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毕业设计论文
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上饶职业技术学院数字钟兼钟控定时器设计,毕业设计论文
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0 上饶职业技术学院 电子工程系 课程设计 课程名称： 电子技术应用模块 题目名称： 数字钟兼钟控定时器 年 级： _06 级 _ 学生专业： 应用电子技术 学生学号： ZD06010037 26 指导教师： 吴国辉 学生姓名： 技术职称： 高级工程师 2008 年 5 月 30日 nts1 课程设计任务 1 课程名称 电子技术应用模块 2 课程性质 必选 专业课 3 适用年级 06 级 4 适用专业 应用电子技术 5 设计题目 数字 钟 兼钟控定时器的设计 6 实验要求 选开 7 选题要求 最多组数 3 组 每组最多人数 2人 8 指导老师 吴国辉 职称 高级工程 师 9 设计目的 9.1 进一步掌握模拟电子技术，数字电子技术等课程的知识在本课程设计中的应用 ； 9.2 熟悉电路的设计过程及设计方法 ； 9.3 掌握课程设计的基本过程和课程设计报告的撰写方法 。 10 设计要求 10.1 设计一个 数字钟兼钟控定时器 ； 10.2 能显示时间、包括 AM、 PM小时（ 12小时 24小时） ； 10.3具有整点报时功能，白天报时整点时唱一首歌，夜间不报时 ； 进一步掌握模拟电子技术，数字电子技术等课程的知识在本课程设计中的应用 ； 10.4 能当闹时使用，并具有调整时，分的功能 ； 10.5具有 59分内任意时间倒计时定时功能 。 nts2 11 课程设计的进度安排 11.1 2008 年 5日 1 日 ，完成初稿 ； 11.2 2008 年 5月 18 日 30日 ，上交课程设计报告及实验样品 。 12 参考书目 12.1 黄永定 主编 电子线路实验与课程设计 北京 机械工业出版社 2005.8； 12.2 谢自美 电子线路设计、实验、测试 武汉 华中科技大学出版社 ； 12.3 高吉祥 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程 北京 电子工业出版社 2000年 。 13 任务书下达时间 2008年 4 月 28日 nts3 课程设计评分标准（选开实验） 姓名： 年级： 06 级 专业：应用电子技术 班级： 1 班 总分： 考核项目 平 时 成 绩 设 计 报 告 总成绩 考核内容 态度、纪律（ 20%） 设计报告书写和水平（ 80%） 考核环节 团结协作有钻研精神 爱护公物文明卫生 遵守纪律和制度 摘要符合要求、语句通顺、内容充实、图表和曲线清晰符合规范、文字规范。方案选择、论证、设计、计算正确。 分值 6 6 8 80 100 评分 评分教师： 评分时间： 年 月 日 课程设计评分标准（选开实验） 姓名： 年级： 06 级 专业：应用电子技术 班级： 1 班 总分： 考核项目 平 时 成 绩 设 计 报 告 总成绩 考核内容 态度、纪律（ 20%） 设计报告书写和水平（ 80%） 考核环节 团结协作有钻研精神 爱护公物文明卫生 遵守纪律和制度 摘要符合要求、语句通顺、内容充实、图表和曲线清晰符合规范、文字规范。方案选择、论证、设计、计算正确。 分值 6 6 8 80 100 评分 评分教师： 评分时间： 年 月 日 nts4 课程设计报告 年级 06 级 专业 应用电子技术 班级 1 班 姓名 陆燕英 汪星莲 指导老师 吴国辉 职称 高级工程 师 课程名称 电子技术应用模块 课程性质 必选 专业课 设计项目 数字钟 兼钟控定时器的设计 实验要 求 选开 1 设计目的 1.1 进一步掌握模拟电子技术、数字电子技术等课程的知识在本课程设计中的应用 ； 1.2 熟悉电路的 设计过程及设计方法 ； 1.3 掌握课程设计的基本过程和课程设计报告的撰写方法 。 