简易数字钟电子设计论文.doc

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1、目录摘要- 3 -一.单元电路设计- 4 -1.1 设计构思- 4 -1.2 脉冲发生器-4-1.2.1 多谐振荡器的构成- 4 -1.2.2 石英晶体振荡器电路- 6-1.3 秒、分、小时计数电路- 7-1.4 译码、显示电路- 8 -1.5 校时电路(如图13)- 10 -二数字时钟电路设计- 11-2.1 数字钟电路Protel设计图- 11 -2.2 系统整体仿真图- 12 -2.3 印刷电路板的元件分布图- 12 -三设计的扩展与开发- 13 -3.1 数字时钟闹钟功能- 13 -3.2 仿电台报时电路- 13-3.3 定时报时电路原理图- 14 -四.总结- 15-五.参考文献-

2、15-六附录- 16-6.1 数字钟电路原理图（见A3白纸手工画图）- 16-6.2 六位数字钟安装及元件清单- 16 -摘要本次综合设计的数字时钟主要实现实现60秒、60分、24小时的计数、译码、显示；具有校准功能；自带秒脉冲信号发生器，并且附加了定时与模仿电台的整点报时功能，总体设计框图如下。设计中主要运用了用 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32768Hz晶振构成秒脉冲信号发生器，（32768Hz脉冲需经过CD

3、4060的14级分频得到2Hz脉冲，再经过CD4040的2分频得到秒脉冲。关键词： 脉冲； 分频； 计数； 译码； 显示；校时 一.单元电路设计1.1 设计构思方案设计如下图所示（图1）：图1 方案设计1.2 脉冲发生器1.2.1 多谐振荡器的构成设计中运用了555构成多谐震荡器（如图2），低触发端、阀值端、输出、放电端、复位、控制电压。 图2 555芯片图(1.地2.3.4.5.6.7.8.)555构成多谐振荡器原理（如图3），其中R1、R2和电容C为外接元件。其工作波如图3所示。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。振荡周期。为电容充电时间

4、，为电容放电时间。充电时间 ，放电时间 矩形波的振荡周期。因此改变、和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。实验中得出某一组波形的数据如下：T1=370.5 T2=249.0 T=T1+T2=619.5 f= 1.605U0=2.44V Uc=2V R1= 1.25 =0.1V =1V R2=2.36 由周期公式计算理论周期和频率：已知：C=0.15UF R1=1.25 R2=2.36 =379.1 =247.8 =626.9 =1.595KHZ得出实验频率的相对误差： 100%=0.6 % 1.2.2 石英晶体振荡器电路32768Hz晶振构成秒信号发生器，然后经过CD4060的14级分频分

5、出2Hz，再经过CD4040的2分频分出秒脉冲。CD4060是一个十四级二分频器，它所产生的信号频率为30720HZ，经九级两二分频后，得到一个60HZ的脉冲信号，见下图。图5 CD4060芯片管脚图图6 石英晶体振荡器电路1.3 秒、分、小时计数电路用CC4518构成60进制和24进制计数器，然后进行级联组成秒、分、小时计数。CC4518芯片管脚图如图6，功能表如表1。图7 CC4518芯片管脚图表1.CC4518芯片功能表CL (CP0)EN (CP1)R功 能10加计数00加计数0不 变0不 变00不 变10不 变1Q3Q0=0用CC4518构成60进制、24进制计数单元电路，本设计我运

6、用EWB软件仿真来检测电路的功能，60进制如图8、24进制如图9。图8 CC4518构成60进制EWB仿真图图9 CC4518构成24进制EWB仿真图1.4 译码、显示电路用CC4511实现译码；用LG5011AH共阴数码管实现显示电路。CC4511管脚图如下图10，功能表见表2。图10 CC4511芯片管脚图功能说明：（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8

7、421BCD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。表2 CC4511芯片功能表显示输 入输 出LEBILTDCBAabcdefg001100001111110101100010110000201100101101101301100111111011401101000110011501101011011011601101100011111701101111110000801110001111111901110011110011消隐011101000000001111消隐010000000锁存111锁存灯测

8、试01111111LG5011AH共阴数码管管脚图如图11，功能表如表3。图11 LG5011AH共阴数码管管脚图译码/显示电路（如图12）:译码和数码显示电路是将数字钟和计时状态直观清晰地反映出来，被人们的视觉器官所接受。显示器件选用LED七段数码管。在译码显示电路输出的驱动下，显示出清晰、直观的数字符号。本设计所选用的是半导体数码管，是用发光二极管（简称LED）组成的字形来显示数字，七个条形发光二极管排列成七段组合字形，便构成了半导体数码管。半导体数码管有共阳极和共阴极两种类型。共阳极数码管的七个发光二极管的阳极接在一起，而七个阴极则是独立的。共阴极数码管与共阳极数码管相反，七个发光二极管

