数字钟课程设计报告Word格式文档下载.docx

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3）具有快速校准时间的功能。

（三）设计指标

1）实现12小时计时功能。

2）快速校准时间的功能。

3）能够整点报时。

第二部分：

方案一：

首先构成一个555定时器产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲，由74LS90采用清零法分别组成六十进制的秒记数器、六十进制分记数器、由74LS74、74LS191构成十二进制时记数器。

使用74LS48为驱动器，数码管作为显示器。

图2.2.1555多谐振荡器电路

图2.2.2方案一电路图

方案二:

首先构成一个石英晶体振荡器产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲，由74LS190采用置数法分别组成六十进制的秒记数器、六十进制分记数器，十二进制时记数器采用清零法。

用反相器与石英晶体构成的振荡电路如图2所示。

利用两个非门G1和G2自我反馈，使它们工作在线性状态，然后利用石英晶体JU来控制振荡频率，同时用电容C1来作为两个非门之间的耦合，两个非门输入和输出之间并接的电阻R1和R2作为负反馈元件用，由于反馈电阻很小，可以近似认为非门的输出输入压降相等。

电容C2是为了防止寄生振荡。

图为电子手表集成电路（如5C702）中的晶体振荡器电路，常取晶振的频率为32768Hz因其内部有15级2分频集成电路，所以输出端正好可得到1Hz的标准脉冲。

由6个74LS90构成计数器

图2.2.3方案二电路图

方案三

由555定时器构成多谐振荡器、CD4011、CD4518及CD4081组成的校时器和加法计数器，由CD4511作为译码器，数码管为显示器。

方案一和方案二都很正确，振荡器是数字钟的核心。

如果精度要求不高也可以采用由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。

因为74LS191及74LS74组成的时计数器相对比较复杂，而且由于石英晶体振荡相对较难实现，因此选用555定时器，CD4011、CD4518及CD4081组成的校时器和加法计数器，由CD4511作为译码器，数码管为显示器，即方案三

