湖北理工学院电子技术数字钟课程设计.

电气与电子信息工程学院电子技术课程设计设计题目：直流稳压电源和多功能数字钟电路设计专业班级：11级电气工程及其自动化（三）班学号：2011402203姓名：指导教师：南光群黄红霞设计时间：~2013.6.4设计地点：K3—204课程设计任务书2012～2013学年第2学期学生姓名：专业班级：11电气工程及其自动化3班指导教师：南光群、黄红霞工作部门：基础教研室一、课程设计题目直流稳压电源的设计/数字钟的设计二、课程设计内容（含技术指标）1．直流稳压电源的设计①输入电压：220V±10%、50Hz②输出电压：5V③输出电流：≥1A④电压调整率：≤7mV(测试条件：IO=500mA)⑤电流调整率：≤25mV(测试条件：10mA≤IO≤1.5A)2．数字钟的设计①设计一个有时、分、秒显示且有时间校正功能的电子时钟。②时、分、秒分别用两位数码管显示。③最大计时时间为23时59分59秒。三、进度安排序号设计内容所用时间1布置任务，查阅资料及调研。2天2设计方案拟定，绘制电路图。2天3焊接、组装调试4天4答辩、撰写设计报告书2天合计10天四、基本要求1．根据设计内容拟定设计方案，绘制出设计电路图并在PCB/万能板上完成电路的安装，焊接和调试工作。2．撰写设计报告书。教研室主任签名：黄丛生2013年4月25日一、方案设计与论证1.1直流稳压电源的设计方案一：采用9v集成电池。该电池体积较小，轻巧，但电池所提供的电流小，同时随着时间的延长，会导致电压不稳定，不能够提供一个稳定的电压。方案二：采用变压器变压。将220V的交流电通过变压器变压，再经过整流、滤波、稳压，产生一个稳定的电压，同时能够长时间供电。通过以上两种方案的比较，故选方案二。1.1.1直流稳压电源的原理框图电源变压滤波电路稳压电路整流电路~220V直流电源1.1.2整流电路图1桥式整流电路1.1.3滤波电路图2滤波电路1.1.4三端集成稳压器图3三端集成稳压器电路1.1.5直流稳压电源的原理图及说明直流稳压电源的工作原理为是通过变压器将220V交流电降到到9V，然后将变压后的交流电通过整流桥整流，再经过电容的滤波和LM7805三端稳压芯片的稳压，将9V的交流电转变为5V的直流电后，再经过电容的滤波、阻尼，将电压输出。其工作原理图如下：图4直流稳压电源原理图1.2数字钟的设计1.2.1数字钟原理框图译码显示译码显示24进制时计数器60进制秒计数器60进制分计数器校时电路校分电路555多谢振荡器分频器译码显示1.2.2数字钟工作原理概述数字电子钟是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。它由振荡器、分配器、计数器、译码器和显示器电路组成。振荡器产生的时钟信号经过分频器形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。秒计数器电路计满60后触发分计数器电路，分计数器电路计满60后触发时计数器电路，当计满24小时后又开始下一轮的循环计数。通过校时电路可以对分和时进行校时，且计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。主电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。总设计框架如上图所示。由上图的总体结构图可知，该设计大概可以分部分：秒脉冲产生部分、计数部分、显示部分、校时部分。在秒脉冲产生部分中，可以用振荡器或者555定时器予以实现，为了保证准确性，优先选用振荡器，但是由于个人技术问题，我们选用了555定时器来产生秒脉冲；在计数电路中，我们采用CD4518计数器，4518为双BCD同步加法计数器。在显示部分，我们采用CD4511芯片结合数码管来实现。最后的校时部分用四2输入与非门的CD4011芯片结合瓷片电容来完成。1.2.3数字钟各部分电路工作原理①秒脉冲发生器振荡器是数字钟的核心部分。振荡器的稳定性及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，一般来说555产生出来的秒脉冲不太稳定，但是由于某种原因，本实验采用555定时器。其中要求R1为168K、R2为68K的电阻，C1为4.7F、C2为0.01F的电容，Vcc为+5V电源,GND接地。如下图5所示：图5秒脉冲信号发生器电路图“脉冲信号发生器”是采用“555”定时器，555芯片的引脚图如图6所示：图6555定时器引脚图②计数器(1)秒计数、译码/驱动及显示部分的设计众所周知，秒、分、时分别为六十、六十、二十四进制(十二进制亦可)计数器那么“秒”和“分”计数器用两块十进制计数器级连来实现，它们的个位为十进制，十位为六进制，这样，符合人们通常计秒数的习惯。“时”计数也用两个十进制集成块，只是做成二十四进制，上述计数器均可用反馈清零法来实现。秒计数采用两个数码管、两个CD4511和一个CD4518来实现，将“秒”信号送入“秒”计数器，秒计数器采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分”脉冲信号，该信号将作为“分”计数器的时钟脉冲，进位脉冲最终用CD4081的一个与门来实现。而CD4511芯片具有锁存\译码\驱动的功能，可以外接电阻驱动七段口LED数码管显示出来.