课程设计（论文）-数字电子钟的组装与调试.doc

课 程 设 计 报 告设计名称：课程设计系别：*学生姓名：*班级：学号：成绩：指导教师：开课时间: 2012 至 2013 学年第 2 学期课程设计任务安排设计题目数字电子钟的组装与调试主要内容DS-2042型数码显示电子钟电路，采用一只PMOS大规模集成电路LM8560(TMS3450NL、SC8560、CD8560)和四维LED显示屏，通过驱动显示屏便能显示时、分。震荡部分采用石英晶体做使基信号源，从而保证了走时的精度。本电路还供有定式报警功能。他定是调整方便，电路稳定可靠、能耗低，集成电路采用插座插装，制作成功率高.工作原理LM8650（IC1）是50/60HZ的时基24小时专用数字钟集成电路，有28只脚管，1-14脚是显示笔划输出，15脚为正电源端，27脚是内部振荡器RC输入端，16脚为报警输出。T1为降压变压器，经桥式整流（VD6-VD9）即滤波（C3，C4）后得到直流电，供主电路和显示屏工作。当交流电源停电时，备用电池通过VD5向电路供电。IC2（CD4060），JT，R2,C2构成60HZ的时基电路，CD4060内部包含14位二分频器和一个振荡器，电路简洁，30720Hz的信号经分频后，得到60Hz的信号关到LM9560的25脚，经VT2，VT3驱动显示屏的各段笔划分两组轮流点亮具体要求在动手焊接前请用万用表将各元件测量一下，安装时请先安装低矮和耐热的原件（如电阻），然后再装的一大的原件，最后安装怕热的元件（如三极管，集成电路等）电阻的安装：请将电阻的阻值（参照本说明书的电阻值计算示意图）选择好后，根据两孔的距离可采用立式紧贴电路板安装。电解电容器，二极管，三极管安装时注意极性，电解电容器C4紧贴电路板立式安装；二极管紧贴电路板立式安装；三极管安装时注意型号。轻触开关和自锁开关紧贴电路板安装。捧线两端去塑料皮上锡后，一端按电路原理图的序号接LED的显示屏，另一端接电路板。蜂鸣器安装时注意接线导线的另一端分别接电路板的BL+Bl-。另外，电路板上还有四根跳线（J1CJ4），用其他元件多余的引脚线充当。将热缩管套在电源变压器初级线圈导线上，然后把插头电源线与初级线圈的导线焊在一起，移动热缩管至焊接处，确保使用时的安全。进度安排周一、二 查资料，能够自行分析原理图周三、四 焊接电路板周五、第二周周一 调试验收周三 书写实验报告摘 要数字钟是用数字集成电路构成，用数码管显示的一种现代化计数器。它一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、较时电路等部分组成，这些都是数字电路中应用最广的基本电路。振荡器和分频器构成组成标准秒信号发生器，不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统，通过校时校时校分电路实现对时、分的校准。数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。数码显示电子钟电路，采用一只PMOS大规模集成电路LM8560（TMS3450NL、SC8560、CD8560）和四位LED显示屏，通过驱动显示屏便能显示时、分。振荡部分采用石英晶体振作时基信号源，从而保证了走时的精确。本电路还供有定时报警功能，它定时调整方便，电路稳定可靠，能耗低，集成电路采用插座插装，制作成功率高，非常适合广大电子爱好者装配使用。本电路还可扩展成定时控制交流开关(小保姆式)等功能。关键词：电子钟 数码管 PMOS集成电路目 录第一章 电子元件的焊接技术41.1 焊接工具和材料41.2 手工焊接方法41.2.1 五步焊接法41.2.2 焊接要注意的事项4第二章 概述与要求52.1 概述52.2 设计要求5第三章 电子钟实验原理63.1数码钟的构成63.2主要元器件及电路介绍63.2.1 LM8560原理63.2.2 CD4060原理73.2.3 蜂鸣器83.3 电路基本原理8第四章 焊接与安装104.1安装104.1.1 安装工艺要求104.1.2 安装注意事项10第五章 调试与故障处理125.1 调试125.2 故障的检查方法125.3 逐级孤立法分析与排除故障12感 想13致 谢14参考文献15附录A16附录B17第一章 电子元件的焊接技术一个电子装置由若干个电子元件组成，各个电子元件通过焊接连接为一个完整的电路，焊接技术的优劣直接影响电子装置是否正常运行和质量的好坏。1.1 焊接工具和材料(1)电烙铁是焊接电子元器件的重要工具，直接影响着焊接的质量。电烙铁从结构上分为外热式和内热式两种。选择电烙铁要根据焊接任务的不同，选用不同功率的电烙铁。