多功能 数字钟

1、中国矿业大学 电子技术综合设计姓 名： 学 号： 专 业： 电子科学与技术 题 目： 多功能 数字钟 专 题： 电子技术综合设计 设计地点： 电工电子实验室 设计日期： 2010年9月14日至10月8日 成 绩： 指导教师： 年 月 电子技术综合设计任务书学生姓名 张三 专业年级 电科08-1班 学号 22088888 设计日期：2010 年 9月14日 至 2010 年 10 月 8 日设计专题： 电子技术综合设计设计题目：多功能数字钟设计内容和要求：1. 主要内容： 用 CC4518双四位BCD同步加计数器设计60秒、60分、24小时归0的计数电路 用CC4511 七段译码驱动/锁存器及L

2、G5011AH共阴数码管设计译码及显示电路（数码管需加限流电阻） 用555设计CP脉冲源 (f=1KH) 具有系统校准功能2. 整体电路原理图60秒、60分、24小时- 计数、译码、显示电路3. EWB仿真图60秒、60分、24小时- 计数、译码、显示电路4. 设计原理图用PROTEL99设计原理图5. 设计PCB版图用PROTEL99设计PCB板图6. 功能扩展要求设计：定点报时功能指导教师签字： 年 月 日摘 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，已得到广泛的使用。数字钟的设计方法有许多种,例如,可

3、用中小规模集成电路组成电子钟；也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟；还可以利用单片机来实现电子钟等等。     数字钟是现代计时器，也可用作时间控制的时钟源。数字钟由于其具有走时准，显示直观，款式新颖，附加功能多等优点而受到人们的欢迎。设计一个具有整点报时，可对时的数字钟 。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。如定时自动报警、按时自动打铃、定时广播、自动起闭路灯、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，

4、都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。关键字：数字钟；计数；译码；显示；定点报时。 中国矿业大学08届电子技术综合设计 第27页目 录1数字钟电路的设计61.1数字钟主体电路计61.2 方案确定61.3秒脉冲发器71.3.1 555芯片介绍：71.3.2 555芯片功能说明71.3.3 555构成多谐振荡器电路图71.4 秒、分、小时计数电路81.4.1 芯片功能介绍81.4.2 CC4518构成60、24进制计数单元电路81.5 译码、显示电路91.5.1 芯片功能介绍91.5.2 分频器的设计101.6 校时电路111.7 扩展功能121.7.1 芯片

5、绍121.7.2 定点报时电路122 焊接板电路分析142.1 石英晶体振荡器142.2 晶振构成秒信号发生器142.3 二极管与门工作原理152.4 校准开关工作原理152.5 发光二极管工作原理152.6 整流桥部分的工作原理163 焊接与调试173.1 系统硬件安装、调试中遇到的问题173.2 问题现象、分析存在原因173.3 排除方法和效果174 附录184.1 系统整体仿真图184.2 数字钟电路Protei设计图194.3 印刷电路板的元件分布图204.4 印刷电路板布线图214.5基本电路元件清单224.6扩展电路元件清单225 参考文献236 致谢247 总结251 数字钟电路

6、的设计 1.1 数字钟主体电路设计数字钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1Hz时间信号必须做到准确稳定。采用555芯片构成的多谐振荡器电路构成数字钟。图1.1-1 数字钟主体电路图1.2 方案确定（方框图）图1.2-1 数字钟方框图1.3秒脉冲发生器1.3.1 555芯片介绍：1.地2./TR3.OUT4./R5.CO6.TH7.D8.VCC图1.3-1 555芯片管脚图1.3. 555芯片功能说明：引出端功能符号说明符号功能符号功能/TR低触发端TH阀值端OUT输出D放电端/R复位CO控制电压

7、1.3.3 555构成多谐振荡器电路图（f=1HZ）图1.3-2 多谐振荡器电路 图1.3-3 多谐振荡器波形参数计算：f=1HZ 、 R1= 428.5k、 R2=500k 、 C1=1uF、C2=0.01uF、0.65s、0.35s、T=1s1.4 秒、分、小时计数电路1.4.1 芯片功能介绍： 功能表：CL (CP0)EN(CP1)R功 能00加计数10加计数×0不 变×0不 变00不 变10不 变××1Q3Q0=0图1.4-1 CC4518管脚图1.4.2 CC4518构成60、24进制计数电路60进制计数电路（个位向十位的进位脉冲，需用Q4的下

