数字式闹钟设计报告

数字式闹钟设计报告摘要 数字式闹钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。 数字式闹钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。目前，数字式闹钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。数字式闹钟适用于自动打铃、自动广播，也适用于节电、节水及自动控制多路电器设备。它是由闹钟电路、定时电路、放大执行电路、电源电路组成。为了简化电路结构，闹钟电路与定时电路之间的连接采用直接译码技术。具有电路结构简单、动作可靠、使用寿命长、更改设定时间容易、制造成本低等优点。关键词：数字式闹钟；组合逻辑电路；时序逻辑电路。一、设计任务和要求数字式闹钟的具体要求如下：(1) 时钟功能：具有24小时计时方式，显示时、分、秒。(2) 能设定起闹时刻，响闹时间为1min，超过1min自动停止，具有人工止 闹功能；止闹后不再重新操作，将不再发生起闹。(3) 整点报时功能：要求整点差10S开始每隔1S鸣响一声，共5声。每次持续时间为1S，前四次500HZ声音，最后一次1000HZ声音。(4) 具有快速校准时、分、秒的功能。二、方案设计与论证方案一： 秒信号发生器：由LM555与RC组成的构成多谐振荡器。 走时电路：由计数器和与非门组成，秒、分计时器：十进制与六进制联而成，由两片74LS160和与非门实现。时计时器：模24，计数显示0023。由两片74LS160和与非门实现。 校时电路：利用开关将所需要校对的时或分计数电路的脉冲输入端切换到秒信号，用555输出10HZ信号加至分，时计时器使其快速计数，到达标准时间后再切换回正确的输入信号。 闹钟电路：由数值比较器74LS85控制起闹点，当走时时间与设定的起闹时间相等时，闹钟将会起闹，整点时也会起闹报时。 显示电路：将计数器的输出直接与共阴极数码管相接，直接控制显示。方案二：秒信号发生器：通过石英晶体振荡电路，由单片CD4060CMOS集成电路十四位二进制计数器/分频器可得到14分频的信号。再将74LS74单片TTL集成电路双D触发器中的一个触发器接成计数器型，完成第十五级，从而得到周期为1秒的秒信号。走时电路：分和秒计数器都是模数为60的计数器，用4518双重BCD加法计数器芯片，采用反馈归零法实现秒60进制。选用4518集成芯片采用反馈归零法完成二十四进制，实现日常生活的24小时计数制。显示电路：选用CC4511BCD七段译码驱动器以及与其匹配的数码管B547RFF七段共阴数码管。校时电路：三个控制开关S1,S2,S3分别用来实现“时”、“分”、“秒”的校准，开关处于正常位置分别接高电平“时”、“分”、“秒”计数器按正常计数。当将S1置校时位置时，由分频器送来0.5秒的脉冲信号直接进入“时”计数器，使小时指示每0.5秒计一个字达到快速校时的目的。同时，0.5秒的脉冲信号送入“分”计数器的置零端，使“分”置零，当“时”校准后，复位开关S1,再按下开关S2置“校分”位置，和校时的原理一样，将0.5秒的脉冲信号接入“分”计数器的CP端和“秒”计数器的置零端，使“分”快速计数，同时，将“秒”计数器置零。当分校到合适的数字后，复位开关S2，数字钟进入正常走时状态。“秒”校准开关S3控制着一RS触发器（可以选用74LS74双D触发器集成片中的一D触发器来实现RS的功能）的状态。当S3置一“正常”位置时，触发器置“1”，端输出低电平，关闭D8,Q端输出高电平，使D7打开，“秒”信号正常进入“秒”计数器，使时钟正常计时。若开关S3置于“秒校”位置，则触发器置零，Q端输出低电平，封锁D7,“秒”信号不能通过，而端输出高电平，打开D8,使0.5秒的信号进入“秒”计数器，此时“秒”计数器快速计时。待“秒”校准后，松开复位S3，使其恢复置正常位置。其中周期为0.5秒的脉冲信号取自分频器。另外开关S1、S2、S3、在搏动时可能会产生抖动的现象，为了减少这种现象的发生可以在每个开关的两端各接一个电容以缓解抖动。闹钟电路：其电路也应分为两部分，即控制门电路和音响电路用与非门实现逻辑功能其中74LS20为4输入二与非门，74LS03为集电极开路(OC门)的2输入四与非门，因OC门的输出端可以进行“线与”，到达起闹时间时音响电路的晶体管导通，则扬声器发出1kHz的声音。