纪念日数显电路Word文档格式.docx
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99
……
要求：
1、稳压电源输出用红色发光二级管指示；
振荡器输出用黄色发光二极管指示。
2、每次“99”显示时间不得小于3个节拍，也不得多于6个节拍且每次开始显示的“99”必须紧接在上一个数码管“……7.27”后面出现，不得错位。
设计过程
1.方案选择
1.1方案一
1.1.1方案说明
NE555及其周围元件组成振荡器产生矩形脉冲，输入到十进制计数分配器CD4017。
CD4017的Q0—Q9依次输出计数脉冲，其中Q0、Q3、Q5、Q7输出经二极管D5、D6、D7、D8输送到BCD-七段锁存/译码/驱动器CD4511，驱动数码管。
Q1、Q2不外接，Q4、Q6、Q8、Q9输出经二极管D4、D3、D2、D1至三极管VT，再经VT集电极输至CD4511的4脚，形成相应的消隐脉冲。
Q7输出的另一路经R11让相应脉冲点亮数码管的小数点DP，于是有“20127.27”。
Q9输出的另一路输至74HC00经反相延时器再反相至三极管基极，作为导通控制信号。
当为高电平输出时，三极管导通，下方的两个数码管显示“99”并延时数秒。
1.1.2原理图
1.2方案二
1.2.1方案说明
用单片机直接驱动数码管实现数字显示功能。
单片机的I/O口接共阴数码管的a,b,c,d,e,f。
之间接150的电阻限流。
1.2.2原理图
1.3方案论证
我选的是方案一。
两个方案各有优缺点：
方案一，虽然电路复杂，知识应用较广，焊接比较难但是成本较低，电路原理便于理解，元件器材比较好找齐。
方案二，硬件电路很简单，焊接容易但是软件编程较复杂，成本高，元件器材不好找。
综合考虑后，我选了方案一。
2.电路工作原理
2.1NE555组成的多谐振荡器
555组成的多谐振荡器可以用作各种时钟脉冲发生器，如图所示；
图中为脉冲频率可调的矩形脉冲发生器，改变电容C4可获得时间较长的低频脉冲，调节电位器RV2可得到任意频率的脉冲信号，如秒脉冲，1kHz、10kHz等。
由于电容C4的充放电回路时间常数不相等，所以图中所示电路的输出波形为矩形脉冲。
图1.NE555组成的多谐振荡器
2.2十进制数译码器CD4017
CD4017是一片CMOS十进制计数译码器亦计数脉冲分配器，逻辑功能图如图中所示。
共有三个输入端，复位清零端MR,当在MR端输入高电平或正脉冲时，计数器清零，所有输出中只有对应“0”状态时Q0端输出高电平，其余输出均为低电平；
CLK、E端为时钟输入端，其中CLK用于上升沿计数，E端用于下降沿计数，彼此间有互锁关系，若利用CLK计数时，E端应接地（低电平），而要利用E端计数时，CLK端应接高电平，反之则形成互锁。
CO为进位端，CD4017每输入10个脉冲，就可图2.CD4017的引脚图得到一个进位脉冲，故CO亦可作为下一级计数器的时钟信号。
2.31N4148玻封硅二极管
1N4148为高速开关的典型产品，因其具有良好的开关特性，其反向恢复时间trr仅几纳秒，体积小，价格便宜，现已被广泛用于电子计算机、仪器仪表中的开关电路，还被用到控制电路、高频电路及过压保护电路中。
1N4148的
各项技术指标如表:
最高反向工作电压
URM（V）
反向击穿电压
UBM（V）
最大正向压降
UFM（V）
最大正向电流
IFM（mA）
平均整流电流
Id（mA）
反向恢复时间
trr（ns）
最高结温
TIM
（OC）
零偏压结电容CO（pF）
最大功耗
PM（mW）
75
100
<
=1
450
150
4
500
2.4显示译码器CD4511引脚图及功能
CD4511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。
功能介绍如下：
BI：
4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
LT：
3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。
它主要用来检测数码管是否损坏。
LE：
锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。
LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。
A、B、C、D为8421BCD码输入端。
a、b、c、d、e、f、g：
为译码输出端，输出为高电平1有效。
CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。
图3.CD511引脚图
图4.CD4511真值表
2.5LED数码管
将多只LED的阴极连在一起即为共阴式，而将多只LED的阳极连在一起即为共阳式。
以共阴式为例，如把阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。
当然，LED的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。
假如我们将"
b"
和"
c"
段接上正电源，其它端接地或悬空，那么"
段发光，此时，数码管显示将显示数字“1”。
而将"
a"
、"
d"
e"
g"
段都接上图5.七段数码管
正电源，其它引脚悬空，此时数码管将显示“2”。
2.6四2输入与非门74HC00
2.6.174HC00概述：
74HC00是一款高速CMOS器件，74HC00引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。
74HC00遵循JEDEC标准no.7A。
74HC00实现了2输入与非门功能。
2.6.274HC00特性：
兼容JEDEC标准no.8-1A
ESD保护
HBMEIA/JESD22-A114-A超过2000V