一般焊接半导体元器件选用20W电烙铁即可。(2)焊料是将被焊物体牢固的焊接到电路板上。焊料熔点比被焊物熔点低很多，否则容易和被焊物连在一起。一般的电子元件用焊料是锡铅比例为3：2的焊锡，其低熔点仅为180摄氏度左右，用25W-30W的电烙铁就可以熔化。焊锡通常制作成管状焊锡丝，内芯有松香做助焊剂。 (3)助焊剂的作用是去除焊件表面的氧化物，加热时防氧化，帮助焊料流动，减少表面张力，提高焊接质量。一般用松香或松香水。1.2 手工焊接方法焊接技术作为一项基本功，在电子制作中有着举足轻重的地位。用电烙铁手工锡焊时需要掌握一定的技巧，这技巧实际上包含在焊接10字要领一刮、二镀、三测、四焊、五查的焊接全过程中。1.2.1 五步焊接法正确的焊接方法是五步焊接法：准备施焊、加热焊件、加焊锡、去焊锡和去烙铁。1.2.2 焊接要注意的事项1、对焊件要先进行表面处理2、对元件引脚进行镀锡3、焊料量的控制4、焊点的质量第二章 概述与要求2.1 概述随着电子行业的发展, 数字钟已成为人们日常生活中不可缺少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还能用于计时、自动报时和自动控制等各个领域。 为了让我们可以很好地把已经学过的比较零散的数字电路的知识能够有机的、系统地联系起来用于实际，培养综合分析、设计电路的能力，所以我们进行此次数字钟的设计是必要的。可编程逻辑器件在数字系统中的应用随着集成电路技术和计算机技术的蓬勃发展,让电子产品设计有了更好的应用市场,实现方法也有了更多的选择。传统电子产品设计方案是一种基于电路板的设计方法,该方法需要选用大量的固定功能器件,然后通过这些器件的配合设计从而模拟电子产品的功能,其工作集中在器件的选用及电路板的设计上。随着计算机性价比的提高及可编程逻辑器件的出现,对传统的数字电子系统设计方法进行了解放性的革命,现代电子系统设计方法是设计师自己设计芯片来实现电子系统的功能,将传统的固件选用及电路板设计工作放在芯片设计中进行。从20世纪90年代初开始,电子产品设计系统日趋数字化、复杂化和大规模集成化,各种电子系统的设计软件应运而生。2.2 设计要求（1）数字钟是一个将“时”和“分”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为12。另外应有校时功能和一些显示星期、报时、停电查看时间等附加功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”和“分”，计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。（2）“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。（3）整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路是用来对“时”和“分”显示数字进行校对调整的。（4）当调好时间后，并按下开关K1（白色钮），显示屏右下方有红点指示，到定时时间有驱动信号经R3使VT1工作，即可定时报警输出。在面板上从左到右，存在五个微动开关，分别是S4、S3、K1、S2、S1，S4调定时、S3调时钟、S2调分钟、S1调小时，K1为定时报警开关（即闹铃开关）。第三章 电子钟实验原理数码显示电子钟原理图如图3.1所示: 图3.1 电路图3.1数码钟的构成数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。 本数字钟电路主要由译码显示器、“时”和“分”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。干电路系统由秒信号发生器、“时、分计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。分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。“分计数器”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12进制计时器，可实现对半天12小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”计数器的输出状态进行七段显示译码器译码，通过六位LED七段显示器显示出来。整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路是用来对“时”、“分”显示数字进行校对调整的。