简易电子闹钟的设计报告

1、编号:觀桜#令孑科技未挣guilin university of electronic technology基础工程设计说明书题 目：led强度可调驱动电路设计 院（系）：电子工程与自动化学院专 业：光电信息科学与工程学生姓名：李朝庭学 号：1300820112指导教师：彭智勇职 称：高级实验师2017年1月1日摘要目前，led灯的亮度可调通过有两种可行方案：第一种是通过占空比 电压来输出不同的电压，从而实现亮度可调；第二种通过控制数模转换器 来输出不同的电流，然后经过放大器来进行发大，从而实现输岀不同的电 压，来实现亮度可调。对于第一种方案，优点是设计简单，且使用的电了 器件类较少，造价成本

2、低，其集成度低，电路原理不复杂，适于现代社会 发展的需求。对于第二种方案，它设计图复杂，其集成度不高，且使用了 数模转换器，因此和第一种设计方案相比略高。所以本设计采用了第一种 方案。本设计的结果是设计制作一种路led光强独立可调的led调光电 路；自动调光时可使等在熄灭、微亮、较量及最亮四种状态中不断循环； 实现灯光的循环调节功能（循环时间分别为为2s、4s、6s、8s、10s、12s）；关键词：led；色温；rgb；驱动；调光abstractat the end of twentieth century, the electronic technology has developed ra

3、pidly. in the promotion, the modern electronic products have penetrated almost all areas of the society. it has greatly promoted the development of social productive forces and the improvement of social information. time is always so valuable to people, the work of the busy and complicated and easy

4、to make people forget the current time. forget to do, when it is not very important, this not hurt the important essentials. simple electronic alarm clock is a used to after a certain period of time through the alarm sounds and wakes up the user a simple electronic circuit and is used to prevent nap

5、 sleep overdo the instrument from time to time to wake up the user's role. this system mainly consists of 555 timer square wave signal generator and the input control through the key input control of the two bit counter timing circuit can be input to the input of a time of the electronic clock,

6、simulation and time interval can be within 99 seconds of continuous adjustable.key words: timing circuit; 555 timer; multi harmonic oscillator; time clock目 录引言11设计任务21.1设计题目21.2设计要求22 系统的组成32.1系统的组成总体框图32.2各部分系统的功能32.3方案可行性分析与仿真调试32.3.1时钟信号发生系统32.3.2按键输入系统52.3.3倒计时与响铃系统62.3.4各系统的衔接与总原理图93硬件设计103.1元器

7、件选择的依据以及元件参数的确定103.2 pcb原理图与电路图布线设计103.3硬件制作114 系统调试124信号发生器的调试124.2计数器以及数码管显示的调试124.3响铃系统调试124.4按键输入电路的调试125 结论14谢辞16参考文献17附录一元件清单18附录二电路总原理图19附录三pcb图20附录四实物图21引言随着电子技术的飞速发展，电子控制电路在日常生活中有着大量的应用并广泛地应 用于工农业的生产和电子新产品的开发应用之中。为进一步巩固和加强“模拟电子技 术”、"数字电子技术”课程的理论知识，用protel等电路设计软件。用mulsitim进 行仿真进行pcb印制电路

8、板设计，用protel等电路设计软件，掌握常用电子电路的一 般设计方法提高电子电路的设计能力，熟悉并学会选用电子元器件了解电子产品研制开 发过程，掌握电子电路中基本单元电路的构成原理，学会撰写课程设计总结报告，加强 论文写作能力通过查阅手册和文献资料培养独立分析问题和解决问题的能力，培养创新 能力和创新思维。把设计、组装、调试的内容进行全面的总结，将实践内容上升到理论 高度。研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。电子闹钟已经是现代生活中经常用到的工具z-,是人们日常生活中随处可见的一 种简单的电子仪器。传统的电子闹钟只是机械控制，另外体积也很大，又不美观也不实 用，而此设计的电子闹钟是用

