电子技术综合设计报告数字钟范文.docx

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电子技术综合设计报告数字钟范文

中国矿业大学徐海学院

电子技术综合设计

姓名：

牛乐学号：

22090220

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：

2011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

学生姓名牛乐专业年级电气09学号22090220

设计日期：

2011年9月14日至2011年10月1日

设计题目：

多功能数字钟

设计要求：

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）；

用脉冲开关设计校准功能；

用555构成多谐振荡器，实现（F=1HZ）秒脉冲信号发生器；

2.整体电路原理图

60秒（60分）及24小时----计数、译码、显示

3.EWB仿真图

60秒（60分）及24小时----计数、译码、显示

4.设计原理图

用PROTELL99设计原理图并打印。

5.设计PCB版图

用PROTELL99设计PCB板并打印。

6.功能扩展要求

设计：

①整点报时功能②12小时归1计数电路

指导教师签字：

摘要

数字钟是由计数电路、译码电路、显示电路、校准电路、信号发生脉冲电路等几部分组成。

首先，针对本次设计任务，采用采用不预置初值的计数器CC4518，构成60进制或24进制计数电路，然后进行级联组成秒、分、小时计数。

采用BCD－7段锁存译码驱动器CC4511组成译码电路。

采用七段共阴极数码管构成显示电路，根据RS基本触发器及单刀双掷开关来组成校准电路,每搬动一次开关产生一个计数脉冲,实现校时功能。

利用CD4060和32768的晶振构成32768hz的信号发生器，然后经过CD4060的14级分频分出2Hz，再经过CD4040的2分频分出1Hz秒脉冲，构成信号发生脉冲电路。

其次，按照系统方案，运用EWB软件完成数字钟主体电路的仿真设计，用protel99软件绘制原理图，检查无误后生成PCB版，完成整个电路的设计工作。

再次，进行系统电路的焊接。

按照设计的原理图，先焊接主板，再焊接扩展板，然后将主板与扩展板连接。

最后调试焊接完的电路板，通过不断调试，实现本次数字钟设计要求的全部功能。

关键词：

数字钟，振荡，计数，校正，报时

1数字钟的基本组成及工作原理

1.1数字钟的构成

数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。

它由振荡器、分配器、计数器、译码器和显示器电路组成。

由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）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。

通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。

1.2数字钟的工作原理

振荡器产生的时钟信号经过分频器形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。

秒计数器电路计满60后触发分计数器电路，分计数器电路计满60后触发时计数器电路，当计满24小时后又开始下一轮的循环计数。

通过校时电路可以对分和时进行校时，且计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。

2数字钟的设计与制作

2.1系统方案选择与论证

2.1.1方案设计

通过查找资料并展开讨论，共讨论出两个不同的设计方案，表面上看，似乎两个方案都符合要求，但经过反复深究，并将两个方案加以比较，最终确定一个既符合本设计要求又具有比较强的可行性的方案作为此次设计的对象。

方案一：

用CC4518计数器构成计数电路，用CC4511译码构成译码电路，用LG5011AH共阴数码管构成显示电路，用555构成多谐振荡器构成秒脉冲信号发生器，用发光二极管作输出显示。

方案二：

首先构成一个由32768Hz的石英晶体振荡器和由CD4060构成的分频器构成的产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲，由74LS161采用清零法分别组成六十进制的秒计数器、六十进制分计数器、二十四进制时计数器和七进制的周计数器。

使用由32768Hz的石英晶体振荡器和由CD4060构成的分频器构成的产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲，把秒计数器地进位输出作为分计数器的CP脉冲，分计数器的进位输出作为时计数器的CP脉冲，时计数器的进位输出作为周计数器的CP脉冲。

使用74LS48为驱动器，BS201A数码管作为显示器。

2.1.2方案论证

两种方案都很正确，综合本次的设计要求，为熟练掌握555定时器，本次设计选用方案一。

2.2设计步骤与方法

2.2.1方案流程图

图1方案流程图

2.2.2NE555脉冲电路产生

1）555管脚图

图2555芯片管脚图

2）555芯片引出端功能说明

表1引出端功能符号说明

符号

功能

符号

功能

低触发端

阀值端

输出

放电端

复位

控制电压

3）555构成多谐振荡器电路图（f=1HZ）

图3多谐振荡器电路图4多谐振荡器波形

4）相关参数计算

2.2.3计数器电路

用CC4518构成60、24进制计数电路。

1）CC4518芯片功能介绍

CC4518为双BCD加计数器，该器件由两个相同的同步4级计数器组成。

计数器为D触发器。

具有内部可交换CP和EN线，用于在始终上升沿或下降沿加计数。

在单个单元运算中，EN输入保持高电平，且在CP上升沿进位。

CR为高电平时，计数清零。

计数器在脉动模式可级联，通过将Q3连接至下一计数器的EN输入端实现级联。

同时后者的CP输入保持低电平。

2）CC4518芯片管脚图

图5CC4518管脚图

3）CC4518芯片功能表

表2CC4518功能表

CL（CP0）

EN（CP1）

R

功能

↑

1

0

加计数

0

↓

0

加计数

↓

×

0

不变

×

↑

0

不变

↑

0

0

不变

1

↓

0

不变

×

×

1

Q3～Q0=0

4）60进制计数电路

图660进制计数电路

工作原理：

根据CC4518的芯片功能，当CLK端接低电平时EN端为下降沿加计数。

个位向十位的进位脉冲，利用Q3的下降沿，接EN端。

每当个位计满9后就使高片计1从而完成计数。

要完成60进制，只需十位计数到0110，即Q1、Q2接与门再对十位进行清零即可。

5）24进制计数电路

图724进制计数电路

工作原理：

24进制计数电路工作原理与60进制计数电路工作原理基本思想相同都是利用CLK端接低电平时EN端为下降沿加计数。

个位向十位的进位脉冲，利用Q3的下降沿，接EN端。

每当个位计满1001B后就使高片计1完成计数。

不同之处在于此电路是计数到24，此时的清零工作分别要牵扯到十位和个位（00100100）利用个位的Q2和十位的Q1经过一个与门同时对两片CC4518芯片同时清零。

