电子线路设计薛文华

1、绍兴文理学院电子信息工程专业电子线路课程设计报告设计题目： 数字日历 专 业： 电子信息工程 班 级： 电信132 学 号： 13104230 姓 名： 薛文华 同组人员： 游丰豪 杨寓婷 徐鑫豪 指导老师： 罗 珩 完成日期： 2015.7.15 电子线路课程设计说明书××××××××目录1 设计任务和性能指标11.1 设计任务11.2 性能指标12 设计方案22.1 需求分析22.2 方案论证23 系统硬件设计43.1 555定时器接成的多谐振荡器43.2 芯片74LS90D63.3 数码管63.4 电阻电容二

2、极管83.4.1电阻83.4.2电容83.4.3二极管93.5校时电路103.6译码显示器103.7时分秒年月日电路113.7.1113.7.2114 安装、调试/仿真、调试124.1 调试步骤124.2 实验测试结果/仿真结果及性能分析135 总结146、参考文献15附录1 系统硬件电路图/仿真电路图16电子线路课程设计说明书××××××××1 设计任务和性能指标1.1 设计任务u 设计一个有年，月，日，时，分，秒（24小时制）显示且有校准功能的数字日历。采用中小规模集成电路组成，Proteus或Multisim

3、平台上进行仿真实现。（运放用电源自己设计）。u 按设计指导书中要求的格式书写，所有的内容一律打印；报告内容包括设计过程、测试的结果及分析、设计总结；要有整体电路原理图、各模块原理图、完整的元器件清单；测试要给出相关测试方法、步骤及对应作品。u 课程设计实现基本流程：根据设计思路（方案），对课题进行模块划分，选择合适的电子元器件，设计相应的电路，直至整体设计符合要求。然后进行实际电路装配、调试和测量；或者可在Proteus、Multisim平台上仿真实现。如验证结果不满足要求，则修改设计，直到满足要求为止。u 学生按规定时间到实验室进行相关设计，教师验收，然后学生撰写符合规范要求的设计报告，经指

4、导教师审核通过后，一并上交报告的电子稿和打印稿。结合课题要求，设计实现和调试经历，撰写一份符合规范要求的课程设计报告。u 学生以小组为单位在课余时间自主查找资料并以计算机为操作平台进行设计；1.2 性能指标数字日历是一种采用数字电路技术实现“年”、“月”、“日”、“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。与机械时钟相比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，不仅作为家用电子时钟为大家喜爱，而且可以用于机场、车站、码头、体育场、等公共场所，给人们提供了准确的时间。在此基础上，可以加载做出万年历的时钟显示器，对各年份都能显示出来。万年历数字时钟从原理上来说是一种典型的数字电路。目

5、前，数字日历的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。但从学习的角度考虑，在此设计报告中以小规模的集成电路来设计制作数字日历。2 设计方案2.1 需求分析 在当代繁忙的工作与生活中，时间与我们每一个人都有非常密切的关系，每个人都受到时间的影响。为了更好的利用我们自己的时间，我们必须对时间有一个度量，因此产生了数字日历。日历的发展是非常迅速的，从刚开始的机械式钟表到现在普遍用到的数字式钟表，即使现在钟表千奇百怪，但是它们都只是完成一种功能计时功能，只是工作原理不同而已，在人们的使用过程中，逐渐发现了钟表的功能太单一，没有更大程度上的满足人们的需求。因此在这里，我想能不能把一些辅助功

6、能加入钟表中去。改革开放30年来，中国电子万年历市场从无到有，从小到大、从总量快速扩张到结构明显升级，逐步形成了有中国特色的多样化、多层次的消费市场。电子万年历市场规模比改革初期扩大了几倍乃至几十倍，其发展成就令世人瞩目。同时随着数字技术网络技术飞速发展，今天数字万年历也得到了迅猛的发展。万年历早超越了单纯的钟表只显视时间的结构，它已经了发展成为一套完整的系统。它在日常生活发挥着巨大的作用人们对它需求也越来越高。本系统采用了以广泛使用的数字集成电路为核心，硬件结合，使硬件部分大为简化，提高了系统稳定性，并采用LED显示电路、使人机交互简便易行，此外结合音乐闹铃电路、看门狗和供电电路。本方案设计

7、出的年历可以显示年、月、日、时、分、秒功能。2.2 方案论证方案一：在现今的电子日历具有性能稳定、精确度高、成本低、易于产品化，以及方便、实用 等特点。本次设计可分为两部分：硬件系统、软件系统。利用LED显示器能显示出当前的时间包括年月日时分秒并且能计算出闰年的功能的电子日历装置。由于LED显示器只有六个数码管所以不能同时显示年月日和时分秒。所以通过键盘的按键来决定显示的是年月日还是时分秒，利用单片机将RC复位电路、动态显示电路、电源电路、去抖电路等正确的连接在一起，并通过单片机的编程来实现本次设计任务中的要求。方案二：中小规模集成电路，先进行仿真，其中振荡器和分频器组成标准的秒信号发生器，由

