可校准数字钟电路设计

科信学院课程设计说明书（2013/2014学年第二学期）课程名称：电子技术课程设计题目：可校准数字钟电路设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：崔春艳设计周数：2周设计成绩：2014年7月4日I1、课程设计目的用所学的数字电子技术，设计一个可校准数字时钟电路，当接入5V电源时能实现分秒的显示并且可以对时钟进行校准。在设计正点时钟时要掌握数字时钟的工作原理和设计方法，学会用protel99SE软件操作实验内容，掌握设计性试验和转PCB的实验方法。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，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的应用。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序电路。通过它可以进一步学习和掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理和方法。所需的器件：1块电路板（15cm×10cm）4个共阴极数码管（LG5011AH）；4个CD4511BD集成芯片：4个CD4510BE芯片；1个74LS08N芯片，1个74LS00芯片；1个CD4050BE芯片；1个74LS7474AN芯片；4个200Ω电阻，2个10KΩ电阻，1个22MΩ电阻，16个0Ω电阻；2个33μF电容；1个32768Hz晶振；若干导线。2、课程设计正文2.1软件方面设计利用protel99SE对整体电路进行分析，设计出电路图，然后生成PCB图。II2.1.1软件方面系统分析将32768Hz晶振分频后产生1Hz的频率，即周期为1秒，送入60进制计数器产生秒，满60秒后向分进位，产生分，经译码器后在共阴极数码管中显示出分秒。2.1.2软件方面系统设计共阴极数码管共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。IIICD4511驱动共阴极LED（数码管）CD4511真值表IVCD4511是一片CMOSBCD—锁存器，用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器。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。A1、A2、A3、A4、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。CD4510构成60进制CD4510为可预置BCD可逆计数器，该器件主要由四位具有同步时钟的D型触发器构成。具有可预置数、加减计数器和多片级联使用等功能。CD4510具有复位CR，置数控制LD、并行数据D0～D3、加减控制DU/、时钟CP和进位等CI输入。CR为高电平时，计数器清零。当LD为高电平时，D0～D3上的数据置入计数器中，CI控制计数器的计数操作，CI＝0时，允许计数。此时，若DU/为高电平，在CP时钟上升沿计数器加1计数；反之，在CP时钟上升沿减1计数。除了四个Q输出外，还有一个进位/错位输出BOCO/。CI进位输入端、LD数据置入控制端、CO/BO进位/错位输出端Q0～Q3计数器输出端、CP时钟输入端、DU/加/减计数控制端、CR清除端DDV正电源、D0～D3并行数据输入、SSV接地。CD4510是同步的，因此在60计数器中，应写出59的8421码，即01011001，将1送入与门，再送入清零端清零。CD4510真值表V晶振32768Hz经CD4060分频产生2Hz的频率，再由D触发器分频产生1Hz的频率，秒脉冲产生电路74LS74引脚图CD4060引脚图利用CD4510清零端构成60进制计数器VICD4060和74LS74构成分频电路，使得脉冲周期为1sCD4060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74LS74是带置位和清零的双D型触发器，每个触发器都有一个单独清零“1”输入端并且有Q互补输出。数据输入端D的信息只在时钟脉冲的上升沿被传递到Q端输出。74LS00用于校准时钟74LS00是常用的2输入四与非门集成电路，他的作用很简单顾名思义就是实现一个与非门。校时电路当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。在本电路中采用两输入四与非门集成芯片74LS00其组成，进位信号通过与非门送入高位CP端，此时校时信号不起作用，当需要调时时，按下开关可通过秒脉冲调整时间，同时进位信号不起作用，从而实现调时功能VII74LS00真值表可校准数字时钟电路电路总图VIII2.1.3软件方面系统实施（将电路图转成PCB原理图）2.2硬件方面设计2.2.1硬件方面方案设计显示器………………………………共阴极数码管（LG5011AH），200Ω电阻驱动共阴极数码管…………………CD4511BD集成芯片进制转换器…………………………CD4510BE芯片脉冲产生…32768Hz晶振，CD4050BE芯片，74LS74AN芯片22MΩ电33μF电容可校准开关…………………………74LS00芯片，10KΩ电阻与门………………………………74LS08N芯片2.2.2硬件方面单元电路设计根据PCB原理图和所给器件，组装电路板，进行焊接。2.2.3硬件方面系统调试IX调试之前先检查电路板的焊接，检查电路板是否有虚焊焊点出现，是否有断路现象，是否有漏焊现象。在调试过程中，按照老师的指导，即先判断电源与地是否短路，各个芯片电源和地的管脚是否与总电源和地是否导通。在老师的帮助下，发现和的地管脚与电源的地不导通，于是我们将管脚的地各引导线接到地。但通电后发现数码管的显示非常暗，仔细检查后发现200的电阻大有问题，换了电阻之后，终于成功实现了正点时钟的显示。3、课程设计总结6月23日我们参加了电子技术课程设计。短短的两个星期，受益匪浅。我们做的是可正点校准时钟。第一个星期，老师给了我们电路图元件，我们按照老师的电路图在protel99SE中连好电路图。在转PCB时，由于没学过，老师帮我们把电路图转成了PCB图。接下来就是手动将各个元件再重新排好图使得交叉的红线最少，费了半天劲排好自动布线后才发现红线是如此的多。看来protel99SE这门课还得好好学学。不过经过了一个星期，我对protel99SE有了初步的认识，知道了一些基本的操作方法，这对我下学期学这门课很有帮助。第二个星期，可以说是最忙的。第一天制作电路板影响最深的就是一堆人围着2台打印机转印，由于操作不当，使得我们第一次转印的并不成功。只好等到下午重新转印。转印完后腐蚀打孔清理上松香水，这样我们的电路板终于完成。第二天安装焊接，也是最麻烦的。焊接完成后，我们组紧张的气氛终于得到缓解，调试过程中，电路板虽然出了一些错误，但最终还是成功的。在这一系列制作过程中，我意识到自己的动手能力并不是很好，只学习是不够的，实践也很重要，以后的日子里我会多找些这样动手的机会，多加锻炼。老师在实践过程中对我们的帮助也很大，非常感谢老师。4、参考文献[1]赵广林，轻松跟我学protel99SE电路设计与制版，电子工业出版社[2]康华光，电子技术基础数字部分第五版，高等教育出版社[3韩万祥，闫永亮，电子技术课程设计指导书，信息与电气工程学院电工电子教学部]X课程设计评语课程设计成绩指导教师（签字）年月日注：此表必须在同一页面。