9、逻辑芯片设计而成的。只要简单的设置好后，就能按照用 户的设定，定时产生闹铃，也能给人们的生活带来方便。电子闹钟在科学技术高度发 展的今天,千家万户都少不了它，所以很多家庭个人都需要有一个电子闹钟，为人们提供 报时方便。本书将简要介绍模仿电子闹钟的基本设计原理和仿真过程。1设计任务1.1设计题目制作一个简易电子闹钟。1）具有自动清零功能；2）具有可调节闹铃时间功能;3）可自动或手动结束闹铃；1.2设计要求1、运用所学知识设计一个简易电子闹钟结果以扬声器提示。2、在设计过程中要求做到电路清晰明了，结构简单，能够把电路中各部件的主要功 能分析透彻。3、进行电路原理图设计，用protel等电路设计软件

10、，用multisim进行仿真。4、进行pcb印制电路板设计，用protel等电路设计软件。2系统的组成2.1系统的组成总体框图根据闹钟的基本功能拟岀方案的原理方框图如下图所示:图（2.i）方案原理方框图2.2各部分系统的功能时钟信号发生系统：振荡器产生周期为1hz振荡的矩形波信号；倒计时控制系统：接收时钟信号以及键盘的输入，并且完成倒计时的工作; 键盘输入系统：完成所需倒计时的时间输入；响铃系统：发出响铃，提醒用户。2.3方案可行性分析与仿真调试此方案是否可行关键在于这四个部分的电路能否同时合理有效地工作。23.1时钟信号发生系统时钟信号发生系统的电路可用简单的555多谐振荡电路来实现，根据n

11、e555频率计算软 件计算如下：每ne555频率计算软住菜单e555频率计算软件r2(kh)|50频率=1.44/(rur2+r2fc)典型电路：vccr1outr2555c =t=0.1频率1. oohz图(2.3.1.1) 555频率计算结果得知其中:r1 二5okq, r2二47kq, c=10nf 其原理图如下：*sw-spst0 lf一 bt15v1rstvccthr69ltdisctriogkdout图(2.3.1.2)时钟信号发牛.原理图通过multisim软件仿真以及调试可知：我们能够通过简单的555多谐振荡电路产 生倒计时控制系统所需的时钟信号：vcgxsc1图(2.3.1.

12、3)时钟信号发生仿真图2.3.2按键输入系统该系统主要由09九个拨动按键以及两片为8-3线优先编码器组成，编码器的输 入端由第一片优先编码器的八位输入端跟第二片优先编码器前二位输入端组成。输出端 的低三位分别由两片优先编码器的a0非,a1非，a2非相与而成，第四位输岀端取自第 一片优先编码器的gs非端。通过扩展两片为8-3线优先编码器可实现十种不同输入状 态编码岀倒计时系统所需的四位输入端。sw-spst-spstsk*4ls14£nu10:p-sw-spstsk74ls00nnetlcte!4sw-spnsw-spstsw.$j>sts24lso0n u5avccda0ma1

13、ba2fgsheogndusn 4lsoon usesnt-lsxn usdsn*4lsook£vccua0ua1ba2f：g5he0gxdsit4ls14sn图（2.321）按键输入原理图根据优先编码器的功能表，当优先编码器其中一个输入端输入低电平，其他输入端 为高电平吋，优先编码器就能将09输入端地址位译码成四位二进制码，通过nml tisim 软件仿真以及调试结果如下：在multisim中用一个数码管接到该系统的四位输出端，调试该电路得知：在开关 0、9全部闭合的情况下，然后当打开其中任何一个开关，两片组合成的编码器的输入端 为低电平，这时它的输出为对应打开开关端口数字。u5d

14、cd hexvgc:key ：=:key ：=7key - 7key:2 -okey;:5ke?;8-oo-key -.8:key = 3砂.:key = 6;9;：oo_.key- 9t4d1- 1125 74ls148ddo- 2di-a1-d2 - 12-u965 - eo1 aj7a u12a:.74lsqod： : : 74lsq0d : u8a u13a:74ls00d： : : 74lsqod：:u1oa ： u14a :3|jojo:741 sood： ： ：24： ： 741 sood：:232274ls148d图（2.322）按键输入仿其图应该考虑到开关输入优先性问题，根据