2 设计要求 2.1设计一个 数字钟 兼钟控定时器 ； 2.2能显示时间、包括 AM、 PM 小时（ 12小时 24小时） ； 2.3具有整点报时功能，白天报时整点时唱一首歌，夜间不报时 ； 2.4 能当闹时使用，并具有调整时，分的功能 ； 2.5具有 59 分内任意 时间倒计时定时功能 。 3 课程设计的进度安排 3.1 2008 年 5 月 9日 17 日 ，完成初稿 ； 3.2 2008 年 5 月 18 日 30 日 ，上交课程设计报告及实验样品 。 nts5 数字钟兼钟控定时器的设计 摘要 数字钟是采用数字电路实现时、分、秒数字显示的计时装置。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的使用，使得数字钟的精度、稳定性远远超过了机械式钟表。数字钟不仅能显示时间，还兼有定时器的功能。 关键词 计数器 频率计 数字钟 引言 自从产生了宇宙以来，时间和空气便伴相聚随而来。时间与我们每一个人都有着密不可分 的关系，每个人都受到时间的影响。人类伊始，时间就掌控着我们的生存与发展，因此我们必须对时间有一个度量，让我们 准确的掌握时间。计时工具的出现，它使时间与人的关系产生了改变，时间成了我们手里可以支配的东西。它的发展是非常迅速的，从原始的水滴、沙漏到机械式钟表到现在普通用到的电子式钟表，尽管它们有简单或是繁复的外形，但是它们都只有只是完成一个任务 计时功能。本次制作的数字钟兼控定时器主要采用 LED 数码达到对时间的显示，由 60HZ 信号产生电路、时钟 IC、 LED 显示、整点报时电路 、 定时定 闹电路 、 控制电路等构成，完 成一个具有整点报时、 调整时，分等功能。运用数字电路设计出来的 数字钟兼钟控定时器，不仅具有性能好、可靠性好、价格优惠等优点，还具有很强的市场竞争力，因而获得广泛应用。 1 方案论证 数字钟可用中小规模集成电路制作，也可用大规模集成电路制作。若用中小规模集成电路制作，至少需要振荡器、分频器、计数器、显示器等电路，所用的元器件较多，仅计数器就需要好多块，虽然原理简单，但所画出的原理图比较复杂，功能单一。如果用时钟专用的大规模集成电路制作。电路相对比较简单。如果仅显示时间之用，只需振荡器、时钟集成电路和显示器就能实现 。因此本课题采、用时钟专用的大规模集成电路来设计制作。 数字钟专用集成电路有多种，有的没有定时功能，有的只有单定时功能。而本课题要求具有双定时功能，通过查找资料可知，选择集成电路 LM8364 较为合适。 LM8364 除了用做数学钟外，还可兼做钟控定时器。这种钟控定时器具有 24nts6 任意时间开、任意时间关、 1h 定时输出等功能，适合家庭某些电器每天一次的自动控制。用 LM8364S 设计的数字钟兼钟控定时器，电路简单，实用可靠，走时准确，制作容易。 数字钟由 60HZ 信号产生电路、时钟 IC、 LED 显示 、整点报时电路 、 定时定闹电路 、 控制电路等组成。数字钟兼钟控定时器框图 1 所 图 1 数字钟兼钟控定时器框图 图 2 LM8364 引脚功能 60HZ信号产生电路 时钟 IC LED 显示器 定时定闹电路 整点报时电路 控制电路 nts7 1 1 时钟集成电路 LM8364 LM8364 是日本三洋公司的产品，是采用 PMOS 工艺制成的大规模集成电路，电源电压 范围宽（直接驱动 LED 显示，电源为 6 5 16V，驱动荧光数码管显示， 电源为 6 5 12V）。 LM8364的引脚如图 2所示。 LM8364 具有如下特点：除实时显示“时 /分” 外，还可显示“月 /日”；可按 12h或 24h方式工作， 12h系统带有 AM/PM 显示；可设置两个报警输出；有减法计时的定时功能，最大定时 59min；在出现电源断电等故障时可全位“闪烁”显示 。 