持续1分钟后晶体管因输入端为“0”而截止，电路停闹，整点时也会按要求报时。方案选择：基于所学知识，本次设计中选择方案一。三、系统原理框图数字式闹钟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一致，故需要在电路上加一个校时电路。同时必需以标准的1HZ时间信号作为时钟驱动。图3.1所示为数字式闹钟的一般构成框图。秒个位计数分个位计数分十位计数秒十位计数时个位计数时十位计数闹钟模块报时模块校时电路校分电路函数脉冲图3.1.数字式闹钟原理框图4、 单元电路设计4.1 秒信号电路它是数字闹钟的核心部分，它的精度和稳度决定于数字钟的质量，本次我选用由NE555与RC组成的多谐振荡器作为秒脉冲信号。NE555与RC组成的多谐振荡器电路如图4.1所示。4.1.1器件说明 1端GND地 2端TR低电平触发输入 3端UO输出 4端RD直接清0 5端CV 电压控制，不用时经 0.01F电容接地 6端TH高电平触发输入 7端DC三极管集电极 8端VCC 电源(4.5V18V)秒脉冲 图4.1多谐振荡器电路 由 3脚输出频率：f=1.43/(R6+2R1）C3，电路中多谐振荡器的频率设计为1HZ，若选取R6为10K，R1为32K，C1为220F。则由公式计算可得频率：f=1.43/(R6+2R1)C3=1.43/(10+64)*220=1HZ。4.2计数电路秒、分计数器为60进制计数器。小时计数器为24进制计数器。实现这两种模数的计数器采用中规模集成计数器74LS160。图4.2为74LS160引脚图，表4.2为74LS160功能表。 1端MR 清零 2端CLK 时钟脉冲输入 3-6端D0、D1、D2、D3 数据输入 7端ENP计数控制使能 8端GND 地 9端LOAD 同步预置数控制端 10端ENT计数控制使能 11-14端Q0、Q1、Q2、Q3数据输出 15端RCO 进位输出端 16端VCC 电源图4.2 74LS160引脚图表4.2 74LS160功能表ENPENT LOADMRCLK功能0清零01并行输入011保持011保持（RCO=0)1111计数4.2.1.秒计数单元秒计数单元由两片74LS160同步十进制计数器组成。首先采用级联法将两片芯片组合成100进制计数器，再用一个二输入与非门将秒十位的QBQC相与，与非门的输出端接两芯片的LOAD端，再经过一个非门，作为分计数单元的时钟脉冲，这样当秒计时到59时在下一个上升沿时计数器清零，重新计数。秒计数单元的电路图如图4.2.1。 秒脉冲分计数脉冲图4.2.1秒计数电路图4.2.2.分计数单元分计数单元与秒计数单元采用相同的接法，规则同上。分计数单元电路图如图4.2.2所示。图4.2.2分计数电路图4.2.3 时计数单元由两片74LS160采用级联法构成100进制计数器，由二输入与非门与时十位的QB和时个位的QC相连，输出端同样接至LOAD置数端，当记数到达23时，计数器清零，重新记数，构成时计数单元。时计数单元电路如图4.2.3所示。图4.2.3 时计数电路图4.3 校时电路秒校时电路将低位的进位信号与一个反向器相连，输出端与一个或非门相连，将单刀双置开关的常闭端口接地，常开端接第三个多谐振荡器的3脚产生的10HZ频率，另外一端接或非门的另一端，或非门输出端接秒计时单元的时钟脉冲，这样当开关为常闭状态时，秒计时单元的时钟脉冲为正常的秒脉冲1HZ。当开关为常开时脉冲为10HZ，这样就可以起到快速校时的作用。其中时校时与分校时的常开也是接入10HZ，但是电路的简单，它们的校时信号直接通过一个单刀双置开关控制，省略了与非门和非门。校时电路如图4.3所示。10HZ校时信号1HZ秒信号图4.3 校时电路图4.4 闹钟电路由4片74LS85数据选择芯片串联，分别将时分秒的各个输出端按照从上到下 接到每个85芯片的B3B2B1B0端，然后将85芯片各个A3A2A1A0接到一个双向开关，开关的另为两端分别接到高电平上与地线上。当这样接入时，如果我们需要设定闹铃，就用85芯片连接的开关进行置数，当计时模块的输出端输出的数据与我们置入的数据相同就会从第一块85芯片的QA=B端口输出一个高电平，将这个高电平与蜂鸣器相连就会在那个时刻产生蜂鸣且保持一分钟，达到闹钟的功能，当按下开关是蜂鸣停止，达到人工止闹功能。