15、优先编码器的功能表得知d7端的优先性最 高。根据设计，在输入数字吋只能打开需要输入数字相应的开关，应避免同吋打开两个 或两个以上的开关，否则可能会出现输入无效的情况。2.3.3倒计时与响铃系统倒计时系统由两片十进制可逆计数器、两片bcd-7段数码管译码器驱动器、两片共 阳数码管组成。系统的的信号输入取自555信号发牛系统的输出的方波信号，信号直接 输入第一片74ls192计数器的dwn非减计数输入端，up非端接高电平，这样就能实现减 计数功能。计数器的扩展：第一片计数器的进位输出端brw非接到第二位计数器的dwn非减计 数输入端，两片计数器的输出端分别接到段数码管译码器驱动器的输入端，通过数码

16、管 译码器驱动器译码，这样就能实现在共阳数码管显示两位数的倒计数效果：信号输入d©v ambr-cc图（2.3.3.1）倒计时原理图通过multisim软件仿真以及调试结果如下：当第一位计数器的down非端接入1hz占空比位50%的方波信号源，第一片计数器的 进位输出端b0非接到第二位计数器的down非减计数输入端，分别在两片计数器的输出 端接入数码管，数码管便会进行每秒一次的进位减计数显示：-i.n-1a b £ q qa -qb qc 3 &匚oad -boclr 8> up >down 74ls192du274ls192d u6 aqab3gqc0

17、 load-soglr8> up > -down dcdhexu8dcdhexxfg1图（2332）倒计时仿真图响铃系统主要由电平保持电路和蜂鸣器组成。由于计数器进位输岀信号仅为一瞬间 的电平变化，而闹铃需要保持响着，这就需要一个电平保持电路。为了能够让这个系统 自动停止闹钟，这个电路可由一片十进制可逆减计数器简单构成：当这个计数器up非 端接收到倒计吋系统的一个初始的进位信号，一个闹铃周期内，这个计数器的qa非端 由低电平变为高电平，这样就能驱动蜂鸣器发出声音，当下一个周期到来的时候再由高 电平变为低电平，这样就实现了闹钟的自动停止。u4图（2333）响铃系统原理图通过multi

18、sim软件仿真以及调试结果如下：multisim示波器中蓝色的线条为方波信号源模拟计数器输出的进位信号，可以 看到，当该计数器接受到电平变化的进位信号，其qa端由低电平变为高电平，并且在 接收到第二个电平变化的进位信号时，还是保持这高电平，这就意味着蜂鸣器能在接受 到第一个到第二个电平变化的进位信号期间响铃。u11xsc1qaq3a b c d8> up> -down-load cdr$ 年-tltxfg1图（233.4）响铃系统仿真图由于现实元器件dxp 2004屮计数器输出端口的电平为实际需要的非，这与 multisim模拟软件的有所不同，所以在实际原理图中应在输入输出端分别接

19、上一个 非门：图（233.5）响铃系统实际原理图2.3.4各系统的衔接与总原理图1.信号发生系统的输岀信号直接连到倒计时系统的减计数输入端；2按键输入系统与倒计时系统的衔。因为输入的数字包括十位和个位两个部分，所以输 入时需要切换输入的位数。通过查询计数器的功能表得知：当计数器的ld非端为低电 平时，计数器的输出为预置输入端的值。为了能控制十位和个位两个部分的输入，这就 接需要用到两个开关。当输入十位的数时，控制十位计数器的ld非端为低电平，控制 个位计数器的ld非端为高电平。同理，当输入个位的数时，控制十位计数器的ld非端 为高电平，控制个位计数器的ld非端为低电平，这样个位和十位的输入就互