CR输入 12/24h选择 50/60Hz输入 50/60Hz选择 s Is 报警输出 报警 1关 报警 2关 打盹 倒计时输出 调 h 调 min 报警 1显示 报警 2显示 s显示 倒计时显示 图 3 LM8364 内部电路框 1.3 LM8364功能 振荡 成形 32 级分频 50 或 60 日计数 月计数 分计数 秒计数 时计数 报警与倒计 时电路 报警比较 报警 1 分计数 报警 1 时计数 码 交 换 及 输 出 驱 动 倒计时 减计数 报警 2 分计数 报警 2 时计数 nts8 1)1脚 CR输入： 1脚输入 RC=150KR 6800pF 时，则产生 f0=1600Hz 的振荡，经 内部 32 级分频后得到 50Hz 的时钟信号； 1 脚输入 RC=130KR 6800pF 时，则产生 f0=1920Hz 的振荡，经内部 32 级分频后得到 60Hz 的时钟信号。用 50Hz 交流电源时，工频 50Hz 可作为时钟输入。 2） 4 脚 12/24h 选择：悬空为 12h 工作，连接 VDD为 24 小时（利用 AM 与PW及 10小时 b/a端）。 3） 6脚 50/60Hz 选择：悬空为 12h工作，；连接 VDD时用 50Hz 工作。 4） 10脚秒显示输入：按 SB6，分钟位置显示数字（功能示意图如图 4所示）。 5） 18脚打盹输入：按 SB7，显示“月 /日”，且使两个报警输出 停 10分钟 。 6)8脚调小时：按 SB2，可调小时。 7） 9脚调分钟：按 SB3，可调分钟。 8） 5脚定开输入：按 SB1，显示定开时间，同时按 SB2，可以调定开时 间的“小时”时间；按 SB1的同时按 SB3，可以调定开时间的“分钟”时间。 9） 11 脚定关输入：按 SB4，显示定关时间，同时按 SB2，可 以调定关时间的“小时”时间；按 SB4的同时按 SB3，可以调定关时间的“分钟”时间。 10） 12 脚倒计时输入：按 SB5，显示 59min，同时按 SB3，可以调倒计时时间。倒计时间可设置为 1 59min的某一数 . 11） 定开功能：到定开时间， 42 脚输出高电平， 此 时 若 按打盹输入 SB7，则 42脚输出变为低电平，维持 10min后又变为高电平。 42脚输出的高电平维持59min后自动变为低电平。当 42脚为高电平时，按报警 1关闭输入 SB8， 42脚变为低电平。 12） 定关功能：到定关时间， 17 脚输出高电平， 此 时若按打盹输入 SB7，则 17脚输出变为低电平，维持 10min后又变为高电平。 17脚输出的高电平维持59min后自动变为低电平。当 17为高电平时，按报警 2关闭输入 SB9， 17脚变为nts9 低电平。 13)计时功能 :按 SB5， 15 脚输出高电平，到倒计时时间后， 15 脚输出变为低电平。为配合 LM8364，应采用内部为共阴极且为单阴极连接的发光二极管显示屏，共阴单阴极 LED显示屏的第一脚为公共阴极。 2 电路设计 2.1 60HZ信号产生电路 数字钟走向是否准确在于 60HZ信号的精确度。 LM8364的第一脚可外接 RC产生 50/60HZ信号， 用此方法精度较低。图 4所示的 3种电路能产生 60HZ精密信号。图 4a的集成电路为 MM5369；图 4b用 CD4060和与非门 CD4012 构成，用MM5369电路虽然方便，但 CD4060比 MM5369 更容易买到；图 4c用 CD4060和反相器组成， CD4060 是 12级脉动进位二进制计数分频电路，其 12脚 Q8输出频率f 60.01465201HZ，其误差 Q 2.442 10。 本数字钟采用图所示的电路作为时钟信 号。 a) nts10 b) c) 图 4 60HZ信号产生电路 CD4060为 14位二进制串行计数器 /分频器，其内部带有振荡器，可外接电阻和电容构成振荡器，也可以通过外接晶体构成高精度的振荡器。 CD4060有 14级计数级，但只引出 10个输出端。 CD4060 还有一个公共的清零端加一个高电平或正脉冲，即可使计数器输出全部为“ 0”电平，并迫使振荡器停振。 