8、降沿,接EN端。）图1.4-2 60进制计数电路60进制计数电路工作原理：Cp向个位提供进位脉冲，个位向十位提供进位脉冲，十位计数到6时，两个高电平相与传给CRA、CRB，计数器清零。24进制计数电路图1.4-3 24进制计数电路24进制计数电路工作原理：Cp向个位提供进位脉冲，个位向十位提供进位脉冲，十位计数到2时，个位计数到4时，两个高电平相与传给CRA、CRB，计数器清零。1.5 译码、显示电路CC4511实现译码，LG5011AH共阴数码管实现显示电路。1.5.1 芯片功能介绍：CC4511管脚图 CC4511功能表显示输 入输 出LEBILTDCBAabcdefg0011000011

9、11110101100010110000201100101101101301100111111011401101000110011501101011011011601101100011111701101111110000801110001111111901110011110011消隐011101000000001111消隐´01´´´´0000000锁存111´´´´锁存灯测试´´0´´´´1111111图1.5-1 CC4511管脚图功能说明：

10、（1）灯测试功能：LT可检查七段显示器各字段是否能正常发光。当LT = 0时，不论Q0Q3状态如何，七段全部显示，以检查各字段的好坏。（2）消隐功能： 当BI=0时，输出ab都为低电平，各字段熄灭。（3）数码显示： 当BI=1 LT=1 LE=0，译码器工作，当3210端输入8421BCD码时，译码器对应的输出端输出高电平1，数码显示相应的数字。（4）锁存：在LE从“0”转换到“1”时，输出显示由输入的BCD码决定。LG5011AH管脚图图1.5-2 LG5011-11 LED/7段（共阴极）数码管1.5.2 分频器的设计（秒、分、小时计数电路的设计）60进制计数、译码、显示单元电路图1.5-

11、3 60进制计数、译码、显示单元电路工作原理：个位进位时提供给十位一个脉冲，使十位计数，当十位计数到六时，两个高电平相与传给MRB端，进行清零。24进制计数、译码、显示单元电路图1.5-4 24进制计数、译码、显示单元电路工作原理：个位进位时提供给十位一个脉冲，使十位计数，当十位计数到二个位计数到四时，两个高电平相与传给MRB端，进行清零。1.6 校时电路S1S2功能11计数10校分01校时校时脉冲功能1HZ快校时单次脉冲慢校时图1.6-1 校时电路图1.7 扩展功能-定点报时1.7.1 芯片介绍八D锁所存器管脚图 图1.7-1 八D锁所存器管脚图内部结构图图1.7-2 八D锁所存器内部结构图

12、74LS266（2输入4同或门） 74LS21（4输入2与门）图1.7-3 2输入4同或门图 图1.7-4 4输入2与门图1.7.2 定点报时电路工作原理：通过CC4518计时器设定好报时时刻（如：12时12分24秒）， 通过74LS273锁存器进行锁存；CC4518时钟计时，当计时时间和设定的报时时间相同时，74LS266全部输出高电平，经74LS21与门输出高电平，使三极管9013导通，音乐芯片发出声音。2 焊接板电路分析2.1 石英晶体振荡器选用32768Hz的晶振构成振荡电路：晶体振荡器工作原理：主要有由电容器和电感器组成的LC回路，通过电场能和磁场能的相互转换产程自由振荡。要维持振荡

13、还要有具有正反馈的放大电路，LC振荡器又分为变压器耦合式和三点式振荡器，很多应用石英晶体的石英晶体振荡器，还有用集成运放组成的LC振荡器。 由于器件不可能参数完全一致，因此在上电的瞬间两个三极管的状态就发生了变化，这个变化由于正反馈的作用越来越强烈，导致到达一个暂稳 态。暂稳态期间另一个三极管经电容逐步充电后导通或者截止，状态发生翻转，到达另一个暂稳态。这样周而复始形成振荡。图2.1-1 晶体振荡器工作原理图2.2 晶振构成秒信号发生器32768Hz晶振构成秒信号发生器，先经过CD4060的14级分频分出2Hz，再经过CD4040的2分频分出秒脉冲。 2.2.1 CD4060分频器（国外同类型

