. 北京: 高等教育出版社.2006:149424.l 2 康光华. 电子技术基础.模拟部分（第五版）M. 北京: 高等教育出版社. 2006:5592.4课程设计工作进度计划：序号起 迄 日 期工 作 内 容12014.11.8201

3、4.11.17收集整理相关资料22014.11.182014.11.24初步绘制原理图32014.11.252014.12.8购买工具和元器件42014.12.92014.12.20制作实物52014.12.212014.12.25整理论文62014.12.262014.12.30答辩主指导教师日期： 年 月 日目 录1 选题背景71.1 指导思想71.2 方案论证71.3 基本设计任务71.4 发挥设计任务72 电路设计82.1 总体方框图82.2 工作原理83 各主要电路及部件工作原理93.1 555多谐振荡器电路93.2 555多谐振荡器电路简要说明93.2.1 555芯片各个引脚功能9

4、3.2.2 555定时器的功能表93.2.3 多谐振荡器工作原理103.3 秒计数器电路113.4 秒计数器电路简要说明113.4.1 74LS160D74LS160D引脚功能表113.4.2 74LS160D74LS160D功能表12表3-4-2 74LS160D功能表123.4.3 秒计数器工作原理123.5 分计数器电路133.6 分计数器电路简要说明133.7 时计数器电路143.8 时计数器电路简要说明143.9 秒闪烁电路简要说明143.10 译码电路143.11 译码电路简要说明153.11.1 74HC4511引脚图153.11.2 74HC4511功能表153.11.3 译码

5、电路工作原理163.12 分、时钟显示电路163.13 分、时钟显示电路简要说明173.13.1 5161AS引脚图173.13.2 分、时显示电路工作原理174 原理总图175 元器件清单186 调试过程及测试数据186.1 通电前检查186.2 通电检查186.3 结果分析197 PCB设计198 设计体会及今后的改进意见198.1 体会198.2 本方案特点及存在的问题208.3 改进意见20参考文献21附录22正 文1 选题背景钟表是每家每户必备的生活器件，因此在此次课程设计中我选择了较为贴近生活的课题自动电子时钟。1.1 指导思想干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、显示器

6、组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，这里用555芯片构成的多谐振荡器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。用发光二极管来显示秒闪烁。译码显示电路将“时”、“分”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。1.2 方案论证 用555芯片加电容、电阻构成T=1s的多谐振荡器。将

7、两块74LS160通过反馈清零法构成六十进制从而分别构成秒计数器和分计数器，多谐振荡器发出的信号作为触发信号。将两块74LS160通过反馈清零法构成二十四进制从而构成时计数器。74HC4511作为译码器，5161AS七段显示管分别显示时和分。1.3 基本设计任务在Altium Designer上设计秒信号发生器、秒、分、时计数器和相对应的显示电路，在万用板上焊实物。1.4 发挥设计任务在Altium Designer上给各元器件添加封装模型，建立PCB工程，并采用双层布线全部布线。2 电路设计2.1 总体方框图 秒 显 示 电 路 分 显 示 电 路 时 显 示 电 路 秒 计 数 电 路 分

8、 计 数 电 路 时 计 数 电 路 秒 信 号 发 生 器图2-1 总体方框图 2.2 工作原理 秒信号产生器用555芯片构成的多谐振荡器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。用发光二极管来显示秒闪烁。译码显示电路将“时”、“分”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。3 各主要电路及部件工作原理

9、3.1 555多谐振荡器电路图3-1 NE555多谐振荡器电路3.2 555多谐振荡器电路简要说明3.2.1 555芯片各个引脚功能1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端TR。3脚：输出端Vo4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。6脚：高触发端TH。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路

10、VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。3.2.2 555定时器的功能表表3-2 555功能表清零端高触发端TH低触发端TRQ放电管T功能0××0导通直接清零101x保持上一状态保持上一状态1101截止置11001截止置11110导通清零3.2.3 多谐振荡器工作原理 用555定时器组成组成大的多谐振荡器在接通电源后，当vc上升到2Vcc3时，使vo为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，vc下降。当vc下降到Vcc3时，vo翻转为高电平。电容器C放电所需时间为tpL=R2Cln20.7R2C. （1）当放电

11、结束后，T截止，Vcc将通过R1、R2向电容器C充电，vc由Vcc3上升到2Vcc3所需的时间为tpH=(R1+R2）Cln20.7(R1+R2）C. （2） 当vc上升到2Vcc3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。其周期为T=tpL+tpH=(R1+2R2）Cln20.7(R1+2R2）C. （3） 在此次设计中，要求T=1s，则可令R1=100k，R2=22k,C=10F.3.3 秒计数器电路 图3-3 秒计数器电路3.4 秒计数器电路简要说明3.4.1 74LS160D74LS160D引脚功能表表3-4-1 74LS160D引脚功能表RC