CD4060外接 32768HZ的晶体和电阻产生 32768HZ的振荡信号，经内部电路分频后从 13脚输出 64HZ的信号，从 CD4046的第 3， 2， 1， 5脚取出 Q14（ 2HZ）， Q13（ 4HZ），Q12（ 16HZ）， Q10（ 16HZ）四个信号，使其每半秒封锁第 2个与非门 G2两次（即每秒可去掉 4个脉冲），从而输出精密的 60HZ 信号。其工作波形如图所示。 2.2 整点报时电路 nts11 当 数字钟显示 59min 变为 00min，应整点报时。根据分析，十分位显示数字 2，3， 4， 5 时，十分位的 g 端始终是亮的；十分位显示数字 0 与 1 时，十分位的 g端是不亮的。因此，十分位的 g端由亮变不亮只发生在 59min变为 00min时，这样就可用十分位的 g端作为整点报时电路的触发信号。 数字钟兼钟控定时器原理图如图所示。图中没标型号的二极管为 IN4148，电解电容的耐压为 16V 整点报时由 NE555 构成的单稳态电路来控制。当十分位的 g端变为不亮时，经微分限幅后触发 IC1 的第二脚， IC1 的第三脚输出高电平，除法音乐片，奏响一首歌后停止。由于第三脚的输出接有光敏电阻，因此白天光敏电阻的阻值小，可触发音乐片，夜晚光敏电阻的 阻值很大，不能触发音乐片。没有触发时 IC1的第二脚电压大于 VDD/3（由 R1， VD1， R2决定）第三脚输出低电平 假设忽略二极管的 VD1的压降，根据 IC1的第二脚电压要求， 应满足 R1/（ R1+R2） 1/3 即 2R1 R2 取 R2为 51K，但 R1取值不能过 大，否则整点时将无法触发单稳态电路，这里取 R1为 30K R3与 C2的取值应保证输出暂稳态的时间 tp 小于音乐片一首歌的时间，这里取 R3为 30K， C2为 33uF/16V的电解电容，则 tp为 tp=1.1R3C2=1.1 30 1000 33 10-6S=1.1S 音乐片选择 HL9300F， R6选 390光敏电阻选择暗暗电阻大于 10M 的元器件。 2.3 定时定闹电路 根据双定时功能，如定开时间到， 则继电器常开触点闭合，如定关时间到，则继电器常开触点断开。定时定闹电路应为 RS 或 JK 触发器，图中 IC3A和 IC3B构成基本 RS触发器， C8和 C34组成微分电路（它们的取值要根据经验来定），从nts12 而保证电源接通瞬间或非门 IC3的第 1 脚为高电平，第 3 脚输出低电平，三极管VT 截止， 蜂鸣器 不会响，继电器不会吸合。当定开定闹的时间到时，数字钟集成电路 LM8364的第 42脚输出高电平，使 RS 触发器置高电平， IC3的第 3脚输出高电平，蜂鸣器响，继电器吸合。当定关时间到时， LM8364的第 17 脚输出高电平， RS触发器复位， VT1截止，继电器断开。 倒计时：按 SB5， LM8364的第 15脚输出高电平，同时按 SB3，则 调整倒计时时间，第 15脚 输出的高电平使 VT1导通 ，继电器吸合；当倒计时时间到时，第15脚输出低电平，继电器断开。 2.4 误报时控制电路 VD1 VD15和 IC5及或非门是为了防止调整时间时产生误报时、继电器误动作 或钟误闹。调小时 /分钟、调定开 /定关时间、调倒计时间可能会出现十分位的 g段由亮变不亮的情况。为了防止误报时，调时间时，触发 IC5的第 2 脚，由 IC5构成的单稳态电路的输出反相后使 IC1复位，从而不能触发音乐片。调各种时间时可能经过定开 /定关的时间，为了防止蜂鸣器误响或继电器误动作，调时间时，IC5的第 3脚输出的高电平加 到 LM8364的第 14脚和第 16脚，从而保证开输出和定关输出为低电平，使 VT1截止，保证继电器不会误动作，蜂鸣器不响。 R32与 C9的取值方法与 R3与 C2相同， 时暂稳态的时间取 1 2min。 整点报时和定闹共用一个蜂鸣器，整点报时蜂鸣器唱歌，定闹时蜂鸣器发出蜂鸣声。 nts13 3 系统电路 nts14 4.