20、不影响。最后把按键输入系统的四个输出端分别并联到倒计时控制系统的两个计数器的预置数 端，这样就能实现通过按键输入所需的倒计吋。3 .倒计时系统与响铃系统通过一个电平保持电路衔接，保障在一个倒计时周期内闹铃一 直响着，其原理已经有所描述。完成各系统的衔接，得到的总原理图参见附录二。3硬件设计3.1元器件选择的依据以及元件参数的确定电阻：电阻的主要参数有阻值、功率、精度等。555多谐振荡电路对于电阻器的精度一般 无特别要求。为提高电路工作的稳定性，以选用金属膜电阻为宜。功率的选择又电路中 消耗的功率大小来决定。功率选择太小，发热严重，其至烧毁。所以选取金属膜电阻 r1 二50kq, r2二47kq

21、。电容器：功率放大电路中用涤纶电容器和电解电容较多。涤纶电容器无极性电解电容有极性 电容器的主要参数是容量和耐压值。在高保真功率放大电路中为达到良好的频响效果耦 合退耦电容器以选用 损耗低漏电小的屯容器如阻屯容器聚苯乙烯电容器等更好。为确 保音调电路提升和衰减的准确性有关电容器的误差应小于5%。所以选定电解电容 cl=01uf,胆电容 c2=0. lufo 开关：采用三脚小电流拨动开关。电源：根据逻辑芯片的工作要求，电源一般用5v电源，可由usb电源提供。 蜂鸣器：应采用有源蜂鸣器； 数码管：应采用共阳7段数码管；逻辑芯片：计数器采用sn74ls192n集成同步计数器；与非门采用sn74ls0

22、0四与非门集成芯片；编码器采用sn74ls148n优先编码器；'555定时器采用型号为lm555cn的555定时器； 数码管译码器采用dm74ls47n七位数码管译码器；3.2 pcb原理图与电路图布线设计应用dxp2004软件设计印刷电路板，过程如下：准备上述电路原理图，根据设计要求设计电路原理图并绘制原理图，放置元件，对各 部件进行封装，然后由该原理图文件生成相应的网络表，导入pcb图。元件的布局应合 理，元件的布局应该采用手工布局，按键等原件应等该合理按顺序排好，各芯片对整齐 等。布线方式采用自动布线加手动调整。根据设计，电路确定电路板的尺寸定义为 10cm* 10cm, pcb

23、板应采用双面板。参数设置，设置电路线宽：0. 8mm；安全距离：0. 4mm,其余参数应严格参照制作电 路板的要求进行设置，最终得到的pcb图参见附录三。3.3硬件制作电路板采用腐蚀覆铜pcb板的方法制作。将敷铜板裁成电路图所需尺寸，将电路图 打印到蜡纸上，将双面的电路图对整齐，利用热转印把蜡纸上的电路图再印到覆铜的pcb 板上，然后进行腐蚀，打磨，钻孔等。需注意的是打印电路图时应采用反面印刷，这样 转印到铜板的电路图才是正确的，双面板亦如此。元件的焊接。因条件和时间限制的原因，板子采用手工电烙铁焊接。为了调试方便 与芯片的便捷更换，所有芯片管脚先采用圆孔插针代替焊接到电路板上，其余元件按照

24、原理图一一焊接到pcb板上。先放置与结构有关的i古i定位置的元器件，如电源插座、开 关、连接件之类，这些器件放置好后再放置线路上的特殊元件和大的元器件，ic等， 最后放置小器件等。4系统调试4.1信号发生器的调试只把555芯片装在电路板的圆孔排针上，其余芯片位置留空。接上电源，用示波器 检测555芯片的输岀管脚波形。调节示波器，结果示波器显示一列方波，频率接近1hz, 但是占空比只有35%到40%左右，并不是占空比为50%的标准方波，这可能是在计算555 外围元件参数是没考虑到的。严格来说，这并不会影响到计数器计数所需的高低电平信 号，因此可认为时钟信号发生系统正常工作。4.2计数器以及数码管

