电子钟课程设计.doc

数字电子技术课程设计报告设计题目： 数字电子钟的设计 设计时间: 2011.06.242011.06.30班 级： 电气094 设计学生： 王煜炜 0903731179 龙仲淼 0903731159一、设计目的：数字电子技术课程设计是在学习完数字电子电路课程之后，按照课程教学的要求，对学生进行综合性训练的一个实践性教学环节。主要目的是培养学生综合运用理论知识能力， 分析问题和解决问题的能力， 以及根据实际要求进行独立设计的能力； 了解数字电子电路的 一般设计方法，初步掌握数字电子线路安装、布线、焊接、调试等基本技能；熟练掌握电子 电路基本元器件的使用方法，训练、提高读图能力；掌握组装、调试方法。二、设计题目及内容 1、设计题目：数字电子时钟 2、内容和要求： （1）时间以 24 小时为一个周期； （2）显示时、分、秒； （3）有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； （4）根据要求阅读数字时钟电路原理图，阅读教材及查找相关资料，叙述工作原理； （5） 画出包含+5 伏的稳压电源在内的原理电路图， 根据原理图画出对应的印刷电路图， 并在图中标出元器件的符号及代码； （6）安装、焊接、连线、调试电路； （7）最后提交调试好的设计作品，撰写并提交实验、调试报告，解答思考题。三、功能及简单工作原理数字电子钟的原理方框图如下图（1）所示。干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 秒发现一个“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” 计数器的输出状态由七段显示译码器译码，通过六位 LED 七段显示器显示出来。校时电路是用来对“时” “分” “秒”显示数字进行校对调整的。 本电路由 CD4060、74LS74 产生秒时钟信号；由 CD4518、74LS00 组成 60 进制计数 器；CD4511 为显示译码及驱动电路；与非门组成校时电路。四、主要部分的实现方案 1.秒脉冲电路 由晶振 32768Hz 经 CD4060 分频为 2Hz，再经过74LS74 一次分频，即得 1Hz 标准秒脉 冲，提供给时钟计数脉冲。如图示： 2.时间计数器电路 由 CD4518 计数器和 74LS00 组成时分秒的计数电路。 74LS00 是 4 位二进制同步加计数器，它的设置为多片集成计数器的级联提供方便。它具有 异步清零，同步并行预置数，保持和计数的功能。引脚图如下CD4518 计数器为 D 型触发器，具有内部可交换 CP 和 EN 线，用于在时钟上升沿下降 降沿加计数。其引出端排列和功能表分别见图表所示。CD4518 虽无专用的进位信号，但在脉动模式可将 Q3 连接至下一计数器的 EN 输入端 实现级联，同时后者的 CP 输入保持低电平。CD4518 的波形图如图所示由图可见，由于单个单元运算是在 CP 上升沿触发，如将低位的 Q3，作为进位信号直 接送至高位计数器的 CP 输入端，将在低位逢 8 时就提供进位信号，如要实现“逢十进一” ， 需将 Q3 经过非门送至高位计数器的 CP 输入端，显然烦琐、浪费。经济、简捷、正确的方 案应是保持高位计数器的 CP 输入端为低电平，将低位的 Q3 作为进位信号直接送至高位计 数器的 EN 输入端，用 Q3 级联有利于取得较大满值，计数到满值后随着时钟上跳 Q3 产生 下跳就可引起高位计数器计数。 （）秒计数器 秒个位的方案应是保持秒十位计数器的 CP 输入端为低电平，将秒个位的 Q3 作为进位 信号直接送至秒十位计数器的 EN 输入端。秒十位计数单元为 6 进制，当 Q3Q2Q1Q0 变成 0110 时，通过与非门把它的清零端变成 0，计数器的输出被置零，跳过 0111 到 1111 的状 态， 又从 0000 开始， 如此就是 60 进制。 同时秒十位上的 0110 时， 要把进位信号传输给“分” 个位的计数单元。 CD4518 利用条件反馈清零的方法可实现60进制。其中的与非门使用 74LS00 （2）分计数器 分的个位和十位计数单元的状态转换和秒的是一样的， 只是它要把进位信号传输给时的 个位计数单元。 （3）时计数器 当“时”十位的 Q3Q2Q1Q0 为 0000 或 0001 时， “时”的个位计数单元是十进制计数器，当 他的 Q3Q2Q1Q0 到 1010 时，通过与非门使得个位 4518 上的清零端为 0，则计数器的输出 直接置零，从 0000 有开始。当十位的 Q3Q2Q1Q0 为 0010 时，通过与非门使得该 4518 的 清零端为 0， “时”的十位有重新从 0000 开始，此时的个位计数单元变成 4 进制，即当个位计 数单元的 Q3Q2Q1Q0 为 0100 时，就要又从 0000 开始计数。这样就实现了“时”24 进制的计 数其中的与非门用 74LS003.译码显示电路 译码电路采用 CD4511 译码器。其功能是将“时” “分” “秒”计数器中计数的输出状态（8421BCD）翻译成七段数码管能显示十进制数所要求的电信号，然后经数码显示器，把数字显示出来。 显示器件选用发光二极管数码管，可选用共阴数码管。 