调试 方法 1) 接通电源，观察显示屏上的秒点是闪烁，用频率计测量计测试 LM8364 的第 7脚输入信号的频率是否为 60HZ。 2) 按 SB2,观察能否调“小时” (按住 SB2可快调“小时” ): 按 SB3,观察 能否调分钟 。 3) 整点报时按 SB3,将分钟设置 59MIN,然后听一下分钟从 59MIN 变 00MIN时蜂鸣器能否奏一首歌 。 若不能 ,用万用表测 IC1的第 2 脚电压 ,分钟从 59min 变为 00min时，第 2脚电压，分钟从 59min变为 00min时，第 2脚电压应从高电平变为低电平， IC1的第 2脚输出应从低电平变为高电平。若 IC1的第 3脚能从低电平变为高电平，再检查音乐片电路，测量音乐片的电源电压是否为 3V、音乐片及音乐片上所焊的三极管是否烧坏 、蜂鸣器是否损坏。不能整点报时的主要原因是 IC1 的第 2脚没有负脉冲触发信号， 可通过调整 R1和 R2的阻值之比使负脉冲触发第 2脚。没有触发时 IC1的第 2脚电压应大于 VDD/3，触发时应小于 VDD/3。本电路中对 R1,R2 的阻值要求比较严格。另一主要原因是音乐片烧坏。由于音乐片比较容易烧坏，因此一定要检查音乐片的电源电压是否为 3V（不能太高），而且触发端的电压也不能 太高。 4） 定开 /定关，按 SB1设置定开时间，按 SB4设置定关时间。定开时间到时，用万用表测 LM8364 的第 42脚电压应为高电平，测 IC3的第 3脚电 压应为高电平，三极管 VT1导通。 SB6闭合（波段开关处于定时位置）时 ， 继电器吸合， SB7闭合时，蜂鸣器叫。定关时间到时，测 LM8364的第 17脚，其输出应为高电平，而且RS触发器复位，三极管 VT1截止，继电器断开。 5） 倒计时按 SB5，用电压表测 LM8364 的第 15角输出为高电平，继电器吸合。按 SB5同时按 SB3，可设置倒计时时间，倒计时时间到时，再测 LM8364 的第15脚电压是否为低电平，此时继电器断开。 6） 调整分钟时间，使分钟时间经过 59min 和 00min（如原来时间为 AM2:30,现调整为 AM3:10） ,听蜂鸣器是否唱歌。闭合 SB7（拨段开关处于定闹位置），设置 定开时间，使时间经过定开时间（如原来时钟时间为 AM2:30,设定开时间为AM4:30,将时钟时间改为 AM5:40） ,听蜂 鸣器是否鸣叫。用同样的方法设置定关nts15 时间，调整时钟时间，使时钟时间经过定关时间，测量 LM8364的第 17脚电压是否为低电平。 以上各项调整完毕后，观察数字钟走时是否准确，这项工作需要较长时间（如1个月或 3个月或更长时间）才能完成。如果走时不准，可调节微调电容进行调整。根据长期实践，利用图制作的数字钟兼钟控时器，走时准确，工作可靠，整点报时时间为早上 7点至傍晚 7点。 nts16 5.小结 本电路所设计的数 字钟是采用数字电路实现时、分、秒数字显示的计时装置。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的使用，使得数字钟的精度、稳定性远远 超过了机械式钟表 ,同时由于使用了 PMOS 工艺制成的大规模集成电路，因此用LM8364 设计的数字钟兼钟控定时器，电路较简单，实用可靠，走时准确，但由于设计时，有些阻值电容取值不是很理想，出现一点点偏差，在调试过程中修整以后，基本上实现了所要求的功能。 6.参考书目 7.1 黄永定 主编 电子线路实验与课程设计 北京 机械工业出版社 2005.8 7.2 谢自美 电子线路设计、实验、测试 武汉 华中科技大学出版社 7.3 高吉祥 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程 北京 电子工业出版社 2000年 nts17 元件清单 序号 名称 型号 规则 单位 数量 位号 1 电阻 4.7 K 只 2 R 3 5
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