多功能数字钟毕业设计.docx

1、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： 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 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555设计CP脉冲源 (f=1KH) 具有系统校准功能2. 整

2、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：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

3、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

4、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

5、1数字钟电路的设计61.1数字钟主体电路计61.2 方案确定61.3秒脉冲发器71.3.1 555芯片介绍：71.3.2 555芯片功能说明71.3.3 555构成多谐振荡器电路图71.4 秒、分、小时计数电路81.4.1 芯片功能介绍81.4.2 CC4518构成60、24进制计数单元电路81.5 译码、显示电路91.5.1 芯片功能介绍91.5.2 分频器的设计101.6 校时电路111.7 扩展功能121.7.1 芯片绍121.7.2 定点报时电路122 焊接板电路分析142.1 石英晶体振荡器142.2 晶振构成秒信号发生器142.3 二极管与门工作原理152.4 校准开关工作原理15

6、2.5 发光二极管工作原理152.6 整流桥部分的工作原理163 焊接与调试173.1 系统硬件安装、调试中遇到的问题173.2 问题现象、分析存在原因173.3 排除方法和效果174 附录184.1 系统整体仿真图184.2 数字钟电路Protel设计图194.3 印刷电路板的元件分布图204.4 印刷电路板布线图214.5基本电路元件清单224.6扩展电路元件清单225 参考文献236 致谢247 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

7、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

8、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，

9、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

10、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

11、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1.3.1 555芯片介绍：1.地2./TR3.OUT4./R5.CO6.TH7.D8.VCC图1.3-1 555芯片管脚图1.3. 555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1.3.3 555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 、

12、 C1=1uF、C2=0.01uF、0.65s、0.35s、T=1s1.4 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00加计数10加计数0不 变0不 变00不 变10不 变1Q3Q0=0图1.4-1 CC4518管脚图用CC4518构成60进制1.2 CC4518构成60、24进制计数电路60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1.4-2 60进制计数电路60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。24进制计

13、数电路图1.4-3 24进制计数电路24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：CC4511管脚图 CC4511功能表显示输 入输 出LEBILTDCBAabcdefg001100001111110101100010110000201100101101101301100111111011401101000110011501101011011011601101100011

14、111701101111110000801110001111111901110011110011消隐011101000000001111消隐010000000锁存111锁存灯测试01111111图1.5-1 CC4511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Q0Q3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ab都为低电平，各字段熄灭。（3）数码显示： 当BI=1 LT=1 LE=0，译码器工作，当3210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L

15、E从“0”转换到“1”时，输出显示由输入的BCD码决定。LG5011AH管脚图图1.5-2 LG5011-11 LED/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）60进制计数、译码、显示单元电路图1.5-3 60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。24进制计数、译码、显示单元电路图1.5-4 24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S1S

16、2功能11计数10校分01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 芯片介绍八D锁所存器管脚图 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74LS266（2输入4同或门） 74LS21（4输入2与门）图1.7-3 2输入4同或门图 图1.7-4 4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

17、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2n。 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

18、14级分频分出2Hz，再经过CD4040的2分频分出秒脉冲。 2.2.1 CD4060分频器（国外同类型号：CD4060、MC4060）分频原理： Q4： 24 = 16 Q14： 214 = 32768/2CD4060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2.2-1 CD4060分频器管脚图2.2.2 分频电路图图2.2-2 RC振荡图 图2.2-3 晶体振荡图2.3 二

19、极管与门工作原理电路图： 真值表：000010100111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

20、，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

21、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

22、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CC4518311电解电容100uF/16V52CC4511612二极管414863CC40

23、60113电容独石104124CC4040114电阻1/4w1M45芯片座16P1115220 k56数码管LG5011AH616470 427晶振32768117220 28三极管PNP(1015)118微动开关6*6*649发光 二极管5419稳压电源座3.5空心座110二极管1N4007420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118D锁存器74LS27337复位开关12同或门74LS26658自锁开关134输入2与门74 LS2149喇叭14芯片座20P310音乐片1514P911灰排线20P6三极管9013212网线2米13电路板15 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，19982 康华光.电子技术基础. 武汉：高等教育出版社，20063 高吉祥.电子技术基础实验与