数字钟的设计与制作

1电子技术课程设计题目数字钟的设计与制作姓名：学院：信息与电气工程学院专业：班级:学号:指导教师：李艳玲完成时间：2014/6/62目录1.设计目的及任务……………………………………………………………………32.电路设计总方案及原理框图……………………………………………………42.1数字电子钟的基本原理……………………………………………………42.2原理框图………………………………………………………………………43.单元电路设计及器件选择………………………………………………………43.1电源电路的设计………………………………………………………………43.2秒信号发生器的设计…………………………………………………………53.3计时系统的设计………………………………………………………………53.4译码显示电路的设计…………………………………………………………63.5校时电路的设计………………………………………………………………74.数字电子钟的整体电路……………………………………………………………85.电路的装配与调试…………………………………………………………………95.1电路的焊接……………………………………………………………………95.2电路的调试过程………………………………………………………………96.收获与建议…………………………………………………………………………97．元件明细表…………………………………………………………………………108.参考资料………………………………………………………………………………109.致谢……………………………………………………………………………………1110.附录（Pcb图实物图）…………………………………………………………1131.设计目的及任务1.1设计目的电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。电子技术是一门实践性很强的课程，加强工程训练，特别是技能的培养，对于培养工程人员的素质和能力具有十分重要的作用。电子技术课程设计是一个重要的实践环节，它包括选择课题、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。电子钟是对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得电子钟的精度,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，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等有着非常现实的意义。1.2设计任务数字时钟的设计与制作（1）具有时、分、秒计时及显示；计时范围：00时00分00秒-23时59分59秒。(2)具有手动校时、校分功能；42.电路设计总方案及原理框图2.1数字电子钟的基本原理在下图2-1中，数字时钟分为振荡电路、分频电路、校时电路、计时系统，每个计时自系统有计数器、译码器和显示器三部分。在秒脉冲部分中，用振荡器可以实现；在计数电路中，采用CD4518计数器，CD4518为双BCD同步加法器。在显示部分，采用CD4543芯片结合数码管来实现；最后校时部分，采用74HC14和电容结合来完成。2.2原理框图图2-1原理框图3.单元电路设计及器件选择3.1电源电路的设计直流稳压电源主要包括4部分：电源变压器、整流电路、滤波电路稳压电路。图3-1直流稳压电源时显示器分计数器时计数器时译码器分译码器秒译码器秒显示器分显示器秒计数器分频电路校时电路整点报时电路振荡电路计时系统5（1）电源变压器：是降压变压器，它将220V交流电压变换成9V的交流电压，并将它送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。（3）滤波电路：可以讲整流电路输出电压中的交流成分的大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。（4）稳压电路：芯片7805稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。3.2秒信号发生器的设计①振荡电路的设计可选用石英晶体或555构建数字钟的振荡电路,本次选的是石英晶振。Rf的作用是为反相器1提供偏置，使其工作在放大区,R的阻值对于TTL门通常在0.7kΩ到2kΩ之间，而对于CMOS门则常在10MΩ到100MΩ之间。C1是频率微调电容，一般取值为5~35pF。C2是温度特性校正电容，一般取值为20~405pF。图3-2振荡电路图②分频电路的设计振荡电路产生的32.768HZ时标信号，不能直接用来作为数字钟计数的输入信号，必须将它石英晶振变为周期为1s的脉冲信号，因此，还要对时标信号进行15分频。6图3-3CD4060内部逻辑结构图3-4CD4060引脚图3.3计时系统的设计分和秒计数器都是60进制的计数器，采用中规模集成电路十进制计数器至少需要两片，一片为个位十进制计数器，一片构建十位六进制计数器。至于时计数器则为24进制计数器，如此设定的计时模式才满足设计要求。因此，选用一片双BCD加法计数器CD4518/CC4518即可。CD4518内含两个功能完全相同的十进制计数器。每一计数器，均有两时钟输入端CP和EN。时钟上升沿触发，CP输入，EN置高电平；时钟下降沿触发，EN输入，CP置低电平。CR—清零端，高电平有效。图3-5CD4518管脚图3.4译码显示电路的设计译码显示电路的功能是将“时”、“分”、“秒”计数器输出的四位二进制代码翻译并显示相应的十进制数的状态。译码器CD4543有了四个输入端：A、B、C、D，与计数器的输出端相连；有七个数码笔段输出驱动端：a～g。译码器CD4543可以驱动共阴、共阳两种数码管，使用时，只要将PHCD4060内部逻辑框图CD4060内部逻辑框图CD4060引脚排列CD4060引脚排列7引脚接高电平，即可驱动共阳极的LED数码管；将PH引脚接低电平，即可驱动共阴极的LED数码管。