多功能数字钟.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date多功能数字钟中国矿业大学徐海学院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1日 成 绩： 指导教师： 年 月 电子技术综合设计任务书学生姓名 专业年级 学号 设计日期：2010 年 9月14日 至 2010 年 10 月 1 日

2、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LG5011AH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（计算机打印）4. 设计原理图用PROTEL99设计原理图（计算机打印）5. 设计PCB版图用PROTEL99设计PCB板图（计算机打印

3、）6. 功能扩展要求设计：定点报时功能 12小时归1计数电路指导教师签字： 年 月 日摘 要数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒，数字显示的计时装置。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不可少的必需品。给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。在公共场所或服务性办公地点，需要一个醒目的自动数字钟，供人们使用。在测量仪器中，也需要显示或记录。由电子电路实现一个自动数字钟，完成秒分时以及星期的自动调节功能。 数字钟由于其具有

4、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，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。本次做的数字钟是以单片机（）为核心，结合相关元器件，再配以相应的软件，达到制作简易数字钟的目的，其硬件部分的难点在于元器件的选择，布局和焊接。关键字：数字钟，计

5、数，译码，显示，定点报时，校准电路，数码显示器。 目 录第一章 数字钟的设计51.1 原理方框图51.2 秒脉冲发生器51.2.1 55551.2.2 555构成多谐振荡器（f=1HZ）61.3 秒、分、小时计数电路61.3.1 CC4518芯片功能介绍：61.3.2 构成60、24进制计数单元电路71.4 译码、显示电路81.4.1 CC4511芯片功能介绍：81.4.2 60进制计数、译码、显示单元电路91.4.3 24进制计数、译码、显示单元电路101.5 校时电路101.6扩展功能定点报时111.6.1芯片功能介绍111.6.2 定点报时电路12第二章 焊接板电路分析122.1 石英晶

6、体振荡器122.2 晶振构成秒信号发生器132.2.1芯片功能介绍132.2.2 分频电路132.3 二极管与门工作原理142.4校准开关工作原理142.5发光二极管工作原理142.6 整流桥部分的工作原理14第三章 焊接与调试153.1 系统硬件安装、调试中遇到的问题：153.2 问题现象、可能存在的原因；153.3 排除方法和效果：15第四章 附录164.1 数字钟电路原理图（8K白纸手工画图）164.2系统整体仿真图（计算机打印）174.3 数字钟电路Protei设计图（计算机打印）184.4 印刷电路板的元件分布图（计算机打印）194.5 印刷电路板布线图（计算机打印）204.6 基本

7、电路元件清单214.7 扩展电路元件清单21第五章 总结22第六章 致谢22第七章 参考文献22 第一章 数字钟电路的设计 1.1 原理方框图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。分频电路定点报时分计数电路秒脉冲信号发生器分显示电路分译码电路秒计数电路秒显示电路时显示电路时译码电路时计数电路校准电路秒译码电路图1.1-1 数字钟主体电路图 图1.2-1 数字钟方框图1.2 秒脉冲发生器1.2.1 555芯片介绍：1.地

8、2./TR3.OUT4./R5.CO6.TH7.D8.VCC图1. 3-1 555芯片管脚图1.2.2 555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1.2.3 555构成多谐振荡器电路图（f=1HZ）图1.2-2 多谐振荡器电路图 1.2-3 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=1s 1.3 秒、分、小时计数电路 1.3.1 芯片功能介绍： 图1.4-1CC4518管脚图 1.3.2 CC4518功能表和计数状态表CC4

9、518功能CC4518计数状态CL (CP0)EN (CP1)R功 能CPQ4Q100加计数0000010加计数100010不 变200100不 变3001100不 变4010010不 变501011Q3Q0=060110 1.3.3 CC4518构成60、24进制计数单元电路 60进制计数电路（个位向十位的进位脉冲，需用Q4的下降沿,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，达到效果。 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

10、 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，达到效果。1.4 译码、显示电路CC4511实现译码，LG5011AH共阴数码管实现显示电路。 1.4.1 芯片功能介绍： CC4511管脚图 图1.4-1 CC4511管脚图 CC4511功能表显示输 入输 出LEBILTDCBAabcdefg00110000111111010110001011000020110010110110130110011111101140110100011001150110101101101160110110001111170110111

11、1110000801110001111111901110011110011消隐011101000000001111消隐010000000锁存111锁存灯测试01111111功能说明：（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

12、。LG5011AH管脚图图1.5-2 LG5011-11 LED/7段（共阴极）数码管1.4.2 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。 1.4.3 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。1.5 校时电路S1S2功能11计数10校分01校时图1.6-1 校时电路图1.6扩展功能1.7.1 芯片介绍八D锁所存器管脚图 图1.6-1 八D锁所存器管脚图 图1.6-2 八D锁所存器内部

13、结构图内部结构图： 图1.7-3 2输入4同或门图 图1.7-4 4输入2与门图1.6.2 定点报时电路工作原理：首先，设定好报时时刻（如：12时12分24秒）， 用74LS273锁存器进行锁存；4518计时器进行正常计时，通过74LS266同或门相接，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，使三极管导通，音乐芯片发出报时声音，达到效果。第二章 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：石英谐振器简称为晶振，它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时

14、会产生机械振动，当交变电场的频率与田英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。利用这种特性，就可以用石英谐振器取代LC(线圈和电容)谐振回路、滤波器等。由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点，被应用于家用电器和通信设备中。 石英谐振器按引出电极情况来分有双电极型、三电极型和双对电极型几种。图l为双电极型石英谐振器的外形，尽管它们的体积有大有小、固有振荡频率有高有低，但在电路图中均用图1(b)符号表示。三电极型和双对电极型石英谐振器的符号见图。2。石英谐振器因具有极高的频率稳定性，故主要用在要求频率十分稳定的振荡电路中作谐振元件，如彩电的色副载波

