数字钟课程设计-- 直流稳压电源和多功能数字钟.doc

电气与电子信息工程学院 电子技术课程设计报告设计题目： 直流稳压电源和多功能数字钟 专业班级：2011级电子信息工程技术（1）班 学号： 201130240122 姓 名： 王长军 指导教师： 刘俊 王海华 设计时间： 2012/11/052012/11/16 设计地点： K3204 电子技术课程设计成绩评定表姓 名王长军 学 号201130240122专业班级电子信息工程技术（专）2011（1）班课程设计题目：直流稳压电源和多功能数字钟电路设计课程设计答辩或质疑记录：1、共阴数码管是单独的一个个连接的，不是整体连接在一起的数码管，如果不需要驱动芯片，还能用其他形式吗？答：常见的数码管计数器电路，输入信号通常是脉冲信号，用CD4518进行编解码即可，在用小功率数码管时，不需要三极管驱动，直接用电阻进行限流即可。2、脉冲信号是怎样形成的？答：脉冲信号一般都是利用自激震荡的原理产生的。自激震荡电路是一个正反馈电路，它的输入信号由滤波电路产生。任何一个脉冲信号都有频率，知道它的频率可以调整滤波电路，使得滤波电路上得到的信号与脉冲信号的频率相同。这样经过正反馈放大最终得到一个与脉冲信号同频率的正弦波。这个正弦波通过整形就可以达到所需要的脉冲信号。成绩评定依据：实物制作（40）：课程设计考勤情况（20）：课程设计答辩情况（20）：完成设计任务及报告规范性（20）：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 2012年 月 日目录一、 课程设计题目： 直流稳压电源和多功能数字钟4二、设计目的4三、方案选择与论证4四、系统功能及原理41、直流稳压电源42、多功能数字钟5五、各模块功能、原理、器件选择61、时钟振荡电路（555振荡器）62、校时校分电路（CD4011）63、时钟电路的设计 （CD4511/CD4518）74、 数码管显示8六、 结果分析9七、设计小结9八、附录101、系统设计原理图102、元器件清单113、参考文献11电子电路数字钟设计1、 课程设计题目： 直流稳压电源和多功能数字钟二、设计目的 1、熟悉集成电路的引脚安排，掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。 2、了解面包板结构及其接线方法。 3、了解数字钟的组成及工作原理。 4、熟悉数字钟的设计与制作。 5、掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法。 6、进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识的分析和解决实际问题的能力。 7、提高电路布局、布线及检查和排除故障能力。8、培养书写综合实验报告的能力。三、方案选择与论证方案一的设计主要是由555振荡电路， 时间计数电路，校时电路和译码驱动电路组成。时间计数电路由CD4518和CD4511组成，分为一个24进制电路和两个60进制电路。校时电路则由开关组成。方案二的设计主要由晶体振荡电路，时间计数电路，校时电路，译码驱动电路。其中，时间计数电路用六个74LS90组成。校时电路主要由 HD74KS00P组成RS触发器，而且加入消抖电路，达到了自动校时的效果。综合比较，选择方案一。四、系统功能及原理 1、直流稳压电源直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。四个环节的工作原理如下： A、电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 B、整流滤波电路：整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。C、滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压各滤波电容C满足RL-C（35）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。 D、稳压电路：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。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式正压集成稳压器有CW317（LM317）系列，它们的输出电压从1.25V37伏可调，最简的电路外接组件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。其典型电路如下图，其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为：Uo1.25（1R2/R1）式中R1一般取120240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V） 直流稳压电源原理图如下图所示2、多功能数字钟数字钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路等组成。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555构成的振荡器加分频器来实现。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用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，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进制计数器，可以实现一天24h的累计。译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过六位LED显示器显示出来。整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然后去触发音频发生器实现报时。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。其数字钟系统框图如下:数码管数码管数码管数码管数码管数码管 解碼驱动解碼驱动解碼驱动解碼驱动解碼驱动解碼驱动 时十位计数器时个位计数器分十位计数器分个位计数器秒十位计数器秒分位计数器 校时控制电路校分控制电路 秒脉冲信号发生器五、各模块功能、原理、器件选择1、时钟振荡电路（555振荡器） 555芯片与RC组成的多谐振荡器可以产生1Hz的方波信号，可以作为时间标准信号源。 555振荡器的原理图如下图所示 2、校时校分电路（CD4011）分时校准电路的原理是一样的。均是采用瓷片电容104和与门电路用开关来实现的具体电路图如下。 平常计时状态下开关处于断开状态，当需要校时时，按下开关瓷片电容则放电CD4011的引脚1、2是低电平3引脚输出高电平，此时8引脚送入时钟脉冲，则10输出低电平，那么4输出一定是高电平，而且这个高电平被送入CD4518的1号时钟引脚，此时“分”必定加1，同理，若连续按下开关则“分”就会连续加1，即完成分校时。时校时电路的原理和分校时是一样的。3、时钟电路的设计 （CD4511/CD4518） （1）、时计数、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。 时计数是采用两个数码管、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，以下即为时计数器的设计原理图。（2）、秒计数、译码/驱动及显示部分的设计 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。以下即为秒计数器的设计原理图。 （3） 、秒计数、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，分计数器的设计原理图与秒计数器的设计原理图相同。4、 数码管显示 用CD4511和CD4518配合数码管组成一个一位计数显示，如下图所示： 每级输出接一只 CD4511和LED数码管即可。所谓共阴LED数码管是指7段LED的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取电源电压5V时可使用1K的限流电阻。6、 结果分析装配焊接：本次整机装配采用模块化结构，不仅解决了模数整体调试带来的困难，而且便于实现电路的分层管理，使得整个电路装配更加有层次和明确的主从关系，解决了焊接的盲目性。虽然装配、焊接比较麻烦，但通过和同学的合作，许多困难都得以克服。安装芯片引脚时，我们先上网查，在弄懂芯片管脚的具体情况直接偶才进行安装。第一步：在焊接的时候，不要一次把所有的元件都焊接上去，先焊接一部分元件上去，让系统先跑起来，即最小化系统调试。第二步：在完成元件的焊接之后，首先要用万用表测试一下，有没有短路。先排除人为的焊接短路。第三步：上电前的电压、电流测试。在电压、电流正常的情况下，再可以进行别的调试，这时就可以一部分、一部分的往上焊接别的元件了。最后完成焊接任务。 系统功能测试： 1、系统拥有良好的人机交互界面及操作说明 2、符合设计提出的基本功能并有所发挥 测试结果：（1）计时：数字钟可以准确的计时，满足多功能数字中的基本功能计时。 （2）校对：通过对单刀双掷开关的调节，确实对数字钟起来了校对的作用。 （3）报时：在数字钟计时到01：00：00时，电灯泡亮了，一分钟后，即计时到01： 01：00时，灯泡熄。整点报时功能成功。七、设计小结通过这次对多功能数字钟的设计制作，让我了解了电路设计的基本步骤，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路先进行软件模拟仿真再进行实际的电路制作。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。八、附录1、系统设计原理图2、元器件清单 元器件清单元件名称型号数量电路板通用板1电解电容50V 47uF125V