电子电路课程设计报告

于猛1252787同济大学电子电路课程设计电子电路课程设计报告实习时间2014年7月21日至2014年8月1日止指导教师姓名董芳英学生姓名于猛学生学号1252787电信学院院（系）电气工程专业大二年级于猛1252787同济大学电子电路课程设计1电子电路课程设计：数字钟的设计与实践目录一、课程设计名称...........................................2二、课程设计目的...........................................2三、课程设计仪器和器材.....................................2四、课程设计内容及要求.....................................2五、课程设计原理...........................................21.功能要求.................................................22.基本原理框图.............................................23.基本原理.................................................24.脉冲源设计...............................................35.时、分、秒计数器.........................................36.译码显示电路............................................47.上电复位电路.............................................58.整点报时电路.............................................59.校准功能.................................................5六、实践环节：电路的焊接与调试.............................61.焊接部分.................................................62.调试部分.................................................7七、数据记录...............................................7八、问题讨论与心得体会.....................................7附录附表：仪器与器材...........................................8附图1556发生波形图.......................................9附图2电路板成品图........................................9附图2原理电路图（引脚接线图）............................10于猛1252787同济大学电子电路课程设计2一、课程设计名称：数字时钟的设计与仿真二、课程设计目的1.进一步提高动手能力和综合能力；2.加强相关知识点的理解并学会初步运用；3.了解电子电路设计的实现与调试过程；4.学会并熟练掌握印刷电路板的焊接方法。三、课程设计仪器和器材（详见附表1）主要集成芯片：ICM7556CD4511CD74HC192CD4518SM220401K四、课程设计内容及要求本次课程设计分理论设计和实践环节两个部分。理论设计部分：要求学生利用指定的主要集成芯片，根据所学过的知识设计出数字钟电路，进行系统仿真并完成原理图绘制。实践环节：要求学生焊接印刷电路板并进行调试。最终完成设计报告一份。五、课程设计原理1.功能要求（1）24小时循环计时，按时、分、秒六位显示；（2）可上电复位；（3）有整点报时；（4）有校准功能。2.基本原理框图图13.基本原理本次数字钟设计由脉冲源、分频器、计数器、译码器、显示器等几部分组成。由556产生1kHz的方波，经由三个十分频的分频器4518将信号变为1Hz的方波。然后将信号送入计数器进行累加，继而把累加的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“秒”的显示由两级计数器和译码器组成的六十进制计数电路实现；“分”的显示电路“秒”相同；数码显示数码显示数码显示数码显示数码显示数码显示八段译码八段译码八段译码八段译码八段译码八段译码六进制十进制六十进制计数器六进制十进制六十进制计数器二十四进制计数器二进制十进制上电复位1kHz脉冲源十分频十分频十分频于猛1252787同济大学电子电路课程设计3“时”的显示由两级计数器和译码器组成的二十四进制电路来实现。最终结果由译码器送入数码管显示。4.脉冲源设计图2通过调整RV1电位器可使556输出1kHz方波，然后经由三个十分频的分频器，最终输出1Hz的方波，分频器A15、B7、B15脚为重置端，当“时”清零时，三个分频器重置。5.时、分、秒计数器秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后，分别得到显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。“秒”和“分”计数器应为六十进制，而“时”计数器应为二十四进制。此处计数器选用74HC192。六十进制计数器：它由两块中规模集成十进制计数器74HC192组成，其中一块组成十进制，另一块组成六进制。组合起来就构成六十进制计数器。如下图所示。图3二十四进制计数器：它由两块中规模集成十进制计数器74HC192构成。当高位出现0010状态，低位为0100状态，即计数到第24个来自“分”计数器的进位信号时，产生反馈清零信号，使其他元器件重置。如下图所示。