多功能数字钟毕业设计.docx
《多功能数字钟毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多功能数字钟毕业设计.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
多功能数字钟毕业设计
电子技术综合设计
姓名：
学号：
专业：
电气工程及其自动化
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：
成绩：
指导教师：
年月
电子技术综合设计任务书
学生姓名业年级学号
设计日期：
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：
①用CC4518双四位BCD同步计数器设计60秒、60分、24小时归0
的计数电路
②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）
③用555设计CP脉冲源（f=1KH）
④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
4.设计原理图
用PROTEL99设计原理图
5.设计PCB版图
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
数字钟是现代计时器，也可用作时间控制的时钟源。
数字钟由于其具有走时准，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。
数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。
数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
因此，我们此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法，学会应用仿真软件EWB、PROTEL等。
用CC4518双四位BCD同步加计数器设计60进制，24进制计数器以实现60秒、60分、24小时归0的计数电路，CC4518为双位计数器，所以每个计数器分为十位和个位两部分，当秒计数器计数到60时向分计数器进位同时秒计数器归零，分计数器向时计数器工作原理同秒计数器，当时计数器计数到24时归0。
利用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将时间的以显示。
关键词：
CC4518、CC4511、数字钟、定点报时
。
目录
附录：
简介...............................................5
1数字钟电路的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
1.1数字钟主体电路计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
1.2方案确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
1.3秒脉冲发器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
1.3.1555芯片介绍：
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
1.3.2555芯片功能说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
1.3.3555构成多谐振荡器电路图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
1.4秒、分、小时计数电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
1.4.1芯片功能介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
1.4.2CC4518构成60、24进制计数单元电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
1.5译码、显示电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
1.5.1芯片功能介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
1.5.2分频器的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
1.6校时电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
1.7扩展功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
1.7.1芯片绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
1.7.2定点报时电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
2焊接板电路分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
2.1石英晶体振荡器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
2.2晶振构成秒信号发生器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
2.3二极管与门工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
2.4校准开关工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
2.5发光二极管工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
2.6整流桥部分的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
3焊接与调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17
3.1系统硬件安装、调试中遇到的问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17
3.2问题现象、分析存在原因．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17
3.3排除方法和效果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17
4附录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
4.1系统整体仿真图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
4.2数字钟电路Protel设计图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
4.3印刷电路板的元件分布图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20
4.4印刷电路板布线图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
4.5基本电路元件清单．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22
4.6扩展电路元件清单．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22
5参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23
6致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24
7总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25
简介
1.1、电子技术综合设计性质
电子技术综合设计是在学完《模拟电子术》《数字电子技术》课程之后，安排的实践教学环节。
使学生能综合运用所学知识，进行实际电子线路的设计、装接、调试等。
*通过完成一个课题的电路设计、理论计算及实验调试任务，巩固和加深电子技术课程中所学理论知识和实验技能。
*在实践中提高分析问题、解决实际问题的能力，为今后的毕业设计、工程实践打下一定基础。
1.2综合设计主要特点
1、 不同于平时的习题作习题主要是为了加深对课堂上讲解知识的理解，题目内容涉及面较单一，在给定的理想化的条件下，经过抽象加工后，不难得出标准答案。
而电子技术综合设计任务，多是实际的“模拟”或“数字”电路装置，它涉及的知识多而广，没有固定的答案，只能从实际出发，通过调查研究，查询资料，方案比较，设计计算得到比较好的设计方案后，再通过实验调试，使理论设计逐步完善，最后达到实际要求。
2、 不同于一般的基础实验
基础实验着重点是放在验证基本理论和电路性能上，通过实验只能初步了解电路实验的步骤和基本方法，熟悉常用电子仪器设备的使用方法。
而电子技术综合设计，正是为学生创造一个动脑又动手，独立开展电路设计、调试的机会。
可以运用实验手段检验理论设计中的问题所在，又可运用学过的知识，指导电路调试工作，使电路更加完善。
3、不同于毕业设计
毕业设计是培养工科学生的最后一个教学环节，它要求学生综合运用公共基础课、专业基础课和专业课的知识，去解决工程实际问题；
完成工程技术人员必须具有的基本能力的训练；
从题目的广泛和深度上，毕业设计比电子技术综合设计要难。
4、 电子技术综合设计
围绕一门课程内容做综合性的训练，题目虽出自实际电路，但比较简单，比较定型，一般不是真实的生产、科研任务，基本上是有章可循。
着眼点是让学生开始从理论学习轨道→引向实际方面。
把过去熟悉的定性分析，定量计算方法与工程估算，实验调整等手段结合起来。
逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施办法。