9、的阴极接在一起，而阳极是独立的。 当共阳极数码管的某一阴极接低电平时，相应的二极管发光，可根据字形使某几段二极管发光，所以共阳极数码管需要输出低电平有效的译码器去驱动。共阴极数码管则需输出高电平有效的译码器去驱动。图12 译码/显示电路1.5 校时电路(如图13)实际的数字钟表电路由于秒信号的精确性不可能做到完全（绝对）准确无误，加之电路中其它原因，数字钟总会产生走时误差的现象。因此，电路中就应该有校准时间功能的电路。本设计校时电路是将各个位上的使能端引出接一个单刀双掷开关，一端（1端）接低位的进位信号，另一端（2端）接+5V电压。校正某位上的时间时，可以将相应位的开关接到2端，就能实现校时功

10、能图13 校时电路二数字时钟电路设计2.1 数字钟电路Protel设计图60秒、60分、24小时计数、译码、显示电路设计图（如图14）。图14 数字钟电路原理图2.2 系统整体仿真图图15 EWB仿真图2.3 印刷电路板的元件分布图 图16 印刷电路板的元件分布图三设计的扩展与开发3.1 数字时钟闹钟功能整点报时电路,只要定时信号到来,74LS121(或555)单稳态电路触发,555多谐振荡电路产生振荡信号输入3DG12基极,在发射极得到的放大信号推动喇叭工作;其他的时间74LS121(或555)控制报警电路处于稳态,不会报警.图17 报时报警电路原理图3.2 仿电台报时电路图18 仿电台报时

11、电路3.3 定时报时电路原理图图19 扩展板电路图四.总结1.时间的脉冲信号的产生。a. 采用石英晶体振荡器经过分频后获得时间标准信号；b. 由门电路或555定时器构成的多谐振荡器；2.实现分、时电路。根据“60秒=1分”、“60分=1小时”、“24小时=1天”的计数周期，分别组成。将这些计数器适当连接，就可以实现“秒”、“分”、“时”的计时功能。将计数器的状态经译码器进行译码，并通过显示器将其显示出来，构成数字钟电路中“秒”、“分”、“时”的三个计数译码显示电路。3.消一电路。a.使用晶闸管的PNP,NPN导通经过一次脉冲后断开的原理将1置0；b.用十个D触发器或JK触发器延时达到消除1的目

12、的；4.遇到问题及解决办法。a. 时分秒的个位部分的初始值是1。利用上述消一电路解决问题。b. 在EWB仿真中，当电路中有一个以上脉冲源时，电路不工作。保证电路中只有一个脉冲源。c. 生成PCB板时出现大量错误提示，原因是个别型号器件封装不正确。个别器件需要自己做封装。d. PCB布线时出现绿线（两线重叠），反复调节各器件的摆放位置。直至所有绿线消失。e. 拓展板焊接时一定要注意合理排线，尽量不要交叉，易于查错。 f. 焊接完成后不出声，原因是由于排线太多，两处出现短路。必要时把个别裸线改为带有绝缘体的包线 五.参考文献【1】曹国清.数字电路与逻辑设计.徐州：中国矿业大学出版社。【2】徐惠民.

13、数字电路与逻辑设计.北京：人民邮电出版社。【3】刘红云，邱太俊.数字电路基础.成都：西南交通大学出版社。【4】贾秀美.数字电路硬件设计实践.北京：高等教育出版社。六附录6.1 数字钟电路原理图（见8K白纸手工画图）6.2 六位数字钟安装及元件清单（1）元件清单 表3 元件清单序号型号参数数量(个)备 注1集成芯片CC451832CC451163CC406014CC404015芯片座16P116数码管LG5011AH67晶振3276818三极管PNP(1015)19发光二极管5410二极管IN40074114148612电解电容100uF16V513电容独石1041214电阻1/4W1M4152

14、20K4100K1164704217220218微动开关6*6*6419稳压电源座3.5空心座120电路板（2）检查印刷线路板，是否有断线、短路等。（3）第一步焊IN4148二极管（黑圈为负极）， IN4007（IN4002）二极管（白圈为负极），两个二极管要平行在一条线上。（4）第二步焊限流电阻，电阻黄色为有效环需放在上方，同时摆放要整齐。（为了保护发光数码管防止电流过大而损坏数码管需加，电源电压低可以取值小些，电源电压高可以取值大些）。（5）第三步焊集成电路座，座的缺口为标志，方向应该在左边。（6）电解电容须分清正负极，长脚为正短脚为负，独石电容不分正负极。（7）发光二极管有正负极之分，长

15、脚为正短脚为负,不要接反。（8)安插集成芯片时要看清候型号，注意芯片缺口方向应该在左边，口对应的左下方为1管脚。（9） 开关（K1）调整秒，开关（K2）调整分，开关(K3)调整小时，开关K4为暂停，通过调整使时钟的秒、分、时走时与标准时间同步。(10). 芯片功能简介： CC4518为双四位BCD同步加计数器； CC4511为七段译码驱动/锁存器；CC4060为二进制14位计数分频器；CC4040二进制12位计数分频器； LG5011AH为共阴数码管。 （11） 数字钟焊好通电检查，如果数码管不亮，需检查整个地线是否通、3号管脚是否接地（12）显示不正常，需要用万用表检查每个芯片的工作电源，（红表笔放在14管脚、黑表笔放在7管脚）。.忽略此处.- 16 -