MMEIA/JESD22-A115-A超过200V
温度范围
-40～+85℃
-40～+125℃
图6.74HC00的管脚图
2.7CD4066
CD4066是一种双向模拟开关，在集成电路内有4个独立的能控制数字及模拟信号传送的模拟开关。
每个开关有一个输人端和一个输出端，它们可以互换使用，还有一个选通端（又称控制端），当选通端为高电平时，开关导通；
当选通端为低电平时，开关截止。
使用时选通端是不允许悬空的。
图7.CD4066的管脚图
3.EDA技术的运用
3.1Protel画图基础
将所设计的原理图利用常用电路画图软件protel绘制，芯片的实际引脚图也可以通过该软件自行绘制，在实际焊接电路之前，一定要绘制出单线不交叉图，以利于实际电路布线，减少跳线或避免跳线，使实验板焊接的更美观。
3.2仿真软件proteus7.7
在设计中另一实用软件就是仿真软件，它的运用能够让自己的设计减少失误，进而避免盲目焊接。
电路仿真是以电路理论数值计算方法和计算机技术为基础，采用仿真模型和仿真算法，通过计算机分析计算，然后通过波形和图表等形式显示电路的仿真结果。
4.软件设计
4.1从proteus库中选取原件
7SEG-COM-CATHODE74HCT4066DIODENE5554017RESCAPCAP-ELECLED-REDNPN4511LM324POT-LIN
4.2软件原理图
4.3软件仿真结果显示
5.组装焊接
5.1元件清单
器件
数量
二极管1N4148
9
R2.2k
R100k
R56k
R470
R510
可变电阻100k
电容4.7u
电容10u
电容103
三极管9014
8段共阴极数码管
3
4011
4017
NE555
CD4066
LED
5.2焊接
1.按照原理图，画出单线不交叉图，在实验板上合理布局，即可避免跳线或尽少跳线。
2.元件整齐且立得正卧得平;
3.焊接面不用跨带皮的导线;
4.焊点牢固光滑、无虚焊;
5.焊接时间尽量短,一般不超过3秒。
5.3焊接的问题及解决
一般来说，造成硬件问题的首要问题就是焊接了，也就是说焊接的好与坏直接响产品的正常运行。
造成焊接质量不高的常见原因是:
①焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积；
焊锡过少,不足以包裹焊点。
②冷焊。
焊接时烙铁温度过低或加热时间不足,焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮（不光滑）,有细小裂纹（如同豆腐渣一样!
）。
③夹松香焊接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,造成电连接不良。
若夹杂加热不足的松香,则焊点下有一层黄褐色松香膜；
若加热温度太高,则焊点下有一层碳化松香的黑色膜。
对于有加热不足的松香膜的情况,可以用烙铁进行补焊。
对于已形成黑膜的,则要"
吃"
净焊锡,清洁被焊元器件或印刷板表面,重新进行焊接才行。
④焊锡连桥。
指焊锡量过多,造成元器件的焊点之间短路。
这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。
⑤焊剂过量,焊点明围松香残渣很多。
当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻轻加热一下,让松香挥发掉,也可以用蘸有无水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊剂。
⑥焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。
这多是由于加热温度不足或焊剂过少,以及烙铁离开焊点时角度不当浩成的内。
6.测试调试及测试结果
6.1调试及测试
1.按照实际引脚图链接好电路后，接通5V电源，LED1一直保持亮。
2.调节RP1使555多谐振荡电路产生周期为1S的方波信号，LED2频闪，周期约为1秒。
表明NE555组成的多谐振荡器成功输出周期约为一秒的矩形脉冲。
3.调节RP2使“99”延时4～6S。
6.2测试结果
按照预期，原理图上方的数码管，反复显示20127.27；
该数码管在显示完一遍后，下方两个数码管显示99,之后也反复显示。
7.设计收获和体会
在设计纪念日数显电路的过程中，我综合运用电工技术，电子技术课程（数电、模电）中的所学到的理论知识来完成纪念日数显电路的设计和分析电路，学会了在虚拟的环境下创建电路、计算与调整参数，用虚拟电子设备来测电路的仿真的结果，我能灵活的应用EDA软件中的各个单元电路，最终完成电子产品的制作，并实现功能。
进一步巩固模拟电子技术和数字电子技术的理论基础,激发学习热情,增强电路设计能力,提高焊接水平。
8.参考文献
【1】罗杰谢自美主编.电子线路设计·
实验·
测试（第4版）.电子工业出版社，2008：
【2】王港元主编.电工电子实践指导.（第四版）江西出版集团，江西科学技术出版社，2009：
352-354
【3】阎石主编数字电子技术基础（第五版）高等教育出版社，2010
【4】童诗白华成英主编模拟电子技术基础（第四版）高等教育出版社，2010
【5】彭介华主编电子技术课程设计指导高等教育出版社，2010
赣南师范学院2010--2011学年第二学期数字电路课程设计
行政班级电子信息工程09级学号姓名
选课班级电子信息工程09级任课教师杨汉祥成绩_________
课程设计题目：
纪念日数显电路
设计要求：
设今天为距2012年7月27日还剩99天的日子，设计一个电路反复显示以上信息。
要求：
1、稳压电源输出用绿色发光二级管指示；
振荡器输出用红色发光二极管指示。
教师评语：
教师签字：
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