25、显示的调试把555芯片和两片计数器还有数码管译码器等原件装在电路板的圆孔排针上，按键 输入等芯片位置留空。接上电源，结果数码管不亮。检查数码管得知，该数码管是共阴 数码管，所以不能点亮，这是由于原件配发出错照成的。由于电路需要的是共阳数码管, 重新购置两个共阳数码管重新接上后数码管才亮，但是并没有倒计时的计数显示。通过 查询741s192芯片资料以及检查计两个数芯片得知，芯片正常计数时它的mr端必须接 低电平，而在原理图及pcb图上该芯片的14脚mr端没有接低电平，这是设计上疏忽的 结果。解决方法是直接将两片计数器芯片的14脚mr端背面直接飞线到附近的低电平节 点上。通过飞线设计，结果个位的数

26、码管显示倒计时计数，但是显示十位的管子显示乱码。 这问题可能出在十位计数器和该数码管的显示译码器上。利用示波器，根据计数器的功 能表一一检测该计数器的输岀端高低电平，结果得知该计数器的输岀电平符合输入方波 周期的个数。再根据741s47数码管译码器的功能表及引脚图检查该数码管译码器，得 知该芯片的8脚gnd端没有接低电平，而个位显示的译码芯片的接了低电平，这就确定 了问题出在这个管脚上。通过飞线把显示个位的译码芯片的8脚与十位的8脚连在一起, 结果两个数码管均正常显示倒计时。4.3响铃系统调试把计数器的进位信号接到响铃系统的输入端，当两位计数器倒计时全部到o时，十位计数器的 进位输出端会出一个

27、进位信号，实际调试表明蜂鸣器接收到进位信号后发出来响铃，因此响铃系统 正常工作。4.4按键输入电路的调试只把两片译码器芯片跟与非门芯片接到电路中，其余芯片不接，然后通过检测此系 统输出的二进制值是符合按键开关的输入值，这样以检测此电路模块是否止常。但是实 际测试得到的是输岀端全部都是高电平，经过反复通过芯片的功能表检查芯片的引脚接 线以及确认线路的连接正确，结果还是不正常工作。为了能够比较好地解决能够调节闹铃时间这个问题，最后放弃了这个按键输入的功 能，取而代z的是通过控制计数器的mr端的高低电平开启或关闭个位或十位的计数功 能来实现时间的调节。原理如下：当把个位计数器的1r端悬空，十位计数器

28、的mr端接 低电平，个位计数器就停止计数。这时555组成多谐振荡器的方波信号会直接输入到十 位计数器的输入端，十位计数器会进行以每秒一次的倒计时计数。当计数器的倒计时到 所需的及吋后，就把个位计数器的mr端接低电平，两个计数器就会正常进行倒计吋， 而且倒计时为0的时候就会发出响铃，这样就通过等待选择十位计数器的倒计数设置闹 了弄个的时间。此方法的缺点是通过等待设置时间，还有只能设置0, 10,20,30到 90秒数的设置。经过上述儿个步骤的调试，最终板子的功能基本得以实现。5结论经过这几天的设计制作以及调试，有以下几点总结：设计总结：在画原理图时为了避免电路走线的混乱，应该善于利用总线跟网络标

29、号这两个工 具，这样能使电路原理更加清晰明了。了便于调试，各模块应该合理分开摆放在合适的 位置。为了便于人工焊接，应把尽量保证板子上层的焊接点尽量少。该电路没有涉及到 高频模块，因此没有考虑到干扰这方面。但是有以下几点是要注意的：电路原理的正确性。这是制作电路板最基本、最重要的要求，准确实现电原理图的 连接关系，避免出现“短路”和“断路”这两个简单而致命的错误。这一基木要求在手 工设计和用简单cad软件设计的pcb中并不容易做到，一般的作品都要经过两轮以上试 制修改，功能较强的cad软件则有检验功能，可以保证电气连接的正确性。电路的可靠性。连接正确的电路板不一定可靠性好，例如模块选择不合理，元