闹钟电路图如图4.4所示。4.4.1器件说明74LS85为四位数值比较器，图4.4.1为74LS85引脚图，表4.4.1为74LS85功能表。 1、9-15端 数据输入 2-4端 AB 数值比较 5-7端QAB 比较结果输出 8端GND 地 16端VCC 电源表4.7.1 74LS85功能表图4.4 闹钟电路图4.5 整点报时电路整点报电路块采用逻辑电路，每当数字钟计时到整点差10S时候发出响声，按照四低音，一高音的顺序发出间断声，以最后一声高音结束的时刻为正点时刻。四低音（约500Hz）分别发生在59分51秒、59分53秒、59分55秒、59分57秒、59分59秒，最后一声高音（约1000Hz）发生在整点时，他们的持续时间均为一秒。秒个位QD秒十位QAQC及秒个位QA分十位QAQC分个位QAQD500HZ1000HZ整点报时电路如图4.5所示。4.6 多谐振荡器多谐振荡器的设计主要用于秒脉冲、校时信号和闹钟频率的输出，我们用四片NE555和若干RC组成，适当选择RC的取值就可以得到想要的频率。频率为1000HZ时：R1=0.1K,R2=3.2K,C2= 220F；频率为500HZ时：R1=0.1K,R2=3.2K,C2=440F；频率为500HZ时：R1=1K,R2=32K,C2=220F；1000HZ、500HZ、10HZ的多谐振荡器电路如图4.6所示。图4.6 1000HZ、500HZ、10HZ的多谐振荡器电路图4.7 显示电路将计数器的输出直接与共阴极数码管相接，直接控制显示。显示电路如图4.7所示。图4.7 显示电路图5、 总电路图5.1 仿真图5.2 protuel原理图六、总结与体会 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关数字电子技术方面的知识，在设计过程中，刚开始毫无头绪，后来经过自己的思考，决定采用化整为零的方法，一个模块一个模块来做，再把它们整合起来。有了清晰的思路，经过几天终于设计出来了，并且仿真正确。本次课程设计中我深刻体会到做课程设计不仅需要清晰的思路还要谨慎的态度，必须要对各个芯片都了解，对课本知识熟悉才能又快又好的完成。在仿真调试的时候，出现了各种各样的问题，这时需要冷静的思考，和仔细的检查，才能解决问题。 回顾此次课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，差别真的很大，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 最后，真诚的感谢成天乐老师对我的指导和教诲，感谢学校给我们安排这次课程设计活动。附录74LS160 6片74LS85 4片二输入与非门74LS00 2片四输入与非门74LS20 1片非门74LS04 4片或非门74LS02 1个共阴极数码管 6个蜂鸣器 2个NE555 4片NPN三极管 1个电阻 若干电容 若干参考文献1 陈明义.电子技术课程设计实用教程 中南大学出版社 2007 2 康华光.电子技术基础数字部分（第四版） 高等教育出版社 2000.73 任为民.电子技术基础课程设计 中央广播电视大学出版社 1997.104 朱定华.电子电路测试与实验 清华大学出版社 2004.65 康华光.电子技术基础数字部分（第五版） 高等教育出版社 2006.2收音机制作与工艺实习实习报告一、收音机工作原理1.1 各部分电路的工作原理（1）接收回路工作原理 收音机输入回路的任务是接收广播电台发射的无线电波，并从中选择出所需电台信号。输入回路是由收音机内部的磁棒天线线圈、与调台旋钮相连的可变电容串联构成的LC调谐电路。旋转调台旋钮可改变电容数值，以达到改变串谐电路固有频率的目的。（2）变频电路工作原理 收音机接收回路送到高频调幅信号(高频调幅信号是运载被传输音频信号的“载波”)，变频电路的作用就是将高频载波变成频率固定为465KHz的中频调幅波，同时保持原调制信号包络线的形状。（3）中放电路工作原理 输入电台信号与本振信号之差是恒为465kHz的固定中频，此差频可在中频“通道”中畅通无阻，并被中频放大器逐级放大，因为这个固定中频就是并联谐振电路的预定谐振频率。