3.2主要元器件及电路介绍3.2.1 LM8560原理本实验采用的是含有一只PMOS大规模集成电路的LM8560。PMOS是指由n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管。LM8560集成电路采用28脚双列直插式封装，如下图3.2。LM8560集成电路内含显示译码驱动电路、12/24小时选择电路及以其他各种设置报警等电路。它具有较宽的工作电压范围(75-14V)和工作温度范围(20C-+70C)。它自身功耗很小，输出的能直接驱动发光二极管显示屏。图3.2 A LM8560集成电路 图3.2B LM856O实物图 图3.2C LM8560 引脚图3.2.2 CD4060原理CD4060由一震荡器和14极二进制串行计数器位组成，震荡器的结构可以是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施密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。CD4060提供了16引线多层陶瓷双列直插（D）、熔封陶瓷双列直插（J）、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C）4种封装形式，如图3.3、3.4。图3.3 CD4060引脚图图3.4 CD4060内部框图3.2.3 蜂鸣器电磁式蜂鸣器是由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声3.3 电路基本原理LM8560(IC1)是50/60Hz的时基24小时专用数字钟集成电路，有28只管脚，1-14脚是显示笔划输出，15脚为正电源端,20脚为负电源端，27脚是内部振荡器RC输入端,16脚为报警输出，这里是用报警信号控制继电器得电，从而控制交流电源220V的开启。T1为降压变压器,经桥式整流(VD6-VD9)及滤波(C3 C4)后得到平滑的直流电,供主电路和显示屏工作.当交流电源停电时,备用电池通过VD5向电路供电。IC2(CD4060) JT R2 C2构成50Hz的时基电路，CD4060内部包含14位二分频器和一个振荡器，电路简洁，30.720KHz的信号经分频后，得到50Hz的信号送到LM8560的25脚，并做秒信号经VT2 VT3驱动显示屏的闪动。当调好定时时间后，并按下开关K2(白色钮)，显示屏右下方有红点指示，到定时时间有驱动信号经R3使VT1工作,继电器得电工作，从而使负载两端加有220V交流电。如需复位,只按动开关S4即可。按下开关K1(红色钮),即可定时报警输出。在面板上从左到右。存在5五个微动开关,分别是S4 S3 S2 S1调小时，S2调分钟 S3调时钟 S4调定时，K1定时报警开关(即闹铃开关)。调分钟时，需按下S3的同时按动S1,即可调小时数；按下S3的同时按动S2可调分钟数。调定时输出或闹铃报警时，需按下S4的同时按动S1即可调定时时的小时数；按下S4的同时按动S2可调定时分钟数。第四章 焊接与安装4.1安装4.1.1 安装工艺要求（1）.用万用表检测各元件。（2）.安装元件，先装低矮和耐热的元件如电阻，再装大一点的元件，最后装怕热元件三极管，集成电路等。电阻的安装：将电阻阻值选择好后，根据两孔的距离采用立式紧贴电路板安装。电解电容、二极管、三极管安装时注意极性和型号，电解电容C4紧贴电路板卧式安装，C3紧贴电路板立式安装；二极管紧贴电路板立式安装；三极管安装时要注意型号，轻触开关和自锁开关紧贴电路板安装。（3）.排线两端去塑料皮上锡后一端按电原理图的序号接LED的显示屏，另一端接电路板，蜂鸣器的两端分别焊红白导线，导线的另一端分别接电路板的BL+、BL-。另外，电路板上还有6根跳线（J1-J6），可用其它元件多余的铁线充当。（4）.将热缩管套在电源变压器初级线圈的导线上，然后吧插头电源线与初级线圈以及电源输出插座的一端另一端通过继电器焊在一起，移动热缩管至焊接处并用烙铁直接对热缩管加温直至热缩管缩小将导线包住，确保使用时的安全。变压器安装在前盖两个高的支架上，用螺钉固定，接入电路时注意分清初、次级。蜂鸣器装在前盖的共振腔座孔中，用胶或电烙铁点一下固定。显示屏和电路板分别用四颗自攻螺丝固定，电路板与显示屏之间的排线折成S形（即扭成一个麻花），防止排线在焊接处折断。电源线卡好后引出壳外，电池弹簧依顺序安好。前盖和后盖对好后扣好，再同自攻螺丝固定即可。4.1.2 安装注意事项（1）安装前的准备工作 检查印刷板上有无质量问题； 全部元器件安装前必须进行测试； 处理好电烙铁做好焊接的准备工作。