使理论和实际有机结合，真正实现由知识向智能的转化。
锻炼分析问题、解决电路实际问题的本领。
1.3综合设计目的
1、巩固和加深对电子线路基本知识的理解，提高学生综合运用电子技术课程所学知识的能力，使理论和实际有机结合，真正实现由知识向智能的转化。
2、培养学生根据课题需要选学参考书，查阅手册和文献资料的自学能力。
通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析问题、解决问题的能力。
3、通过实际电路的设计方案的分析比较、参数计算、元件选取，安装调试等环节，初步
掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。
4、掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。
5、能按设计任务书的要求，编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。
6、培养严肃认真的工作作风和科学态度，发扬团队精神。
1数字钟电路的设计
1.1数字钟主体电路设计
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。
图1.1-1数字钟主体电路图
1.2方案确定（方框图）
图1.2-1数字钟方框图
1.3秒脉冲发生器
1.3.1555芯片介绍：
1.地
2./TR
3.OUT
4./R
5.CO
6.TH
7.D
8.VCC
图1.3-1555芯片管脚图
1.3.２555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
1.3.3555构成多谐振荡器电路图（f=1HZ）
图1.3-2多谐振荡器电路图1.3-3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
1.4秒、分、小时计数电路
1.4.1芯片功能介绍：
功能表：
CL（CP0）
EN（CP1）
R
功能
↑
0
0
加计数
1
↓
0
加计数
↓
×
0
不变
×
↑
0
不变
↑
0
0
不变
1
↓
0
不变
×
×
1
Q3～Q0=0
图1.4-1CC4518管脚图
用CC4518构成60进制
1.2CC4518构成60、24进制计数电路
①60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1.4-260进制计数电路
②60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。
③24进制计数电路
图1.4-324进制计数电路
④24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。
1.5译码、显示电路
CC4511实现译码，LG5011AH共阴数码管实现显示电路。
1.5.1芯片功能介绍：
①CC4511管脚图②CC4511功能表
显示
输入
输出
LE
BI
LT
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
2
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
3
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
4
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
5
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
6
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
7
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
8
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
9
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
消隐
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
↓
1
1
1
1
消隐
0
1
0
0
0
0
0
0
0
锁存
1
1
1
锁存
灯测试
0
1
1
1
1
1
1
1
图1.5-1CC4511管脚图
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。
③LG5011AH管脚图
图1.5-2LG5011-11LED/7段（共阴极）数码管
1.5.2分频器的设计（秒、分、小时计数电路的设计）
①60进制计数、译码、显示单元电路
图1.5-360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。
②24进制计数、译码、显示单元电路
图1.5-424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。
1.6校时电路
S1
S2
功能
1
1
计数
1
0
校分
0
1
校时
校时脉冲
功能
1HZ
快校时
单次脉冲
慢校时
图1.6-1校时电路图
1.7扩展功能
1.7.1芯片介绍
①八D锁所存器管脚图②内部结构图
图1.7-1八D锁所存器管脚图图1.7-2八D锁所存器内部结构图
③74LS266（2输入4同或门）④74LS21（4输入2与门）
图1.7-32输入4同或门图图1.7-44输入2与门图
1.7.2定点报时电路
工作原理：
通过CC4518计时器设定好报时时刻（如：
12时12分24秒），通过74LS273锁存器进行锁存；CC4518计时器进行正常计时，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。
2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：
在振荡频率上，闭合回路的相移为2πn。
当开始加电时，电路中唯一的信号是噪声。
满足振荡相位条件的频率噪声分量以增 大的幅度在回路中传输，增大的速率由附加分量，即小信号，回路益增和晶体网络的带宽决定。
幅度继续增大，直到放大器增益因有源器件（自限幅）的非线性而减小或者由于某一自动电平控制而被减小。
在稳定状态下，闭合回路的增益为1。
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。
2.2.1CD4060分频器（国外同类型号：
CD4060、MC4060）
分频原理：
Q4：
24=16
↓
Q14：
214=32768/2
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2.2-1CD4060分频器管脚图
2.2.2分频电路图
图2.2-2RC振荡图图2.2-3晶体振荡图
2.3二极管与门工作原理
电路图：
真值表：
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
图2.3-1二极管与门工作电路图
工作原理：
二极管与门电路的工作原理用的是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。
2.4校准开关工作原理
如图1.6-1中，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
发光二极管简称为LED。
由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。
磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。
当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。
常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
2.6整流桥部分的工作原理
图2.6-1整流滤波电路图图2.6-2整流滤波电路波形图
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。
3焊接与调试
3.1介绍系统硬件安装、调试中遇到的问题；
安装好后，发现有一组二极管不发光。
3.2记录问题现象、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。
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。
4附录
4.1系统整体仿真图
4.2数字钟电路Protel设计图
4.3印刷电路板的元件分布图
4.4印刷电路板布线图
4.5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
CC4518
3
11
电解电容
100uF/16V
5
2
CC4511
6
12
二极管
4148
6
3
CC4060
1
13
电容独石
104
12
4
CC4040
1
14
电阻1/4w
1MΩ
4
5
芯片座
16P
11
15
220kΩ
5
6
数码管
LG5011AH
6
16
470Ω
42
7
晶振
32768
1
17
220Ω
2
8
三极管
PNP（1015）
1
18
微动开关
6*6*6
4
9
发光二极管
∮5
4
19
稳压
电源座
∮3.5
空心座
1
10
二极管
1N4007
4
20
电路板
4.6扩展电路元件清单
序号
名称
型号
数量（个）
序号
名称
型号
1
1
8D锁存器
74LS273
3
7
复位开关
1
2
同或门
74LS266
5
8
自锁开关
1
3
4输入2与门
74LS21
4
9
喇叭
1
4
芯片座
20P
3
10
音乐片
1
5
14P
9
11
灰排线
20P
6
三极管
9013
2
12
网线
2米
13
电路板
1
5参考文献
[1]曹国清.数字电路与逻辑设计.徐州：
中国矿业大学，1998
[2]康华光.电子技术基础.武汉：
高等教育出版社，2006
[3]高吉祥.电子技术基础实验与
升级会员 