多功能数字钟设计Word文档下载推荐.docx
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用PROTEL99设计PCB板图
6.功能扩展要求
设计：
①定点报时功能
指导教师签字：
年月日
摘要
本文介绍了基于石英晶体振荡器，分频器，计数器，译码器，LED显示器和校时电路的数字钟设计，在内容上详细的介绍了元器件的工作内容以及运用原理。
同时讲述数字钟的电路板焊接制作工艺中遇到的问题和处理方法。
数字钟是一种由石英晶体振荡器，分频器，计数器，译码器，LED显示器和校时电路来实现时、分、秒计时的装置，比机械式时钟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，因此得到了广泛的使用。
这次实验是设计一个多功能数字钟，用来实现24时、60分、60秒的计数功能。
本系统采用了CMOS系列双直插式中小规模集成芯片。
总体设计有主体电路和扩展电路两大部分组成。
关键词：
单片机、计数器、译码器、LED、定时、数字钟
目录
第一章数字钟简介5
1.1总体设计图5
1.2秒脉冲发生器5
1.2.1555芯片介绍5
1.2.2555构成多谐振荡器电路图（f=1HZ）6
1.3秒、分、小时计数电路6
1.3.1芯片功能介绍6
1.3.2CC4518构成60、24进制计数单元电路7
1.4译码、显示电路8
1.4.1芯片功能介绍8
1.4.260进制计数、译码、显示单元电路9
1.4.324进制计数、译码、显示单元电路10
1.5校时电路10
1.6扩展功能11
1.6.1芯片功能介绍11
1.6.2定点报时电路12
第二章焊接板电路12
2.2晶振构成秒信号发生器13
2.2.1芯片功能介绍13
2.2.2分频电路13
2.3二极管与门工作原理14
2.4校准开关工作原理14
2.5二极管工作原理14
2.6整流桥部分的工作原理14
第三章电路板的问题与处理15
3.1电路板问题15
3.2电路板的焊接问题15
第四章附录16
4.1数字钟电路原理图16
4.2系统整体仿真图17
4.3数字钟电路Protei设计图18
4.4印刷电路板的元件分布图19
4.5印刷电路板布线图20
4.6基本电路元件清单21
4.7扩展电路元件清单21
第五章总结21
第六章致谢22
第七章参考文献22
第一章数字钟的设计
1.1总体设计图
数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的电路。
因为计数的起始时间与标准时间的不一致，所以要在电路上加一个校时电路，同时又要求标准的1HZ时间信号做到准确稳定。
通常我们使用石英晶体振荡电路构成数字钟。
这样的数字钟会比较稳定，也更加精确。
1.2秒脉冲发生器
1.2.1555芯片介绍
555芯片介绍
管脚图：
1.地
2./TR
3.OUT
4./R
5.CO
6.TH
7.D
8.VCC
引出端功能符号说明
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
1.2.2555构成多谐振荡器电路图（f=1HZ）
图1-2多谐振荡器波形
图1-1555电路
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
用CC4518构成60、24进制计数电路，然后级联组成时、分、秒整体计数电路。
CL（CP0）
↑
↓
×
1
EN（CP1）
R
加计数
不变
Q3～Q0=0
1.3.1芯片功能介绍：
管脚图
1.3.2CC4518构成60、24进制计数单元电路
60进制计数电路
十位
个位
图1-360进制单元电路
60进制计数电路工作原理：
计数到60时（Q3A至Q0A=0110），使MRA为“1”，低位的进位给高位提供了脉冲，使得十位同步清零。
24进制计数电路
图1-424进制单元电路
24进制计数电路工作原理：
计数到24时（Q3A至Q0A=0010Q3B至Q0B=0100），个位的进位给高位提供了脉冲，1号与门MRA和MRB同时为“1”，使得个位和十位同步清零。
1.4译码、显示电路
1.4.1芯片功能介绍：
CC4511功能表
CC4511管脚图
显示
输入
输出
LE
BI
LT
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
2
3
4
5
6
7
8
9
消隐
锁存
灯测试
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
Q0－Q3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a－b都为低电平，各字段熄灭。
（3）数码显示：
当BI=1LT=1LE=0，译码器工作，当Ｑ3Ｑ2Ｑ1Ｑ0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。
LC5011-11LED/7段
（共阴极）数码管
LC5011-11管脚图
1.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
UＤ（手册数据），工作电流为I（手册数据），译码器输出的高电平Ua~g，则限流电阻上的电压应该为U－UＤ，限流电阻阻值：
R ＝（Ua~g－UＤ）／I
3.高电平点亮数码管，显示数字0~9。
图1-5数码管显示
1.4.260进制计数、译码、显示单元电路
图1-660进制计数、译码、显示电路
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。
1.4.324进制计数、译码、显示单元电路
图1-724进制计数、译码显示电路
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
当S1断开，计数器的个位脉冲由十位进位脉冲控制，当S1闭合时，计数器的个位脉冲由校时脉冲提供，实现校时功能；
分位的校时原理与个位相同。
校时脉冲
1HZ
快校时
单次脉冲
慢校时
S1
S2
计数
校分
校时
（a）开关特性功能表（b）校时脉冲功能表
1.6扩展功能
1.6.1芯片功能介绍
八D锁锁存器
管脚图：
芯片内部结构图：
1.6.2定点报时电路
图1-8定点报时电路
通过校时开关设定报时时刻，在74LS273进行锁存；
4518时钟计时，只要时间和设定的报时时间完全相同时，同或门74LS21全部出“1”，再由74LS21与门出“1”，使三极管9013导通，音乐芯片开始工作。
第二章焊接板电路分析
晶体振荡器工作原理：
对称式多谐振荡器是一个正反馈振荡电路。
G1,G2是两个反相器，C1,C2是两个耦合电容，RF,R是两个反馈电阻。
只要恰当地选取反馈电阻的阻值，就可以使反相器的静态工作点位于电压传输特性的转折区。
电容C１、C２与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。
由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。
2.1石英晶体振荡器
选用32768Hz的晶振构成振荡电路：
图2-1晶体振荡器电路
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芯片功能介绍
CD4060分频器（国外同类型号：
CD4060、MC4060）
分频原理：
Q4：
24=16
↓
Q14：
214=32768/2
功能表：
cp
reset
输出状态
进入下一状态
所有输出都是低
2.2.2分频电路
图2.2-2晶体振荡图
图2.2-1RC振荡图
2.3二极管与门工作原理
原理：
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。
S1、S2用作校时切换，其中S1作校“时”，S2作校“分”用。
当S1不
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