（2）元器件的检测首先对照原理电路图，看懂印制电路图。将电路图中元件与实物元件进行对照，认识实物元件。再对元件进行检测。（3）电子元件的引线整形电子元件在安装到电路板上时,必须事先对元件的引脚进行整形,以适应电路安装的需要。电子元器件的引线成型主要是为了使元器件的安装尺寸满足印制电路板上元件安装孔尺寸的要求。（4）电子元器件的插装方法 插装的顺序：先低后高，先小后大，先轻后重。 元器件的标识：电子元器件的标记和色码部位应朝上，以便于辩认；横向插件的数值读法应从左至右，而竖向插件的数值读法则应从下至上。 元器件的间距:在印制板上的元器件之间的距离不能小于1mm；引线间距要大于2mm。一般元器件应紧密安装，使元器件贴在印制板上。符合以下情况的元器件不宜紧密贴装，而需浮装：A、轴向引线需要垂直插装的：一般元器件距印制板37mm；B、发热量大的元器件（大功率电阻、大功率管等）；C、受热后性能易变坏的器件（如集成块等）； 注意二极管、集成电路、电解电容的极性本电路板因元件较少，元件的安装秩序：二极管、电阻、电位器、小电解电容、大电解电容、集成电路的顺序进行安装。安装前注意元件引脚是否氧化，对氧化严重的元件要进行处理和上锡。第五章 调试与故障处理5.1 调试通电前先认真对照电路原理图、线路板、检查有无错焊漏焊，观察电路板上有无短路现象发生，如有故障要一一排除。通电时一定要注意高压危险，插电源时手一定不要接触及电路极特别时继电器这一块只要焊接正确，通电后即可正常工作;时间显示并闪动了。调整后就不闪动了。调整当时时间：用手指按下调时键S3不动，用另一手指点按小时键S1直到当前时间当左上角有点显示时表示是上午，没有点显示时是下午（24小时制除外）再用手指点按分钟键S2直到当前分钟时间，这时可松开调时键，这样时间就调好了。调定时输出：用手指按下定时键S4不动，其它调整方法同调当前时间一样。当需要定时时将K1开关按下，不用时可松开，这时显示屏的右下角有相应点的显示（这时闹铃开关处于关闭状态）；当需要定时闹铃时将K1按下，不用时可松开，这时显示屏的右下角有相应点的显示（这时闹铃开关处于关闭状态）。5.2 故障的检查方法(1)直观检查法为了避免和减少接线的错误，应画出正确的电路原理图和安装接线图。按照安装接线图检查电源线、信号线有无接错，元件有无错焊、漏焊，二极管、三极管、电解电容器极性有无接反等。通话后检查是否有打火等异常声响；有无焦糊异味出现；摸晶体管、电阻、集成电路是否温度过高等。发现异常立即断电检查故障。(2)仪器检查法用万用表、示波器等仪器发现和寻找故障及元件。5.3 逐级孤立法分析与排除故障在不能直接排除故障部位时，可采用逐级检测的方法却低昂故障部位。 (1)判断故障级 由前向后逐级寻找故障级。从第一级输入信号，测量其后各级输出信号是否正常，如发现某一级的输出波形不正确，可判断故障发生哎该级电路。 有后向前逐级寻找故障级。可在某级输入端加入信号，测量其后各级输出信号是否正常，无故障则向前级推进。若在某级输出波形不正常，可判断故障发生在该级电路。 2分法。即在中间级测量工作状态或输出信号，由此判断故障时在前半部分还是在后半部分。(2)寻找故障的具体部分元器件感 想数字钟是以不同的计数器为基本单元构成的，它的用途十分广泛，只要有计时、计数的存在，便要用到数字钟的原理及结构；同时在日期中，它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱。一个半星期的实习是对数字电子技术课程学习的一次总结和综合学习，在实习过程中发现了许多问题，通过不断的发现问题和解决问题，使自己对数字电子技术这门课程掌握的更加熟悉。在整个课程设计完后，总的感觉是：有收获，比以前能更加熟练地组装及焊接。以前上课都是上一些最基本的东西，而现在却可以将以前学的东西做出有实际价值的东西。在这个过程中，我的确学得到很多在书本上学不到的东西，如：如何利用现有的元件组装得到设计要求，如何找到错误的原因，怎样检测元件等等。比方说，我做的那个数字钟，一开始的时候全部焊接完毕，可是发现数字跳动特快，查看了原理图，一个个排查，发现这只跟CD4060还有晶振管有关，于是经过一轮轮的排查，最后发现了，原来是晶振管有问题，换了一个就正常了，虽然其中走了很多弯路，但是，在此过程中学会了很多书本知识得不到的东西，大大加强了我的动手能力，让我懂得了细心，耐心，还有恒心对于我们来说是多么的重要，从中我受益匪浅。 致 谢经过这次的电子课程设计，在这个过程中我学到了很多东西。由此非常感谢我的指导老师陆超，他教给我如何分析电路图，如何排除故