15、振荡器、电子钟表的时基振荡器及游戏机中的时钟脉冲振荡器等，石英晶体成本较高，故在要求不太高的电路中一般采用陶瓷谐振元件。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（国外同类型号：CD4060、MC4060）分频原理：CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。所有的计数器位均为主从触发器。在CP1(和CP0的下降沿计数器以二进制 cp res

16、et输出状态 0不变 0进入下一状态 1所有输出都是低进行计数。在时钟脉冲线上使用斯密特 触发器对时钟上升和下降时间无限制。图2.2-1 CD4060分频器管脚图2.2.2 分频电路图图2.2-2 RC振荡图图2.2-3 晶体振荡图2.3 二极管与门工作原理000010100111工作原理： (1)当输人端A、B、C均为低电平即ViL=OV时，VD1、VD2、VD3均正向导通，如二极管正向压降为O.7V，则输出端L为低电平，VL=0.7V。 (2)当输入端A、B、C中任何一个或两个为低电平即ViL=0V时，接低电平输入的二极管导通，使输出仍为VL=0.7V，且输出的低电平又使其余接高电平输入的

17、二极管因反向偏置而截止。 (3)当输入端A、B、C均接高电平即ViH=+5V时，VDl、VD2、VD3均截止，输出端L的电位VD与VOC相等，即VL=+5V。综合上述，只有所有输入端都是高电位时，输出才是高电位，否则输出就是低电位，所以此电路为二极管与门电路。2.4 校准开关工作原理S1、S2用作校时切换，其中S1作校“时”， S2作校“分”用。当S1不与地连时，“秒脉冲”信号经两级与非门送到“时”输入，实现快速“时”校准；而S1接地时，“分进位”信号送入“时”输入，实现正常计时。而当S2向右拨时，使“秒脉冲”信号经过两级与非门送到“分”输入端，实现分的快速校准；当J2向左拨时，“秒进位”信号

18、经两级与非门送到“分”输入端，即实现正常计时。2.5 发光二极管工作原理发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导

19、带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。2.6 整流桥部分的工作原理 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。 第三章 焊接与调试3.1 介绍系统硬件安装、调试中遇到的问题； 这次的焊接电路都是有自己布线的，刚开始的时候不熟悉，所以能的乱七八糟，线路很乱，而且有的发光二极管不亮3.2 记录问题现象、

20、分析存在原因；原因可能是二极管有损坏或者电路虚焊或者其他原因。3.3 说明排除方法和效果。对模板的布线进行研究后，发现自己只注重局部不注重整体，所以很难看。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，发现电路完好不是虚焊，最后检查各个器件是否焊错，发现有两个电阻焊错地方，交换后二极管正常发光，排除问题。 第四章 附录4.1数字钟电路原理图4.2 系统整体仿真图4.3 数字钟电路Protei设计图4.4 印刷电路板的元件分布图4.5 印刷电路板布线图4.6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

21、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4.7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74LS27337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

22、电路板1 总 结在课程设计中，我学习到了很多的东西：首先，从对电路原理的理解研究到在电脑上自己创新，再到之后的焊接，这整个的流程让我对这门课程有了更深的认识，也了解了自己的不足。要完成一个项目知识是必不可少的，怎么样去查阅资料，收集与课设要用的有关的知识就显得极为重要。其次，要完成一件工作，还得专心致志才行，细心耐心，这次的项目花费了不少的时间，不论理解原理还是焊接都是如此。第三，在焊接时出现了不少的问题有时候一时半会结局不掉，所以遇到困难要冷静，要多想解决办法，多尝试。 通过这次实验，我们也进一步熟悉数字电路的设计与特点，同时也基本上掌握了用555振荡器和74LS系列的集成对秒、分、时及其进

23、位的实现。而且让我们了解了电路设计的基本思路，增强了实践动手能力，理论结合实际的能力加强。除此以外，我们还深深地认识到严谨、认真的科学态度在科学实验中发挥的重要作用。数字钟电路实现了对时、分、秒数字显示的计时装置,周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，并具有校时功能和定点报时功能。我也熟悉了六进制、十进制、六十进制的进位及十二进制，逻辑电路及其芯片各引脚的功能。在此次的数字钟设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。电子时代的到来，为我们提供了更加丰富多彩的生活，也给我们这些学习电子的提供了更多的机会。我们应该提高自身能力，适应新时代的发展。知

24、识来自实践，多去生活中探询所需要的。对于上述所提到的课题，我们应尽量考虑到人的因素，增强时钟的实用性和操作性，为使用者提供切实的方便，营造一种舒适的生活氛围。 致 谢 感谢各位老师及帮助过我的同学，这次的经历使我感触颇深，我学到的不仅是理解原理及焊接的过程，更重要的是我学会了如何学习，也锻炼了自己的心智。在设计中使我掌握典型数字电路的分析与设计以及数字集成芯片的运用。将已经学过的比较零散的数字电路知识有机的、系统地联系起来，培养综合分析、设计电路的能力。它也锻炼了我独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。在这次设计中，最重要的是设计的过程，设计的思想和设计电路中的每一个环节，电路

25、中各个部分的功能是如何实现的。各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点。同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。本次设计得到了老师的帮助，她提出了许多的意见和建议，在此表示衷心的感谢。由于本人能力有限，在设计中难免会出现错误与不足，希望各位老师给予批评并提出宝贵意见。 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.-