数字钟电子设计论文.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流数字钟电子设计论文.精品文档.电子技术综合设计姓 名： 学 号： 专 业： 电气工程及自动化 题 目： 简易数字钟 专 题： 电子技术综合设计 指导教师： 设计地点： 电工电子实验室 时 间： 年 12 月 电子技术综合设计任务书学生姓名 专业年级 电气 学号 设计日期： 20 年 11月 16 日 至 20 年 12 月 日设计题目： 电子技术综合设计设计专题题目：简易数字钟设计主要内容和要求：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LG5

2、011AH共阴数码管设计译码及显示电路（数码管需加限流电阻）； 用脉冲开关设计校准功能； 用32768Hz晶振构成秒脉冲信号发生器（32768Hz脉冲需经过CD4060的14级分频得到2Hz脉冲，再经过CD4040的2分频得到秒脉冲）2. 整体电路原理图60秒（60分）及24小时-计数、译码、显示(4路)用8K复印纸手工画 (如同实数字验指导书P22图6-5 )3. EWB仿真图60秒、60分、24小时-计数、译码、显示（6路）计算机打印4. 设计原理图用PROTEL99设计原理图并打印。5. 设计PCB版图用PROTEL99设计PCB板并打印。6. 功能扩展要求设计：整点报时功能 12小时归

3、1计数电路指导教师签字：摘要21世纪，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。本次设计以数字电子为主，分别对秒计时显示、分计时显示、小时计时显示、校时电路、自带秒脉冲信号源进行设计，然后将它们组合，来完成时、分、秒的显示并且有自带秒脉冲信号源、走时校准的功能。并通过本次设计加深对数字电子技术的理解以及更熟练使用计数器、触发器和各种逻辑门电路的能力

4、。电路主要使用集成计数器，例如CD4060、CD4518，译码集成电路，例如CD4511，LED数码管及各种门电路和基本的触发器等。关键字：计数器；显示器；晶体振荡器；分频器；校时电路；目 录1. 绪论 -12. 硬件系统设计3. 附录 4. 系统调试5. 结束语第1章 绪论数字钟被广泛用于个人家庭、车站、码头、办公室等公共场所，成为人们日常生活中的必需品。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，运用超过老式钟表，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。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、

5、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及其扩大应用，有着非常现实的意义。因而本系统采用555定时器、分频器、计数器、显示器和校时电路组成。由LED数码管来显示译码器所输出的信号。采用了74LS系列中小规模集成芯片。其主体电路完成数字钟的基本功能。，从而从底层了解其基本原理。由于自身知识能力有限，设计过程有不尽人意之处，希望得到老师的大力指点和教导。下面是对其功能进行简单的论述电路的基本功能如下图本设计通过两种秒脉冲发生电路进行EWB及硬件的设计，在晶振脉冲电路中加入分频电路从而达到要求频率，秒、分、时计数、译码、显示电路中

6、对60和24进制进行了详细的论述，校时电路时有逻辑电路组成的。还可进行一定的扩展，达到定时，整点报时，伪电台电路等。此次电子设计对主体电路进行了详细的论述并通过电子焊接实现了其功能如下图所示：第2章 秒脉冲发生器第2.1节 555构成多谐振荡器555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强, 目前得到了非常广泛的应用。2.1.1 555定时器芯片介绍555芯片是一种中规模集成电路只要在外部配上适当阻容元件就可以方便地构成脉冲产生和整形电路管脚图及其管脚符号说明如下： 图2.1 555管脚图 图2.2 555管脚符号说明2.1.2 555构成多谐振荡器555时

7、基电路是一种使用极为广泛的集成电路.根据外接电路的不同,可作波形发生器,产生方波,锯齿波等,可作单稳双稳电路,可作定时器比较器等.多谐振荡器是一种无稳态电路。接通电源以后，不需外加触发信号，就能自动地不断反转，产生矩形波。1.电路组成图2.3是用555定时器构成的多谐振荡器，其工作波形如图2.4所示。图中复位端（4）接高电平，阈值输入端（6）与触发输入端（2）端接，R1、R2和C事外接定时元件，0.01uF电容是滤波电容。vOVCCR1C0.01uF12348765R2 图2.3 有定时器构成的多谐振荡器vC0t0tvoVCC /32VCC /3t1t2t3 图2.4 多谐振荡器工作波形2.工