第三部分：

（一）总体框图设计

（二）总体原理说明

数字电子钟的逻辑框图如上图所示。

它由NE555芯片构成的多谐振荡器、计数器、显示器和校时电路组成。

多谐振荡器产生秒脉冲，秒脉冲送入计数器，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。

（三）总体设计图如下：

第四部分：

（一）、直流稳压电源的设计：

1.直流稳压电源在设计上分为如下几个模块：

2.整流桥的图示：

如图可知：

整流桥由四个二极管组成，是一个把交流电转换为直流电的装置，叫做全波整流。

它有四个引脚，两个交流端和两个直流端。

交流端接交流电，直流端用来输出直流电。

整流桥的作用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。

如下图为整流电路的整流效果：

3.滤波器

在稳压直流电源的设计中，我们采用了电容对整流后的电流进行滤波，将里面掺杂的交流电滤除，从而得到更纯的直流电信号。

电容器的特点就是：

对直流电表现出的阻抗极大，相当于不通。

对交流电，频率越高阻抗越小。

利用电容器的这个特点，我们就可以把混杂在直流电里的交流成分过滤出来，所以叫“滤波”。

经过滤波，交流成分都经过电容器回到电源去了，电容器两侧剩下的就是没有波动的纯直流电了。

4.稳压电路

利用稳压管的特性对电压进行控制。

实质上就是一个工作在反向击穿区的二极管，根据稳压管的伏安特性曲线（如下图）可以看出：

当加在二极管上的反向电压大于等于它的击穿电压时，随着电压的小幅波动电流相对变化很大。

我们就是利用它的这一特性来稳定电路中的电压的。

（二）、秒脉冲：

1.秒脉冲的示意图：

2.秒脉冲原理：

我们是用芯片NE555来实现这个秒脉冲的。

图中NE555外引线排列如上，其中1脚是电路地GND；

8脚是正电源端Ucc，工作电压范围为5~18V；

2脚是低触发端TR；

3脚是输出端OUT；

4脚是主复位端R；

5脚是控制电压端Uc；

6脚是高触发端TH；

7脚放电端DISC。

R1、R2和C为定时电阻和电容，C1为电压控制端稳定电容。

在信号的输出端产生矩形脉冲，其振荡频f=1.44/（R1+2R2）C。

由此我们可以计算出R1，R2，C1，C2的值。

（三）、校时电路：

1.数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。

上图即为用CD4011四2输入与非门实现的时或分校时电路。

引脚13与低位的进位信号相连，引脚8与校正信号相连，校正信号可直接取自秒脉冲产生的1HZ信号，输出端则与分或时个位计时输入端相连。

我们可以通过控制开关S2来实现较时。

（四）计数器：

1.在该数字钟中我们运用了CD4518芯片来实现加法计数的，如下为CD4518的引脚分布和内部逻辑电路图：

2.CD4518的功能介绍：

CD4518，该IC是一种同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～{15}。

该计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；

9脚或10脚），4路BCD码信号输出（3脚～6脚；

11脚～14脚）。

3.CD4518的真值表：

从表中可以看出，CD4518有两个时钟输入端CP和EN，若用时钟上升沿触发，信号由CP输入，此时EN端应接高电平“1”，若用时钟下降沿触发，信号由EN端输入，此时CP端应接低电平“0”，不仅如此，清零（又称复位）端Cr也应保持低电平“0”，只有满足了这些条件时，电路才会处于计数状态，若不满足则IC不工作。

（五）译码驱动：

CD4511是BCD锁存/7段译码器/驱动器，常用的显示译码器件。

CD4511的里面有上拉电阻，可直接或者接一个电阻与七段数码管接口。

1.其引脚如下图所示：

其中a、b、c、d为BCD码输入端，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。

a～g是7段输出，可驱动共阴LED数码管。

另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；

显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观。

2.CD4511的真值表如下图：

3.用CD4511和CD4518配合数码管组成一个一位计数显示电路，如下图所示：

若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只CD4511和LED数码管即可。

所谓共阴LED数码管是指7段LED的阴极是连在一起的，在应用中应接地。

限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300Ω的限流电阻。

（六）LED数码管图解：

LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。

这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。

当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。

如：

显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。

LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。

小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。

发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。

下图分别为共阴数码管的外形图和内部结构图：

LED数码管引脚共阴与共阳确定方法：

找个电源（3到5伏）和1个1K（几百欧的也行）的电阻，VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED会发光的，找到一个就够了，然后GND不动，VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阴的了。

相反用VCC不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阳的。

也可以直接用数字万用表，将档位拨到二极管通断性测试档，这时红表笔代表电源的正极，黑表笔代表电源的负极，然后在引脚上进行逐个测试，以确定共阳还是共阴。

一般十个引脚分别为7个段加2个公共加一个小数点。

公共端一般在中间或在最边，两排，一排一个对称。

至于其他引脚的排序你可以自己量出来。

先假设是共阴极或共阳极，假设中间那个就是公共端，用数字万用表逐个判断即可，如果判断错误不亮，就更改假设，继续判断。

直到假设正确，也就是说判断正确，那么引脚的顺序和位置就出来。

第五部分：

结果分析

在最后一节课上我们在老师的监督下一组一组的进行演示自己数字钟的性能，检查是否符合老师提出的要求。

一个多小时过去了，老师最后从十几个小组里面挑出了三个组的样品作为合格的数字钟，我们小组因为一点小问题（数码管显示器的秒位按2的倍数进行变动）而遗憾的被刷下来。

有了问题就要解决，于是我们小组的人立即开始用各种工具对电路进行检查、调试。

后来在老师的指导下我们才发现问题的所在—CD4518芯片的两个引脚由于焊接不当而造成了短路。

随即我们对电路进行了修改，半个小时后，我们终于成功的将手中的数字钟交到了老师手上，完成了为期两个周的课程设计。

第六部分：

总结归纳

小结

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

随着科学技术发展的日新月异，电子技术在生活中可以说是无处不在。

因此做为二十一世纪的大学生来说掌握电子技术是非常之重要。

回顾此次数字钟课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从得知选题到定稿，从理论到实践，在整整两周的日子里，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多很多东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上无法学到的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的。

只有理论与实际相结合才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计中遇到的问题有很多，这毕竟是第一次，难免会遇到各种各样的问题。

在这次设计中我发现我所学的知识这远远不够，在今后的学习中我要更加努力奋斗！