对其它邻近电台的电磁波信号或干扰信号来讲，由于它们与本振信号所产生的差频不是预定的中频，便被“拒之门外”，因而使收音机的选择性大为提高（4）检波电路工作原理 混频电路输出的携带音频信号的中频载波由中频放大电路进行两级放大，使得到达二极管检波器的中频载波振幅足够大。二极管将中频载波振幅中的包络线检波出来，这个包络线就是我们需要的音频信号。 （5）低放和功放工作原理 收音机的低放电路，其主要任务是把音频信号进行放大，使功放级得到更大的音频信号电压；而功放级则是进一步把放大后的音频信号进行功率放大，以推动扬声器振动发出声音。1.2 DS05-11 AM/FM 收音机工作原理（1）电原理图（2）工作原理当调幅信号感应到T1及CA组成的天线调谐回路，选出我们所需的电信号F1从IC 10脚进入IC（CXA1691BM）；本振电路由T2、C16、CB组成，振荡频率高出F1频率一个中频的F2(F1+465KHz)例：F1=700KHz 则F2=700+465KHz=1165KHz的信号从IC的5脚输入IC内部与F1的信号会合进行混频，混频后的中频信号从IC的14脚输出经中频变压器T3选频再经CF2、465KHZ中频虑波器选频，选频后的中频信号从IC的16脚输入内部进行中频放大、检波，检波后的音频信号从IC的23脚输出经C14耦合从24脚输入IC内部进行低频功率放大，放大后的音频信号从IC27脚输出经C18耦合电容推动扬声器或耳机。当拉杆天线感应到的调频信号经C2电容耦合，从IC的12脚输入IC内部进行高频放大，由L2、C3、CE组成的选频调谐回路，选出我们所需的高频电信号F3从IC的9脚进入IC（CXA1691BM）；本振电路由L3、C4、CD组成，振荡频率高出F3频率一个中频的F4(F3+10.7MHz)例：F3=90MHz 则F4=90+10.7MHz=100.7MHz的信号从IC的7脚输入IC内部与F3的信号会合进行混频，混频后的中频信号从IC的14脚输出经R4再经CF1、10.7MHZ中频虑波器选频，选频后的中频信号从IC的17脚输入内部进行中频放大、鉴频，鉴频后的音频信号从IC的23脚输出经C14耦合从24脚输入IC内部进行低频功率放大，放大后的音频信号从IC27脚输出经C18耦合电容推动扬声器或耳机。二、实习内容(1)学习识别简单的电子元件与电子线路；(2)学习并掌握收音机的工作原理；(3)按照图纸焊接元件，组装一台收音机，并掌握其调试方法。三、实验目的 通过收音机组装实习，掌握基本的焊接技术，学会元器件识别、测试和安装的方法，掌握万用表的使用方法，掌握超外差式收音机的工作原理，学会识别电路原理土与印刷图，学会利用工艺文件独立进行电子设备的整机装配、调试方法，并达到产品的质量要求，从而锻炼和提高动手能力，巩固和加深对电子学理论知识的理解和掌握。四、实习步骤 (1)熟悉电路元件，掌握烙笔的使用方法(2)发收音机装配零件，检查和熟悉各种零件(3)熟悉收音机的装配图(4)组装收音机 (5)焊 接(6)调试过程五、实习器材介绍(1)电烙铁：由于焊接的元件多，所以使用的是外热式电烙铁，功率为60w，烙铁头是铜制。(2)螺丝刀、镊子等必备工具。(3)松香和锡，由于锡它的熔点低，焊接时，焊锡能迅速散步在金属表面焊接牢固，焊点光亮美观。(4)两节5号电池。七、心得体会 从来没有见过收音机内部的构造，把一大堆各种各样的器件分别装好，实在有些费神。于是我认真听老师讲解，怕错过重点，到时候碰到棘手的问题。先从小器件开始焊接，每个器件都要看清楚类型，测好数据才能焊接，不清楚的地方一定要问清楚才行。一上午下来眼睛都花了，睡觉的时候，以闭上眼睛就满脑子的零件乱窜。最紧张的时刻要数焊芯片了，芯片各脚实在挨的太近了，一不小心就连住了，必须十分小心的按老师说的步骤仔细的来。 整个过程我的在期待着自己手中的收音机发出声的那一刻，因为那是我的辛苦和成果，也着实让我学到许多课堂以外的东西。通过这一周的实训，我觉得自己在以下两个方面有收获： 一、对电子工艺的理论有了初步的系统了解。我们了解到了焊接普通元件与电路元件的技巧、收音机的工作原理与组成元件的作用等。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的电子工艺课的学习有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义。2、 对自己的动手能力是个很大的锻炼。