30、件及 安装固定不正确，元器件布局布线不当等都可能导致pcb不能可靠地工作。再如多层板 和单、双面板相比，设计时要容易得多，但就可靠而言却不如单、双面板。从可靠性的 角度讲，结构越简单，使用面越小，板子层数越少，可靠性越高。两面板布线吋，两面 的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合。电路的合理性。这是pcb设计中更深一层，更不容易达到的要求。一个印制板组件, 从印制板的设计、制作、装配、调试，无不与印制板的合理与否息息相关，例如板子形 状选得不好加工困难，引线孔太小装配困难，没留试点高度困难，板外连接选择不当维 修困难等等。每一个困难都可能导致成本增加，工吋延长。而每一

31、个造成困难的原因都 源于设计者的失误。没有绝对合理的设计，只有不断合理化的过程。它需要设计者的责 任心和严谨的作风，以及实践中为断总结、提高的经验。制作总结：在转印双面板电路时，应先用订书机将蜡纸上的双面电路图对齐好，再讲覆铜板插 入中间进行热转印，这样能够较好地保证转印岀来的pcb板两面的电路以及通孔对称上。 转印有时会将蜡纸上的一层薄膜同时附到板子上，附有薄膜的地方会腐蚀不到，影响了 腐蚀效果。为了较好的进行腐蚀，转印后应先检查板子表而是否有一层氧化薄膜，如果 有应先将此层膜小心刮掉再进行腐蚀。腐蚀的时候，应把握好时间，不让板子腐蚀过度 或者腐蚀未完全。腐蚀过程中应尽量避免吸入反应产牛的有

32、毒气体。钻孔时应从板子的 正面钻入，这会有利于元件的插入以及焊接。焊接元件吋，先放置与结构有关的固定位 置的元器件，如电源插座、开关、连接件z类，这些器件放置好后再放置线路上的特殊 元件和大的元器件，ic等，最后放置小器件等。调试总结：调试应该分模块进行，类似状态变量法，各模块调试先后按照信号流动的顺序进行, 最后一起调试，遵循先部分后整体的原则。调试吋应严格对照芯片的功能表进行一一检 测各芯片元件的功能，若发现问题，要把问题一点一点缩小，这才能找到问题所在。硬 件电路焊完之后，在上电之前一定要先用万用表检测电源和地之间是否短路。上电之后 要用示波器观察信号的在电路中变化的情况，与设计当初的情

33、况相比较，找出差别，并 进行分析。在系统各个部分都调试完毕之后，即可以进行整个系统的调试。由于前面各 个部分的调试做的都比较充分，所以在实际调试过程中，能够较顺利的实现整个系统预 期的功能。系统的性能分析：经调试分析，此系统的时钟信号发生系统与倒计时系统均能稳定止常工作，能在倒 计时结束后一直发出响铃。响铃后计数器自动再从99秒开始倒时计数，倒计时完后即 自动停止响铃，实现了自动停止闹铃的功能。能够通过两个计数器的mr端高低电平开 关实现清零功能。系统能在设定的时间内闹铃，只能设置0, 10,20,30到90秒数的 设置。本系统通过测试，能够实现以下功能：1）具有清零功能；2）具有可调节闹铃时

34、间功能；3）可自动或手动结束闹铃；不足之处：电源处没有设计二极管防止反接的电路，倘若在调试或试用板子时把电源的正负两 极接反，这可能会造成芯片以及板子电路的烧毁。为了保证每个电子元件工作的稳定， 在电源处应设计滤波电容，毕竟个电源输出的电压电流等参数不一样。仿真并不等于实 物电路，仿真平台有许多确定的条件，而实际制作之中参与者或多或少的不确定因素， 只有通过不断调试才能实现板子的原有功能。为期两个星期的课程设计已接近尾声。我也终于顺利地完成了课题一一简易电子钟 的制作硬件设计，从中我学到了很多知识，提高了自身能力，受益匪浅。理论和实践相结 合对于我们电子专业的学生来说尤为重要。两年期间，我们学习了很多书木知识，但是 实际的操作和动手能力的培养相对来说比较少。这次课程设计课题比较新颖并强调了对 平时所学内容的综合应用，同时又给了我们充分的操作训练的机会，真正实现了理论联 系实际。我在课程设计的过程中，时常要运