显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有：发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。LED显示器是现在最常用的显示器之一，如下图所示。图3-6LED显示器的符号图发光二极管（LED）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件（半导体显示器）。分段式显示器（LED数码管）由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。显示电路显示模块需要实时显示当前的时间,即时、分、秒，因此需要6个数码管，另需两个数码管来显示横。采用动态显示方式显示时间，硬件连接如下图所示，时的十位和个位分别显示在第一个和第二个数码管，分的十位和个位分别显示在第四个和第五个数码管，秒的十位和个位分别显示在第七个和第八个数码管，其余数码管显示横线。LED显示器的显示控制方式按驱动方式可分成静态显示方式和动态显示方式两种。数码管使用条件：a、段及小数点上加限流电阻b、使用电压：段：根据发光颜色决定；小数点：根据发光颜色决定c、使用电流：静态：总电流80mA（每段10mA）；动态：平均电流4-5mA峰值电流100mA数码管使用注意事项说明：（１）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；（２）焊接温度：２６０度；焊接时间：５Ｓ8（３）表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。3.5校时电路的设计图3-7校时电路校时部分，采用74HC14和电容结合来完成。平常计时状态下，开关处于断开状态，当需要校时时，按下开关电容放电10输出高电平，这个高电平被送入CD4518的EN引脚，则必定加1.4.数字电子钟的整体电路图4-1数字时钟原理图95.电路的装配与调试5.1电路的焊接焊接过程中，并没有出现太大的问题，就是焊锡丝太粗，在焊接芯片的时候不太好焊，并且太浪费焊锡丝了。5.2电路的调试过程（1）为什么秒计数器会有时候快，有时候正常，有时候又不工作了呢？这有可能是振荡电路、分频电路没焊好，还有可能是数码管引脚有虚焊，多成原因造成的。（2）有些同学的时显示器不是24进制?这可能是译码电路没焊好，或者有些原件焊坏了。（3）许多同学第一次焊接把芯片焊反了也导致调试不出来。（4）当接直流稳压电源时，没接触好，也导致了数码管显示不完整，或者不工作。6.收获与建议课程设计是培养学生综合运用所学的知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新月异，电子技术在生活可以说无处不在。回顾此次数字时钟课程设计，感慨颇多，通过这次课程设计学到了许多在书本上无法学到的知识，使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，焊接提高了自己的实际动手能力和独立思考能力。在设计中遇到的问题很多，但毕竟是第一次，难免会遇到各种各样的问题。在这次设计中我发现自己所学的知识远远不够，在今后的学习中我要更加努力奋斗！虽然我已经在电子科技协会待了两年，电气工程创新实验室待了也将近一年了，但是焊接完了之后，还是在测试的时候出了许多问题。为什么秒计数器会有时候快，有时候正常，有时候又不工作了呢？这些问题困扰着我，在老师和同学之间努力和自己的思考之下，终于把它调试成功了。在此次数字时钟设计的过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和具体的使用方法，熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能，在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正。仿真图和电路连接图还是有区别的，所以在连接线路时就要非常的认真，要清楚了解各个连接点之间的关系，这样才能在实际焊接过程中得心应手，取得事半功倍的效果。焊接很需要耐力的，不小心就容易焊接错误，这也是考验一个人的焊接功底的，需要细心的去焊。总而言之，这次数字时钟的设计过程中，10给了我很大的收获和信心，更深刻的了解我这个专业，为今后的学习、设计夯实了基础。7．元件明细表（名称、型号、数量）元件名称型号数量整流桥KBP3671电解电容1000uF2集成稳压器78051石英晶振32.768KHz1贴片电阻4204247K41K4贴片电容1041120pF2集成芯片CD45436CD45183CD40131CD4060174HC14174HC001按键2数码管6印制PCB电路板18.参考资料[1]康光华主编.电子技术基础-数字部分（第五版）.高等教育出版社，2006[2]谢自美主编.电子线路设计、实验、测试.华中理工大学出版社，2000[3]吕思忠主编.数字电路实验与课程设计.哈尔滨工业大学出版社,2001[4]数字电子技术《实验指导书》[5]邹寿彬主编.电子技术基础[M]北京:清华大学出版社，2001[6]许熙文主编.电路基础[M]北京：高等教育出版社，2001[7]卢尔健主编.电路与电子技术[M]北京：科学技术出版社，2001[8]石生主编.电路基本分析[M]北京：高等教育出版社，2001119．致谢这次课程设计收获很多，首先衷心地感谢我的指导老师李老师。从理论上的探讨到实际。李老师的悉心指导和建议给了我极大的帮助和支持，特别在调试时，使我受益匪浅，在此论文完成之际，谨向李老师致以深深的谢意和崇高的敬意。10.附录（Pcb图实物图）附录一实物图图10-1实物图附录二Pcb图图10-2Pcb图