CD4511 是一种 BCD-7 段显示译码器， 它属于 CMOS 器件， 高电平输出电流可达 25mA。 其管脚排列见图所示。该器件用于驱动共阴极 7 段 LED 数码管。4.较时电路当数字钟刚接通电源或走时出现误差时， 需要对其进行时间的校准， 实用校时电路很多。 校时电路包括校准小时电路和校准分钟电路 （也可包括校准秒电路， 但校准信号频率必 须大于 1HZ） ，可手动较时或脉冲校时，可用普通机械开关或由机械开关与门电路构成无抖 动开关来实现校时。 下图为设计校时电路五、数字钟“秒”的装调 数字钟1.总装配图2.元器件清单3.数字钟的装配与调试 1、检查印刷电路板有无断路、短路，若有，首先处理好。 2、焊接顺序：电阻、二极管、IC 插座、三极管、电容器，逐一焊接。先焊平面的，后 焊立体的，原则是有利于焊接。要求卧装水平、竖装垂直、相同元件等高。 3、焊接要点：将元件整形后插入对应位置，电路板平放在台面上，一手握烙铁对焊盘 和引脚同时接触预热，另一手持焊锡丝与焊盘处烙铁接触，使锡丝熔化，当锡丝熔化一定量 时，立即将锡丝离去，烙铁继续保持少许时间，让焊锡围绕焊盘自由流动，形成一个钟形焊 点。 4、按照接线要求位置，将连接线焊接到对应的插孔。 5、剪脚：元件焊好后，将多余引脚剪掉，剪脚后的焊点应露出引脚 0.5-1mm。 6、检查元件及 IC 插座有无错焊、漏焊，方向是否正确无误，将集成电路插入插座。 7、通电测试：将连接线分别与对应电源接线柱一一连接。 8、首先清零，然后观察 LED 数码管变化状态。 六、思考题 1、本电路中 N 进制计数器是如何实现的？ 答：是由 CD4518 计数器和 74LS00 组成的计数电路， 60 位计数器是是保持十位计数器的 CP 输入端为低电平， 将个位的 Q3 作为进位信号直 接送至十位计数器的 EN 输入端， 。十位计数单元为 6 进制，当 Q3Q2Q1Q0 变成 0110 时， 通过与非门把它的清零端变成 0，计数器的输出被置零，跳过 0111 到 1111 的状态，又从 0000 开始，如此就是 60 进制。 24 位计数器是当十位的 Q3Q2Q1Q0 为 0000 或 0001 时， 个位计数单元是十进制计数器， 当他的 Q3Q2Q1Q0 到 1010 时，通过与非门使得个位上的清零端为 0，则计数器的输出直接 置零，从 0000 有开始。当十位的 Q3Q2Q1Q0 为 0010 时，通过与非门使得该 4518 的清零 端为 0，十位又重新从 0000 开始，此时的个位计数单元变成 4 进制，即当个位计数单元的 Q3Q2Q1Q0 为 0100 时，就要又从 0000 开始计数。这样就实现了 24 进制的计数 2、校时电路中的三个开关有什么作用? 答：当开关闭合时，会接上电容，可以缓解抖动，为去抖动开关 3、如果用 74LS161 组成计数器，则个位到十位的进位怎样实现？ 答： 在1Hz 的 CP 时钟信号下， 74LS161(1)的 PE、 LD、 都接高电平， TE、 CR 74LS161(1) 正常工作，进行记数，当计数到1010时，通过与非门将 Q3Q1与非后接到清零端 CR，即在 此时将第一个74LS161（1）清零。同时接到74LS161(2)的脉冲端 CP(因为当 CR 等于0时， 等于1所以时钟脉冲 CP 有效),于是它显示的是（0-9） 。因为时钟脉冲是74LS161(1)给出， 将74LS161(2)的 PE、TE、LD、CR 都接高电平，74LS161(2)正常工作，进行计数，当计 数到0110时，通过与非门将 Q2Q1与非后接到清零端-CR，将74LS161（2）清零，于是实 现了显示（0-5）的进制，同时接到下一个74LS161的时钟脉冲端 CP。 七、实验总结 1. 实验过程中遇到的问题及解决方法 （1）、本次试验由于只显示60秒进制，制作起来相对简单。总算是没费多大的周折，遇到的一个问题就是可以显示，但不是很正常的秒显。走一会，然后又停一会。解决方法：我们首先检查了电路了连线情况，发现完全与protel绘制的一样，没有错误。干脆就让他走会吧。（2）既然不能正常的显示，也这就怪了，理论与实际有那么大的差距吗。经过第二次的检查，终于了发现了CD4060的12引脚没有拉到低电平。解决方法:接上不就ok了。终于完工，一切正常。呵呵。2.收获和体会 （1）、通过实验，我们更能理解实践的重要性。正确的理论也得接受实践的考验才可认为是真理。所以有时死啃课本还不如做点东西出来，对我们这种应用型的本科学校。我们应该以应用为目的，结合生活实际，把所学理论应用到生活学习实际中去。实践才是检验真理的唯一标准。本次实验虽然是老师把电路图、原理分析都给了我们。但没有在具体的电路里去运行，很难自信的说本电路没有问题。当然了，这个实验比较简单，电路肯定是没问题的了。要是在比较复杂的系统里，理论还得联系实际才能凸显实践是多么的重要。在做电子产品开发的时候，里面多是原创性的东西，这时就更能要理解实践的重要了 。自主开发的，没有得到实践的认可，连自己都不能完全信任的产品，谁会相信呢。 （2）、简单谈一下电子的爱好者之路。 焊电路板这是一件苦差，而且有时候费力不讨好，焊了半天，最后居然没有结果。一时的高涨激