完成24进制的计数

2.2.3译码和显示电路

CC4511实现译码，LG5011AH共阴数码管实现显示电路：

1）芯片功能介绍：

图8CC4511管脚图图9LG5011AH管脚图

表3CC4511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

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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10LG5011AH管脚功能

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）译码、显示电路

图11译码、显示电路

3）译码、显示电路工作原理

1）限流电阻计算：

数码管的工作电压为

（手册数据），工作电流为

（手册数据），译码器输出的高电平

，则限流电阻上的电压应该为

，限流电阻阻值：

2）两片CC4511用于进行译码，分别代表所记录数据的个位和十位。

当从4511的A、B、C、D四个输入端口输入一个二进制数据后会从输出口输出相应的十进制数据。

在对十进制数进行显示时只需把输出端与相应数码管的输入端连接好，即可进行显示。

3）24进制的数码显示与60进制的数码显示在译码与显示电路方面所用的电路是同一电路，而具体实现不同进制计数是通过CC4518在不同时刻对芯片清零来实现的。

4）其中数码管的显示，加入了限流电阻。

防止因电路中的电流过大而烧坏数码管，对其起到保护作用。

4）60进制计数、译码、显示单元电路

图1260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。

5）24进制计数、译码、显示单元电路

图1324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。

2.2.4校时电路

图14校时电路

工作原理：

当正常计时时，分十位和秒十位进位脉冲分别通过与非门进入电路进行正常的计时，校时脉冲被封锁。

而当要校时时，S1或S2开关闭合，这是相应的分十位或秒十位脉冲被封锁，校时脉冲通过与非门进入电路完成校时功能。

3数字钟的扩展功能

3.1定点报时

图15数字钟定点报时电路图

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。

3.212归1

图16数字钟12归1电路图

工作原理：

由DFF1的Q和CC4518的低三位做个位，D触发器2的Q’做十位，时钟脉冲经DFF1分频后给CC4518的时钟输入端CP1B’。

上电后全为0。

当个位1010时,经与门产生高电平给CC4518清零端MRB，同时DFF1的Q翻转为零，个位清零。

当十位和个位为10011时,经与门产生高电平对CC4518的输出端清零，DFF1的Q翻转为高电平，个位为1，同时高电平信号经反向后对DFF2清零，十位清零。

实现12归1的计数。

4焊接与调试

4.1介绍系统硬件安装、调试中遇到的问题

在六十进制时，按图接线后发现，显示器上的数字总是100进制的，而不是六十进制。

4.2记录问题现象、分析存在原因

芯片引脚可能插错或者接错了。

4.3说明排除方法和效果

重新检测后发现无论是线路的连通还是芯片的接触都没有问题。

最后，在重新连线发现是线路接错引脚造成的，改过之后，显示就正常了。

5总结及体会

通过这次对数字钟的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。

但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。

而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。

所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。

通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

6致谢

在做课程设计的过程中，我深深地感受到了自己所学到知识的有限，明白了只学好课本上的知识是不够的，要通过图书馆和互联网等各种渠道来扩充自己的知识。

在实验过程中我们曾经遇到过问题。

一个是在电路接好之后计数的显示结果不正确,经分析，检察后我们请老师帮我们检察了电路，知道了是电路导线坏了，于是改正了错误。

我们遇到的第二个问题是有一个芯片忘记了接地。

由于有好几百条连线，所以我们没有一时检察出问题，但是我们没有沮丧。

在使用万用表测量各个接点电压后我们找到了原因。

但是从中我们学习到了如何对待遇到的困难，进一步培养了我们一丝不苟的科学态度和不厌其烦的耐心。

所有的这些心得会对我以后的学习和工作有帮助作用。

非常感谢指导老师给予的帮助，使我能够顺利的完成设计。

在这个过程中我所学到的知识将使我终身受用。

7参考文献

[1]曹国清.数字电路与逻辑设计.徐州：

中国矿业大学，1998

[2]谢自美.电子线路设计·实验·测试·武汉：

华中科技大学，2000

[3]王慧玲.电工电子实验与实训.北京：

机械工业出版社，2003

[4]吴建强.电工学新技术实践.北京：

机械工业出版社，2004

[5]付家才.电工电子学习指导.北京：

化学工业出版社，2003

[6]王建华，吴道悌，电工学实验.北京：

高等教育出版社，2003

[7]孙淑艳，电子技术实践教学指导书北京：

中国电力出版社，2005.10

[8]王彩君，杨睿，周开邻.数字电路实验.北京：

国防工业出版社，2006.7

8附录

8.1系统整体仿真图

8.2数字钟电路Protel设计图

8.3印刷电路板的元件分布图

8.4印刷电路板布线图

8.5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

8.6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