8、不同进制的计数器、译码器和显示器组成组成计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“秒”“分”“时”“日”“月”“年”的十进制数字显示出来。 “分”“秒”显示分别由60进制计数器、译码器和显示器构成，“时”显示由24进制计数器、译码器和显示器构成。“日”显示由30进制计数器、译码器和显示器构成。 “月”显示由12进制计数器、译码器和显示器构成。另外，“周”由7进制计数器进行星期显示。（1）震荡电路设计：可采用由集成电路定时器555与RC组成的多谐震荡器。选用555定时器构成多谐振荡器，振荡器的频率为1赫兹。（2）分频电路设计：采用14片74LS90级联，最终得到1HZ的方波信号供秒计数

9、器进行计数。(3)时、分、秒、日、月、年计数电路设计：时间计数电路由秒个位和秒十位,分个位和分十位及时个位和时十位计数器电路组成,其中秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器为60进制计数器,而根据设计要求,时个位和时十位为24制计数器。(4)译码显示电路设计：将计数器输出的8421BCD码转换成数码管需要的逻辑状态,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。(5)校时电路设计：用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整，保证了电子钟的准时，正常的工作。为了更熟悉中小集成电路的电路原理，为了更好的运用，所以我们选择方案二。3 系统硬件设计3.1 555定时器接成的多谐振荡器555定时

10、器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。VT+=2/3VccVT-=1/3Vcc故电路的振荡周期为：T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2输出脉冲的占空比为：3.2 芯片74LS90D3.3 数码管数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管也称LED数码管，不同行业人士对数码管的称呼不一样，其实都是同样的产品。数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码

11、管多一个发光二极管单元，也就是多一个小数点（DP）这个小数点可以更精确的表示数码管想要显示的内容；按能显示多少个（8）可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管。按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管

12、的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。静态显示驱动静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了

13、硬件电路的复杂性。动态显示驱动数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，

14、每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。3.4 电阻电容二极管3.4.1电阻：电阻器的主要参数有标称阻值（简称阻值）、额定功率和允许偏差: （一） 标称阻值 标称阻值通常是指电阻器上标注的电阻值。电阻值的基本单位是欧姆（简称欧）用""表示。在实际应用中，还常用千欧（k）和兆欧（M）来表示。 兆欧（M）、千欧（k）与欧姆（）之间的换算关系是： 1M=1000k 1

15、k=1000 （二） 额定功率 额定功率是指电阻器在交流或直流电路中，在特定条件下（在一定大气压下和产品标准所规定的温度下）长期工作时所能承受的最大功率（即最高电压和最大电流和乘积）。 电阻器的额定功率值也有标称值，一般分为1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、3W、4W、5W、10W等，其中1/8W和1/4W的电阻器较为常用。 （三） 允许偏差 一只电阻器的实际阻值不可能与标称阻值绝对相等，两者之间会存在一定的偏差，我们将该偏差允许范围称为电阻器的允许偏差。 允许偏差小的电阻器，其阻值精度就越高，稳定性也好，但其生产成本相对较高，价格也贵。 通常，普通电阻器的允许偏差为±5%、

16、±10%、±20%，而高精度电阻器的允许偏差则为±1%、±0.5%。3.4.2电容：电容器，通常简称其容纳电荷的本领为电容，用字母C表示。定义1：电容器，顾名思义，是装电的容器，是一种容纳电荷的器件。英文名称：capacitor。电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于电路中的隔直通交，耦合，旁路，滤波，调谐回路， 能量转换，控制等方面。定义2：电容器，任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体（包括导线）间都构成一个电容器。3.4.3二极管：二极管是最常用的电子元件之一，它最大的特性就是单向导电，也就是电流只可以从二极管的一个方向流过，二极管的作用有

17、整流电路，检波电路，稳压电路，各种调制电路，主要都是由二极管来构成的，其原理都很简单，正是由于二极管等元件的发明，才有我们现 在丰富多彩的电子信息世界的诞生，既然二极管的作用这么大那么我们应该如何去检测这个元件呢，其实很简单只要用万用表打到电阻档测量一下反向电阻如果很小就说明这个二极管是坏的，反向电阻如果很大这就说明这个二极管是好的。对于这样的基础元件我们应牢牢掌握住他的作用原理以及基本电路，这样才能为以后的电子技术学习打下良好的基础。晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的pn结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于pn结两边载流子浓度差引起的扩散电流