12、O进位输出端CLK时钟输入端CLR异步清零端（上升沿有效）ENP计数控制端ENT计数控制端ABCD并行数据输入端LODA同步并行置入控制端QA-QD输出端3.4.2 74LS160D74LS160D功能表表3-4-2 74LS160D功能表CLKCLRLOADENPENT工作状态×0×××置零 10××预置数 ×1101保持11×0保持（但c=0）1111计数3.4.3 秒计数器工作原理 采用串联连接方式，反馈清零法，将两片十进制计数器74LS160D芯片构成六十进制加计数器中从而构成秒计数器。当第一块74LS16

13、0D即表示秒钟个位数的芯片每接收到秒信号发生器一次触发信号时，计数一次；当秒个位数从0到9循环一次后，通过进位输出端使第二块74LS160D即秒钟十位数计数一次。当秒数为60时即第二块74LS160D输出为1010时两块芯片同时清零并给分计数器计数信号。3.5 分计数器电路图3-5 分计数器电路3.6 分计数器电路简要说明采用串联连接方式，反馈清零法，将两片十进制计数器74LS160D芯片构成六十进制加计数器中从而构成分计数器。当第一块74LS160D即表示分钟个位数的芯片每接收到秒计数器一次触发信号时，计数一次；当分个位数从0到9循环一次后，通过进位输出端使第二块74LS160D即分钟十位数

14、计数一次。当分钟数为60时即第二块74LS160D输出为1010时两块芯片同时清零并给时计数器计数信号。3.7 时计数器电路图3-7 时计数器电路3.8 时计数器电路简要说明采用串联连接方式，反馈清零法，将两片十进制计数器74LS160D芯片构成二十四进制加计数器中从而构成时计数器。当第一块74LS160D即表示时个位数的芯片每接收到分计数器一次触发信号时，计数一次；当时个位数从0到9循环一次后，通过进位输出端使第二块74LS160D即时十位数计数一次。当时计数器为24时即两块74LS160D输出分别为0010、0100时两块芯片同时清零。3.9 秒闪烁电路简要说明二极管存在门坎电压Vth，当

15、加在二极管两端的正向电压大于Vth时，二极管内电场大为削弱，电流因而迅速增长，二极管正向导通。发光二极管在通过电流时将发出光来。又555构成的多谐振荡器存在周期性的高低电平，所以在秒信号发生器给的每个周期内发光二极管存在导通和不导通的两种状态。所以可用发光二极管来显示秒闪烁。3.10 译码电路图3-10 译码电路3.11 译码电路简要说明3.11.1 74HC4511引脚图图3-11-1 74HC4511引脚图3.11.2 74HC4511功能表表3-11-2 74HC4511功能表3.11.3 译码电路工作原理74HC4511的D0、D1、D2、D3端分别与74LS160的QA、QB、QC、

16、QD端相连，这样计数器的变化便可传递给译码器。3.12 分、时钟显示电路图3-12 分、时钟显示电路3.13 分、时钟显示电路简要说明3.13.1 5161AS引脚图 图3-13-1 5161AS引脚图3.13.2 分、时显示电路工作原理5161AS与相对应的译码器74HC4511相连接，便可显示出相应的时、分示数。 4 原理总图图4-1 自动电子时钟工作原理图5 元器件清单表格5-1 元器件清单元器件名称数量555芯片1与非芯片1与门芯片174LS160D674HC45114电阻100kx1，22kKx1电容0.01uFx1,10uFx1LED1七段数码管4万用板1连接线若干6 调试过程及测

17、试数据6.1 通电前检查电路安装完毕后，经检查电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错现象。6.2 通电检查给所有要求通电的元器件接上5V直流电源。6.3 结果分析当器件通电后，555芯片构成的多谐振荡器产生周期为1s的触发脉冲，发光二极管闪烁，各计数器计数并通过七段显示管显示个示数。7 PCB设计图7-1 PCB设计图8 设计体会及今后的改进意见8.1 体会我在这次课程设计中走了些“弯路”：1.本来是打算用洗板的方式出实物，按实物规格严格地做好封装后，发现由于线太多单层布线根本不能布出来，只好改为在万用板上焊线和元器件；2.二极管耐压值没选好导致电压刚加到5V就被烧坏；3.555芯片一通电就被烧坏导致整个电路不能工作。但要谢谢这些“弯路”，让我增长了些在自己设计和制作电路宝贵的经验。而这些“弯路”要归功于这次的课程设计。在以前的数电模电学习中，虽然学习了各种芯片和电子元器件的特性和功能，但却是空洞抽象的概念和理论。通过