如下图所示76421910abcdefg5dp8GNDabfcgdedpNCDS576421910abcdefg5dp8GNDabfcgdedpNCDS6R37R38R39R40R41R42R43R44R45R46R47R48R49R50A7B1C2D6LE3BI4LT5A13B12C11D10E9F15G14U14CD4511A7B1C2D6LE3BI4LT5A13B12C11D10E9F15G14U15CD45111Q251CP11Q141Q032Q0112Q1122CR152Q2131Q36QR72Q3142EN102CP91EN2U7CD4518R53VCCVCCVCC8910图7秒计数器(2)分计数、译码/驱动及显示部分的设计分计数和秒计数的原理差不多，也是采用两个数码管、两个CD4511和一个CD4518来实现，将“秒”计数器的进位脉冲送入“分”计数器，每累计60分发出一个“时”脉冲信号，该信号将作为“时”计数器的时钟脉冲，进位脉冲最终用CD4081的又一个与门来实现，同样是采用CD4511来驱动七位LED数码管显示出来.如下图所示76421910abcdefg5dp8GNDabfcgdedpNCDS176421910abcdefg5dp8GNDabfcgdedpNCDS2R9R10R11R12R13R14R15R16R17R18R19R20R21R22A7B1C2D6LE3BI4LT5A13B12C11D10E9F15G14U10CD4511A7B1C2D6LE3BI4LT5A13B12C11D10E9F15G14U11CD45111Q251CP11Q141Q032Q0112Q1122CR152Q2131Q36QR72Q3142EN102CP91EN2U5CD4518R51VCCVCCVCCVCCU1DCD4011U1ACD4011U1CCD4011U1BCD4011C201104R1104VCC4U8ACD4081123图8分计数器(3)时计数、译码/驱动及显示部分的设计时计数和分计数的原理差不多，也是采用两个数码管、两个CD4511和一个CD4518来实现，将“分”计数器的进位脉冲送入“时”计数器，但是是计数器采用的是24进制、且不需要进位脉冲，同样是采用CD4511来驱动七位LED数码管显示出来.时计时器图如下：76421910abcdefg5dp8GNDabfcgdedpNCDS376421910abcdefg5dp8GNDabfcgdedpNCDS4R23R24R25R26R27R28R29R30R31R32R33R34R35R36A7B1C2D6LE3BI4LT5A13B12C11D10E9F15G14U12CD4511A7B1C2D6LE3BI4LT5A13B12C11D10E9F15G14U13CD45111Q251CP11Q141Q032Q0112Q1122CR152Q2131Q36QR72Q3142EN102CP91EN2U6CD4518R52VCCVCCVCCU2BCD4011U2CCD4011U2DCD4011U2ACD4011C202104R2104VCC10456图9时计数器其中秒、分、时计数器都用到芯片CD4511、CD4518、CD4081和数码管，下面就针对秒、分、时的设计原理来介绍这些芯片的引脚及功能。1)数码管是数字钟的显示部分，由七段LED和一个点构成，其引脚图如下图10LED引脚图2)CD4511是BCD锁存/7段译码器/驱动器，常用的显示译码器件。B1C2LT3BI4LE5D6A7E9D10C11B12A13G14F15图11CD4511引脚图CD4511引脚功能：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态是怎么样的，七段数码管都会处于消隐也就是不显示的状态。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。LT：3脚是测试信号的输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮全部显示。它主要用来检测数7段码管是否有物理损坏。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。3)CD4518是十进制双BCD同步加法计数器，内含两个单元的加计数器，下图为CD4518的引脚图图12CD4518引脚图4)CD4081是四2输入与门电路，其结构和CD4011差不多，具体引脚图如下。③译码及显示电路通过CD4511来实现电路的译码过程。CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，其特点是：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511中的abcd为BCD码输入端，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。另外CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。a～g是7段输出，可驱动共阴LED数码管。其原理图如图13所示。图13译码器及显示电路1.2.4数字钟原理总图此电路由芯片数码显示器7SEG、译码器74LS48，计数器74161（依次从上而下），两个校正电路（分别能单独地对分和时校时），一个555定时器组成的谐振振荡电路（产生1HZ信号），4个与非门，11个与门，3个非门，4个或门。1.3电路测试与分析当完成数字时钟部分后，我们通电后发现“分”的个位数码管的b中发光管二极管不亮，对照数码管的引脚图，我可以看到b中的发光二极管对应的是6号引脚，然后我们就用万用表的二极管档测试该发光二极管，发现该二极管是亮的，说明数码管本身没问题。于是我就想可能是接线的问题，便着手去找6号引脚对应的接线，当我用万用表测试连线时，突然发现某一根连线两端的电阻为无穷大（理论上应为0），于是我便找原因，发现是一个焊点出现了虚焊，重新焊接后通电调试，发现没有问题，故障完全排除。通过以上方案的论证与电路原理的分析，最终设计出了多功能数字钟，同时制作出了实物，