8、作原理 Vcc通过R1、R2向C充电,在VC 没有充电到 2VCC/3 之前,Vo 保持 1 不变。 当VC2VCC /3时，Vo由1翻转为 0 。此时T 导通，然后电容C 经R2、T放电。当Vc降至VCC /3时，使得Vo回到 1 从而T截止，电容C 再充电，进入循环 .第一个暂稳态的脉冲宽度Tw1,vcc从VCC/3充电上升到2VCC/3所需的时间 Tw1=0.7(R1+R2)C第二个暂稳态的脉冲宽度Tw2,vcc从2VCC/3放电下降到VCC/3所需的时间 Tw2=0.7R2C振荡周期： T= Tw1+Tw2=0.7(R1+2R2)C频 率： f=1/T=1.43/(R1+2R2)C选取

9、参数：f=1HZ R1=500K R2=250K C=1.43uF Tw1=0.751s Tw2=0.250s T=1.001sEWB仿真电路如图2.5图2.5 555构成多谐振荡器电路图第2.2节 石英晶体振荡器1.石英晶体谐振器, 简称石英晶体, 具有非常稳定的固有频率。32768Hz晶振 如图2.6 图2.6 晶体振荡2.分频器由于石英晶体振荡器产生较高的32768HZ的频率，而电子钟需要秒脉冲，所以经过CD4060的14级分频分出2Hz，再经过CD4040的2分频分出秒脉冲.具体电路如图2.7 图2.7 晶振和分频构成的秒脉冲信号电路第3章 秒、分、小时计数电路电子钟是由秒、分、时组成

10、。现用CC4518构成60进制和24进制计数器，然后进行级联组成秒、分、小时计数。第3.1节CC4518芯片介绍如图3.1CL (CP0)EN (CP1)R功 能10加计数00加计数0不 变0不 变00不 变10不 变1Q3Q0=0 图3.1 CC4518的管脚图及功能表CC4518为双BCD加计数器，该器件由两个相同的同步4级计数器组成。计数器级为D型触发器。具有内部可交换CP和EN线，用于在时钟上升沿或下降沿加计数。在单个单元运算中，EN输入保持高电平，且在CP上升沿进位。CR线为高电平时，计时器清零。3.2 60、24进制60进制CC4518为十进制，个位由1001变为0000时对十位有

11、一下降沿，此时十位开始计数。十位构成六进制到达0110时，通过“与门”输出高电平，分别接个位和十位的清零端。从而构成六十进制（如图3.2）。 图3.2 六十进制24进制24进制同60进制类似，当十位和个位计数到达0010 0100时通过“与门”输出高电平，接至个位和十位的清零端。级联将秒位上清零端的电平接至分位的EN端，从而产生下降脉冲对分位进位开始计数，同理分接时。级联如图3.3 分 时 图3.3 CC4518 60分24小时第4章 译码、显示电路CC4511译码CC451是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段

12、译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD451是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列及功能表如图4.1所示。其中A B C D为 BCD 码输入，A为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管

13、。显示输 入输 出LEBILTDCBAabcdefg001100001111110101100010110000201100101101101301100111111011401101000110011501101011011011601101100011111701101111110000801110001111111901110011110011消隐011101000000001111消隐010000000锁存111锁存灯测试01111111 图4.1 CC4511管脚图及功能表 LC5011（共阴极）数码管(3、8) 如图4.2是七段数码显示器字形，它由七个字段组成。每个字段是用半导体材

14、料做成的发光二极管（LED）。显示器有一个公共接地端（共阴显示器），七个字段输入控制端和一个小数点控制端。发光字段的不同组合便可得到09的不同数字显示。 图4.2译码/显示电路如图4.3: 图4.31. 数码管内部已将3端、8端连接在一起，所以使用时，3端接地，8端悬空。2.限流电阻计算：数码管的工作电压为U（手册数据），工作电流为I（手册数据），译码器输出的高电平Uag，则限流电阻上的电压应该为UU，限流电阻阻值： R（UagU）I 第5章 校时电路当电子钟接通电源或者计时发现误差时，均需要校正时间。校时电路分别实现对时、分的校准。单刀双掷开关，闸刀断开时正常计数。电路如图5.1至时个位计数