于猛1252787同济大学电子电路课程设计4图46.译码显示电路译码器采用4511，数码管用SM220401K。译码器收到秒计数器、分计数器、和时计数器的计数，分别输送给各自的数码管显示出时、分、秒的计时。输入A0~A3的四位二进制码经由译码器4511输出a~g，数码管为共阴极显示管，故输入高电平有效。详细电路如下图。图5于猛1252787同济大学电子电路课程设计57.上电复位电路图6如上图所示电路，当上电瞬间，电容C3相当于短路，经过逻辑电路之后，可以知道反向器U16：F的8脚输出高电平“1”，该信号接入计数器清零端14脚，即可实现上电复位功能。8.整点报时电路整点报时功能通过与门和非门元件将“分”位的十位和各位、“秒”位的十位连接在一起，逻辑电路使其在59份50秒至59分59秒这一段时间输出低电平，再将信号送给蜂鸣器电路实现的。该信号与556发出的1kHz信号经过一个与门后通过保护电阻连接在NPN型三极管的基极，当基极为高电平时三极管导通，蜂鸣器工作。在其他时刻蜂鸣器不工作。如下图所示。图79.校准功能于猛1252787同济大学电子电路课程设计6图8如上图所示，在“分”位的计数端接出一个单刀双掷开关，正常工作时接低位进位端，校准时间时将其拨至信号源端（经过分频器之后1Hz的信号），这时“分”位将每秒进行计数累加，从而实现校准功能。同理，“时”位的校准与“分”位的校准电路相同，从而实现“时”“分”的校准功能。六、实践环节：电子电路的焊接与调试1.焊接部分头一日，我们并没有进行真正的动手焊接工作，而是由老师讲解了实习要求与注意事项，大致讲解了电子电路的设计方法，并且自行对芯片等元器件进行了比较全面的了解，着手进行理论设计部分。ICM7556为常用定时器，可以通过多谐振荡电路产生方波，并且通过调节电位器可以改变其频率。74HC192为计数器，可以通过它对信号进行累加，并且通过正确的进位调整使其能够对时分秒进行正确的计数。CD4511为七段译码器，可以将4位的二进制码转换为数码管的a~g来控制数码管相应段码的led灯亮或者灭。4518为双BCD同步加法计数器，本次实验中用作分频器来将1kHz的信号经过三次十分频电路使其输出1Hz的信号。4069为4非门，除了接高电平的14脚和接地的7脚，其他叫奇数脚输入，偶数脚输出。4081为4与门，1、2输入3输出，4、5输入6输出，8、9输入10输出，12、13输入10输出。第二天上午老师继续进行了理论讲解，主要涉及电路板的焊接与调试的方法介绍，并且领到了焊接所用的印刷了部分电路的PCB板。下午去实验室领取了焊接与调试电路所需的器材，主要有电烙铁、尖嘴钳、镊子等。实验室的器材大多都已经在经过一届届学生的使用之后不太好使了。之后我们继续自行进行理论设计部分，对于焊接电路早已经按耐不住狂躁的心情了，不过在具体动手之前对其有更深入的了解总是需要的。焊锡熔点低，可以有效助熔焊丝。松香常作为助焊剂，也可以用来清除金属表面的氧化物，保护电烙铁头等。同时，正确使用尖嘴钳、镊子和剥线钳也可以有效提高焊接效率。至于检查是否有短路或虚焊和假焊，可以用放大镜和万用表来检查。用万用表检查电路时，为了防止损坏元器件，应选用短路检测档或者电阻X1挡。第三日周三，终于迎来了走进实验室焊接电路的日子了！刚一开始，同学们兴趣盎然，很多同学动作非常快，领取完芯片插座就开始焊接。而我在对板子进行了细致的观察，加上对原理图布局的大致分析，将各个芯片插座细致的进行布局放置，以免后期发现问题时再进行调整。果不其然，其他同学有把插座焊错地方，八个脚都接高电平或者都接地了，还有的随便将16脚和14脚插座进行放置，这样肯定会给后面的布线与焊接带来很大的麻烦。我和最近的一位同学相互告诫不要太快，以免后面的焊接需要太多修改。最终虽然进度比较慢，于猛1252787同济大学电子电路课程设计7但是由于进行了比较好的规划，对于后期的焊接都胸有成竹了。周四是焊接的第二日，同学们电路的问题暴露的越来越多，我也遇到了越来越多的麻烦。我先是把简单的、比较孤立的电路进行了连接，类似的电路先连接。虽然每个脚上所连得线不是很多，交叉点也不是很多，但是由于管脚比较多，密密麻麻的看上去还是比较费劲，于是我就在每条线上标记了哪个芯片的哪个脚连到哪个芯片的哪个脚。效率也略有提高。今天已经把数码管、译码器和计数器连线比较少的管脚进行了连接，照这样的进度应该会提前完成。周五。部分同学已经陆陆续续的焊接结束进行调试并且上交了，而我还没有连接逻辑电路的那一部分。我觉得这里的连线比较多，要十分注意，并且要在恰当的地方留下触电以便于多个管脚的连接。因为对于非门4069以及与门4081的各个管脚都比较了解，所以对与门和非门的管脚进行了部分调整，从而使得连接进行了简化。由于对这一张原理图进行了多天的焊接，对原理图中的各个部分的原理和功能也越来越清楚，可以说对于本学期的数字电子技术所学到的理论知识进行了非常好的消化和吸收，对于电路功能的实现有了更深入的认识。而且在实际的动手过程中，可能会遇到一些极为实际的问题，此时的及时变通就显得极为重要了。周一。其实电路的搭接在上周末就已经全部做好了，今天来实验室只是对所剩下的电路进行了最后部分的焊接。在焊接好最后一个焊点之后，心情可以说是无比激动。但是我也清楚，焊接结束，只是这个任务完成了一半，能不能正常工作，各个功能是不是都能够实现，还需要调试环节的重大考验。我用肉眼仔细检查了各个接电源和接地的点是不是接好了，还真发现了漏洞：非门4069的接电源和接地端竟然没有接上，于是进行了及时的补救。2.调试部分按照常理，我先是用万用表电阻档检查了各个接电源、接地端等是不是该接在一起的短路了，不该接在一起的是不是断路。还真发现有一行的电源段没有接好，可以说是假焊，看上去像是接上了，但是焊点松动，并没有焊好。在将其焊好后，就可以上电调试了。此时，老师才给了我最终所用的芯片。将芯片插到相应的位置后，通电，多么期盼数字钟是正常工作的呀，可是事与愿违，数字钟显示“0000”，根本不变动。示波器检查，556发生的波形正常，三次十分频后的信号也是正常的。一直是“