14、号：CD4060、MC4060）分频原理： Q4： 24 = 16 Q14： 214 = 32768/2功能表：cpreset输出状态0不变0进入下一状态×1所有输出都是低图2.2-1 CD4060分频器管脚图2.2.2 分频电路图 图2.2-3 晶体振荡图2.3 二极管与门工作原理电路图： 真值表：000010100111图2.3-1 二极管与门工作电路图工作原理：二极管与门电路的工作原理用的是二极管的正向导通特性，即当A、B都置为高电平时，二极管截止，Y输出为高电平；当A、B中最少有一个置为低电平时，二极管导通，电阻承担了高电平电压，所以输出低电平。2.4 校准开关工作原理当S1

15、断开，至时个位计数器的脉冲由分十位进位脉冲控制，当S1闭合时，至时个位计数器的脉冲由校时脉冲提供，实现校时功能；分位的校时原理相同。2.5 发光二极管工作原理发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注

16、入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。在本试验中，由计数脉冲为二极管提供高电平，二极管发光与脉冲同步，；校时时，也是由至计数器的脉冲提供二极管高电平。2.6 整流桥部分的工作原理图2.6-1 整流滤波电路图 图2.6-2 整流滤波电路波形图整流桥就是能够通过二极管的单向导通的特性将电平在零点上下浮动的交流电转换为单向的直流电，作用就是整流，把交流电变为直流电。实质上就是把4个硅二极

17、管接成桥式整流电路之后封装在一起用塑料包装起来，引出4个脚，其中2个脚接交流电源，2个脚是直流输出。 3 焊接与调试3.1 介绍系统硬件安装、调试中遇到的问题；在安装调试过程中，出现一个二极管不亮。3.2 记录问题现象、分析存在原因；通过分析，二极管可能由于安装过程中力度过大，导致焊盘脱落造成虚焊现象或者是由于二极管损坏等。3.3 说明排除方法和效果。用电表接二极管，二极管导通说明不是损坏，再检查电路是否虚焊，发现与二极管其中一只管脚焊接的焊盘脱落，所以采用外接的方式重新将二极管与其他电路连接后，二极管可以正常工作。4 附录4.1 系统整体仿真图4.2 数字钟电路Protei设计图4.3 印刷

18、电路板的元件分布图4.4 印刷电路板布线图4.5基本电路元件清单序号名称型号数量序号名称参数数量1集成芯片CC4518311电解电容100uF/16V52CC4511612二极管414863CC4060113电容独石104124CC4040114电阻1/4w1M45芯片座16P1115220 k56数码管LG5011AH616470 427晶振32768117220 28三极管PNP(1015)118微动开关6*6*649发光 二极管5419稳压电源座3.5空心座110二极管1N4007420电路板4.6扩展电路元件清单序号名 称型 号数 量(个)序号名 称型 号118D锁存器74LS2733

19、7复位开关12同或门74LS26658自锁开关134输入2与门74 LS2149喇叭14芯片座20P310音乐片1514P911灰排线20P6三极管9013212网线2米13电路板15 参考文献1 曹国清.数字电路与逻辑设计. 徐州：中国矿业大学，19982 康华光.电子技术基础. 武汉：高等教育出版社，20063 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计. 电子工业出版社.2002.4 吕思忠.数子电路实验与课程设计. 哈尔滨工业大学出版社.2001.5 谢自美.电子线路设计、实验、测试. 华中理工大学出版社.2003.6 致谢通过这次电子综合设计，让我学到了很多，懂得了很多。这次设计并没有像我想象的那样顺利，出现了很多问题。而这些问题如果不解决又会影响自己的下一步的设计，所以，如果没有他人的帮助，我的设计可能还不能按时完成。所以我在此特地感谢在这次设计中帮助我度过难关的各位老师，如果没有你们的热情的帮助，我的设计可能还处在设计阶段而不是现在的总结阶段，真心的感谢你们。同时，也感谢这次设计中与我一起奋战的同学们，没有你们的帮助，我不知还要多花多少时间在一些小问题上，你们让我感受到了集体的重要性，团结合作才可以更快的解决问题，谢谢你们。也感谢那些在网络以及书籍中为我们提供资料的人们，没有你们的辛勤劳作，也没有我们现在丰收的果实。也感谢学校给予我们这次综合