15、器 至分个位计数器 分十位进位脉冲 秒十位进位脉冲 S1 S2 校时脉冲图5.1 校时电路S1、S2处于断开（1 1）时时钟电路正常计数，当S2闭合，开始对分进行校准；当S1闭合，开始对时开始进行校准。脉冲可以由555构成的多谐振荡电路提供1HZ的脉冲，也可以由单刀开关进行单次脉冲校时。第6章 电子钟EWB仿真图第7章、数字钟电路Protei设计图第8章、印刷电路板的元件分布图第9章 扩展功能1.数字钟闹时功能：例如：上午7点59分发出闹时信号，持续一分钟；7点59分对应数字钟的计时状态为0111（时个位） 0101（分十位） 1001（分个位）闹时控制信号K=（Q2Q1Q0）(Q2Q0) (

16、Q3Q0)2仿电台报时电路3定点报时电路定点报时电路是由74LS21、74LS266、74LS273、三极管9013和蜂鸣器构成。输入时间为59分40秒，产生脉冲，当数字钟计时到59分40秒时通过74LS266“同或”输出高电平给74LS21“与门”最后通过三极管9013放大，蜂鸣器开始工作（报时）。10 附录.基本电路元件清单序号型号参数数量(个)1集成芯片CC451832CC451163CC406014CC404015芯片座16P116数码管LG5011AH67晶振3276818三极管PNP(1015)19发光二极管5410二极管IN40074114148612电解电容100uF16V51

17、3电容独石1041214电阻1/4W1M415220K5164704217220218微动开关6*6*6419稳压电源座3.5空心座120电路板扩展电路元件清单序号型号参数数量(个)1集成芯片74LS214274LS2733374LS26654芯片座14P95 20P36三极管901327开关18蜂鸣器19喇叭110电路板系统调试EWB软件设计当中出现两处问题1.问题：在通过EWB显示时，按照原始思想设计则显示器的最初值总是“1”，始终达不到理想的“0”。随后通过逻辑分析仪分析，4518的输出波形总是从“0001”开始。解决方案：我思考怎样使其初始为“0000”，通过老师点拨使其延迟一个脉冲，

18、查找4518功能表，“MR”为“0”时能够正常工作，通过D触发器和一个“或门”达到了预想结果，如上图所示。2.问题：555多谐振荡器输出的脉冲不稳定解决方案：在555多谐振荡器输出端接一个“非门”PROTEL中遇到的问题1.问题：protel封装库中没有对于发光二极管的封装，因此需要自己画封装解决方案：通过与普通的二极管封装（RB.2/.4）对比画出RB.2/.4.12.微动开关的封装将其四角封装为SW-PB参考文献1 曹国清.数字电路与逻辑设计.徐州：中国矿业大学出版社， 19982 邓元庆，贾鹏数字电路与系统设计。 西安：西安电子科技大学出版社，20033康华光电子技术基础。 北京：高等教

19、育出版社 2000参考网站www.PP电子之城www. cndZZ.com电子电路图站www. 电子爱好者结束语通过这次对数字钟的设计，让我受益非浅。首先深入的了解了设计电路的程序。当我们接手一个课题或项目的时候，不是马上就动手搞。而是应该先进行可行性论证。首先提出几套方案，然后对各个方案进行对比。即要在性能上面比较，又要在是否经济合算上面对比。假如我们设计了一个性能很好的产品，但是其中的某个元器件却很难买到，或者价格很高。那么，我们就应该要考虑是否采用这个设计的方案。最后找出最适合的设计方案。同时加深了对芯片的了解及其应用。将书本上面学到的知识和实际应用相结合，我们会发现理想的与实际有一定的差距，比如说555构成的多谐振荡电路输出的脉冲，有时要通过非门进行修正。对于芯片的使用，我们应该在了解它的各项功能的前提条件下，灵活巧妙地运用。具体的芯片资料和图片我们通过查阅相关的书籍及老师的指导，在网上也能够很方便的查找。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，但是由于时间方面的原因，我们没有完全按照最初的要求严格来做，因而还有很多问题我们没有发现，也还有很多知识我们没有接触到。这对我们来说也是一个遗憾把。所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。