在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。比如在焊接芯片时，怎样把那么多脚分开焊接对我们来说是个难题，可是经过训练后，我们做到了。虽然在实习中会遇到难题，但是从中我学到了很多，使自己的动手能力也有所提高，我想在以后的理论学习中我就能够明白自己的学习方向，增进专业知识的强化。Protuel实习报告一、实习目的1.熟悉PROTEL的基本操作。2.了解并掌握用Protel软件绘制简单电路图3.掌握用Protel软件设计库元件。4.学会利用Protel设计PCB图。二、设计任务1.绘制收音机电路原理图。2.根据电路原理图生成相应的PCB图。三、实验内容：3.1绘制简单的SCH文件3.1.1 SCH原理图 1. 建立原理图纸:File/new/File/new/Schematic document/建立sheet1.sch;2. 选择图纸样式:Design/Opinion/设置图纸格式;3. 定位元件和加载元件库及放置元件:单击工作区面板中的Library标签，可显示元件库工具栏，查找需要的元件，单击Place插入元件;4. 设置元件的格式及名称编号:双击要设置的元件，更改其参数;5. 生成网络表格:Design/Createnetlist;3.1.2 建立一个新的SCH元件1. 先来打开SCH文件，选中教学提供的那个SCH零件库，然 后选编辑，进入SCH零件编辑器;2. 在这个现有的库中新建一个SCH零件，单击“Tools”工具条， NewComponent选项;3. 要注意SCH零件的管脚的电气连接有效点是有讲究的！4. 给零件库中的零件改名字，单击“Tools”工具条，Rename Component选项;5. 保存做好的元件;3.2 绘制PCB文件3.2.1 做PCB零件封装1. 打开PCB，选择PCB封装库，按图选择编辑按纽进入PCB封装编辑器；2. 转换制式，改为公制：单击“View”，选择ToggleUnits；3. 新建一PCB封装：单击“Tools”、“NewComponent”选项；4. 弹出一ComponentWizard工具框,选择“Cancel”；5. 把封装的起始位置定位为绝对中心：单击Edit选项卡，选择“Jump”再选“Reference”选项；6. 做封装时，重点注意焊盘的名称中文注释;7. 单击“Reports”中的“MeasureDistance”选项测量封装的尺寸是否精确；8. 完成封装。3.2.2 把SCH文件变成PCB板1.单击“View”、“FitAllObject”先看看SCH都有什么零件;2.单击“Design”选项卡、单击“UpdatePCB”;(注意看一下中文注释)，导入了SCH文件;3.单击“View”选项卡、单击“FitBoard”选项卡，这是显示出了所有零 件；（常用技巧：如要旋转元件的话,只要用鼠标按住元件然后按压键盘“空格键”即可）;4.画一个PCB的外型框，选择禁止布线层，KeepOutLayer选它画出的线决定PCB的外形尺寸;5.做一个自己要的外型框，然后把PCB零件封装移动到里面去;6.设置参数设置参数包括设置元件的布置参数、板层参数和布线参数等。大多数情况下，可以直接使用系统的默认值，参数设置是一次性完成的，在后续的设计工作中很少需要修改;7.加载网络表和元件封装：网络表是自动布线的基础，是连接原理图和印制电路板的纽带。只有加载了网络表和元件封装后，电路板的自动布线才能完成;8.布线开始，先看看尺寸是不是合适。单击“View”选项卡，选择ToggleUnits;9.单击“Repots”选项卡，选择MeasureDistance进行精准的距离测量;10.对元件进行一下布局,用鼠标拖动元件,键盘的“空格键”负责翻转元件;11.自动布线之前要校验一下，看看是不是有错误;12.单击“AutoRoute”选项卡，选择“All”选项，开始自动布线;13.在弹出的AutorouterSetup选项卡，单击RouteAll，若弹出“是”或“否”选项，选“是”;14.自动布线完成;15.手工调整、修改不合理布线。四、注意事项4.1 原理图常见错误(1)ERC报告管脚没有接入信号：a. 创建封装时给管脚定义了I/O属性；b. 创建元件或放置元件时修改了不一致的grid属性，管脚与线没有连上；c. 创建元件时pin方向反向，必须非pinn