数字钟实训报告.doc

龙岩学院课程设计报告 课程名称：数字电子技术课程设计设计题目： 数字钟电路 班 级： 09电子信息工程（1）班姓 名：学 号：指导老师：范宜标教师评语：数字钟设计摘 要数字钟是采用数字电路实现对.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,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,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。数字钟是一个将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒。一个基本的数字钟电路主要由秒信号发生器、“时、分、秒、”计数器、译码器及显示器组成。关键词： 译码显示 计数器 频率发生器一：设计目的：1、能较全面的巩固和应用“数字电子技术”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型数字系统设计的基本方法。2、能合理、灵活的应用各种标准集成电路（SSI、MSI、LSI等）器件实现规定的数字系统。3、培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的数字系统的能力。4、培养独立进行实验，包括电路布局、安装、调试和排除故障的能力。5、培养书写综合设计实验报告的能力。二：设计任务与要求：秒脉冲发生电路，时、分、秒计数译码显示电路，时间校准电路。能够以十进制显示时、分、秒。其中时为24进制，分秒为60进制。三：方案设计与论证：1、 设计逻辑图及总体思路由上图的总体结构图可知，该设计大概可以分为如下几部分：秒脉冲产生部分、计数部分、显示部分。方案一：首先构成一个CB555定时器产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲，由74LS160采用清零法分别组成六十进制的秒记数器、六十进制分记数器、二十四进制时记数器。使用CB555定时器的输出作为秒记数器的CP脉冲，把秒记数器地进位输出作为分记数器地CP脉冲，分记数器的进位输出作为时记数器的CP脉冲。使用74LS48为驱动器，BS201A数码管作为显示器。方案二：首先构成一个CN555定时器产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲，在技术电路中，采用CD4518计数器4518为双BCD同步加法计数器。在显示部分，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。论证方案一和方案二的设计都很正确，但是方案二的计数部分4518是BCD同步加法计数器。比方案一要来得简单清晰，本着设计简单，效果稳定的前提下采用方案二。通过数字钟方框图和原理图可以看出，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，在此我们用555定时器来实现。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。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”、计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。四：原理分析1.秒脉冲信号发生器的设计、原理图、芯片引脚排列图及功能表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的准确程度，一般来说555产生的出来的秒脉冲不太稳定，但是由于某种原因，我们采用555定时器。其中要求R1、R2为100K的电阻，C1为4.7uF、C2为0.01uF的电容，VCC为+5v电源，GND接地。通过调节RW来7端的电压大小从而改变输出端3电压Vo的波形。T1=(Rw+R)Cln2 T2=RCln2 T=T1+T2=(Rw+2R)Cln2当R=47K,C=10uF。由公式得当Rw=47K时输出端输出震荡频率为1Hz。周期是1秒，即可作为秒的脉冲输入标准秒脉冲。555芯片的引脚图及功能表：内部含有两个电压比较器，一个分压器，一个RS触发器，一个放电晶体管和一个功率输出级。2.(1)秒、分、时计数、译码及显示部分的设计时、分、秒分别为二十四、六十、六十进制，那么秒和分计数器用两块十进制计数器级联来实现，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，上诉计数器均可用反馈清零法来实现。 a. 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LED数码管显示出来。 b.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。 c. 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，但是时计数采用的是二十四进制、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。计数、译码、显示电路的原理图(2).各芯片的管脚及功能介绍a.数码管的管脚及功能 将多只LED的阴极连在一起即为共阴式，而将多只LED的阳极连在一起即为共阳式。我们采用的是共阴式。 LED数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。b.CD4511的管脚及功能 BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT：3脚是测试输入端，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，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。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。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。c.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，以下为其引脚图及功能表 1CP、2CP：时钟输入端。 1CR、2CR：清除端。 1EN、2EN：计数允许控制端。 1Q01Q3：计数器输出端。 2Q02Q3：计数器输出端。 Vdd：正电源。 Vss：地。d.CD4081是四2输入与门电路，其结构和CD4011差不多，引脚图如下3：分时校准电路的设计分时校准电路的原理是一样的。均采用瓷片电容103和门电路用开关来实现的，具体电路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输出低点评，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。五：总原理图、PCB图及元件清单六：安装与调试印制正确的电路板，打好孔，将各个集成块的管座放好，逐个管脚焊接，再将电阻，二极管，电容等器件焊接，留出电源线和共地线，然后把集成块插上。 焊前准备：准备好电烙铁以及镊子、剪刀、斜口钳、尖嘴钳、焊锡、焊剂等工具，将电烙铁及焊件搪锡，左手握焊锡，右手握电烙铁，保持随时可焊状态。用烙铁加热备焊件。送入焊锡，熔化适量焊锡。移开焊锡。当焊锡流动覆盖焊接点，迅速移开电烙铁。 掌握好焊接的温度和时间。在焊接时，要有足够的热量和温度。如温度过低，焊锡流动性差，很容易凝固，形成虚焊；如温度过高，将使焊锡流淌，焊点不易存锡，焊剂分解速度加快，使金属表面加速氧化，并导致印制电路板上的焊盘脱落。尤其在使用天然松香作助焊剂时，锡焊温度过高，很易氧化脱皮而产生炭化，造成虚焊。 按照手工焊接的基本操作方法进行焊接，将各个原器件按照要求都焊接在印制电路板上，完成器件的安装与焊接。将焊接好的电路进行调试。将电路接到+5伏电源上，观察数码管显示是否正常。如果显示正常，计数正确，是从00：00：00计数到23：59：59说明电路原理和安装焊接正确，设计、调试成功。如果不是上面所说情况，说明电路存在问题，需要找出问题所在，仔细检查电路是否设计正确、是否存在虚焊、是否焊接错误等，找出错误继续调试，直到调试成功为止。 七：收获与体会 通过这次对数字钟的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念。在此次的数字钟设计过程中,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其具体的使用方法. 在连接六十进制的进位及二十四进制的接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了.在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的错误所引起的。接线的时候一定要细心,不要接错,同时也要学会如何判别芯片的好坏,要是芯片坏了即使接线再正确也出不来结果。对自己的设计图要仔细考虑，是否可行，尤其是进位输出，着重看看进位的CP脉冲是否正确。 通过这次课程设计学习，让我对各种电路都有了大概的了解，也学会了常用绘图软件的使用。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，才会有收获。来学校两年多了，无论是从金工实训到电子工艺实训，还是从模电课程设计到现在的数电课程设计，每一次自己都觉得有一个进步，虽然有些方面自己做不出，但可以从老师和其他同学那里学到更好更多的东西，他们从另一个方面透析了自己的困难，这是很重要的，它让我学会了怎样学习别人的长处并把它变成自己的长处。有这样的机会和收获，要感谢老师的辅导以及同学的帮助，是他们让自己有了一个更好的认识，无论是学习还是生活，