18、和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，pn结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。pn结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。3.5校时电路在电路连接检测中为了能快速的见到效果或快速校时利用开关与一个或逻辑门74LS32D相连，输出端接入计数器，输入端接进位信号

19、和校时信号，通过按钮开关控制。以5V的恒定电压作为校准信号，通过开关来调整数码管的显示。3.6译码显示器本次设计采用的是自带译码功能的数码管DCD_HEX_DIG_YELLOW，四个输入端对应连接计数器的四个输出端。3.7时分秒年月日电路3.7.1设计时分秒电路，在Multisim平台上设计出如图电路，按下调试开关，显示如图，六十秒以后，进一分钟，六十分钟进一个小时，六十个小时重置零，调试成功，用74LS90D进行六十进制，二十四进制，的电路设计连接。与门进行各线路的连接。3.7.2年月日的设计，日使用30和31进制的编码来进制月份，月份采用十二进制向年进一，电路如图，调试成功。将年月日，时分

20、秒电路连接起来，进行最后的调试，我们改变电容的大小，频率的大小，来加快数值的显示，进行了3天的调试，彻底调试成功。4 安装、调试/仿真、调试4.1 调试步骤电路总体分为三部分进行调试：555振荡电路。由不同进制的计数器、译码显示器组成计时电路。校准电路。555:震荡电路：我们用555振荡电路构成1Hz的脉冲信号，刚开始测试阶段为了尽快看到进位将震荡周期调试的很小，在后来在其他电路都调试好了之后再返回调试振荡周期，但是调试过程中发现计算值与实际时间1s,有一定的差距，最后取值R1=21K，R2=4.7K，带入周期：T=0.7*（R1+2*R2）*C，据计算可得T=1S，即f=1 Hz。计时电路：

21、在做计时电路时，时分秒，年还是比较好做的，在做日月电路时遇到了困难。主要是大月是31天，小月是30天，2月是28天。在处理这个问题上刚开始不知如何是好，后来发现用上数据选择器可以实现。即用74HC151芯片和一般逻辑门做控制电路。可通过比较，每月可通过高位与低位的最高位相或，低位次高位及低位最低位三组数据表示，即可用大月为001,011,100,小月为010，101,2月为000来表示，将其分别送入74LS151的输入端A、B、C。校准电路：校准单路，用一开关74LS320，一端接上VCC，另外一端输出接入与门的输入端，与非门的另一输入端接上一级的输入，通过与门后再接入74LS90的R0（1）

22、，R0（2）。在日月计时电路上刚开始调试时日电路没法进位。如下图，为日的个位调整电路，这是通过修改后的电路，在未修改时，没有加上D2这个二极管，导致在时电路到达24时，日电路无法进位。74LS151为互补输出的8选1数据选择器，引脚排列如图所示，功能见表。选择控制端（地址端）为CA，按二进制译码，从8个输入数据D0D7中，选择一个需要的数据送到输出端Y，G为使能端，低电平有效。 （1）使能端G1时，不论CA状态如何，均无输出（Y0，W1），多路开关被禁止。838电子 （2）使能端G0时，多路开关正常工作，根据地址码C、B、A的状态选择D0D7中某一个通道的数据输送到输出端Y。 如：CBA000

23、，则选择D0数据到输出端，即YD0。新艺图库 如：CBA001，则选择D1数据到输出端,即YD1，其余类推。运用数据选择大月31进制为D1，D3，D4，小月30进制为D2，D5，29进制为D0。4.2 实验测试结果/仿真结果及性能分析1）数字钟计数功能测试：接通电源，在秒脉冲的作用下，电路开始计数，且时、分、秒、年、月、日分别为24、60、60、12、30/31、24进制。计数功能符合设计要求。2）校时功能测试：在显示时间时，按动年、月、日、时、分、秒按钮开关时，时、分均可以调节，且不按动时，计数电路能正常工作，校时功能符合设计要求。3）数据选择74LS151当在2月时，数字显示29重置0进1，当在1、3、5、7、8、10、12月时，数字在31重置0进1，挡在4、6、9、11时，数字在30重置0进1。仿真成功，各个部分电路运行正常，进制无误，也能进行校准。5 总结本次的实验设计让我更加熟悉理论，锻炼了自己的动手能力，以前只是学些理论，现在从一开始接受实训任务，和同学一起着手建立设计方案，我们一起讨论了很多方案，再到网上查阅相关资料，确定电路图到最终制作成型，每一步都必须真诚付出。刚开始我是做的并不成功，555定时器组成的多谐震荡电路里Vss的问题。必须统一电源都接Vcc 5V，否则年的个