多功能数字钟

1、中国矿业大学电子技术综合设计姓 名：学号：专业：电子科学与技术题目：多功能数字钟专题：电子技术综合设l设计地点：电工电子实验室设计日期：2010年9月14日至10月8日成绩： 指导教师：年月电子技术综合设计任务书学生姓名 张三 专业年级电科08-1班 学号 22088888设计日期：2010年9月14日 至2010年10月8日设计专题：电子技术综合设计设计题目：多功能数字钟设计内容和要求:1 .主要内容： 用cc4518双四位bcd同步加计数器设计60秒、60分、24小时归0 的计数电路 用cc4511七段译码驱动/锁存器及lg5011ah共阴数码管设计译码及显示电 路（数码管需加限流电阻）用

2、555设计cp脉冲源（f=1kh）具有系统校准功能2 .整体电路原理图60秒、60分、24小时-计数、译码、显示电路3 . ewb仿真图60秒、60分、24小时-计数、译码、显示电路4 .设计原理图用protel99设计原理图5 .设计pcb版图用protel99设计pcb板图6 .功能扩展要求设计：定点报时功能指导教师签字：年 月 日数字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，具有更长的使用寿命，已得到广泛 的使用。数字钟的设计方法有许多种，例如，可用中小规模集成电路组成电子钟；也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的

3、外围电路组成电子钟；还 可以利用单片机来实现电子钟等等。数字钟是现代计时器，也可用作时间控制的时钟源。数字钟由于其具有走时准，显 示直观，款式新颖，附加功能多等优点而受到人们的欢迎。设计一个具有整点报时，可 对时的数字钟。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。如定时自动报警、按时自动打铃、定时广播、自动起闭路 灯、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此， 研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。关键字：数字钟；计数；译码；显示

4、；定点报时中国矿业大学08届电子技术综合设计第22页目 录1数字钟电路的设计61.1 数字钟主体电路计 61.2 方案确定61.3 秒脉冲发器71.3.1 555芯片介绍：71.3.2 555芯片功能说明71.3.3 555构成多谐振荡器电路图 71.4 秒、分、小时计数电路81.4.1 芯片功能介绍81.4.2 cc4518构成60、24进制计数单元电路81.5 译码、显示电路91.5.1 芯片功能介绍91.5.2 分频器的设计101.6 校时电路111.7 扩展功能121.7.1 芯片绍121.7.2 定点报时电路122焊接板电路分析142.1 石英晶体振荡器 142.2 晶振构成秒信号发

5、生器142.3 二极管与门工作原理 152.4 校准开关工作原理152.5 发光二极管工作原理 152.6 整流桥部分的工作原理 163焊接与调试173.1 系统硬件安装、调试中遇到的问题 173.2 问题现象、分析存在原因 173.3 排除方法和效果 174附录184.1 系统整体仿真图184.2 数字钟电路protei设计图194.3 印刷电路板的元件分布图 204.4 印刷电路板布线图 214.5 基本电路元件清单 224.6 扩展电路元件清单 225参考文献236致谢247总结255中国矿业大学08届电子技术综合设计第6页1数字钟电路的设计1.1 数字钟主体电路设计数字钟实际上是一个对

6、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，同时标准的1hz 时间信号必须做到准确稳定。采用 555芯片构成的多谐振荡器电路构成数字钟。图1.1-1数字钟主体电路图1.2 方案确定（方框图）图1.2-1数字钟方框图6中国矿业大学08届电子技术综合设计第22页1.3 秒脉冲发生器1.3.1 555 芯片介绍：1.地2./tr3.out4./r5.co6.th7.d8.vcc|8 e |6 e)cc7555ii_r12 3 4图1.3-1 555芯片管脚图1.3. 2 555芯片功能说明：引出端功能符号说明符号功能符号功能/tr低触

7、发端th阀值端out输出d放电端/r复位co控制电压1.3.3 555构成多谐振荡器电路图（f=1hz）图 1.3-2参数计算:tw1 = 0.65s、多谐振荡器电路f=1hz、r1= 428.5ktw2 = 0.35s、t=1s图1.3-3多谐振荡器波形建、r2=500kc、c1=1uf、c2=0.01uf、1.4秒、分、小时计数电路1.4.1 芯片功能介绍:vcc rb q4bq3bq2bq1benbclb同同同月同同回回)cc4518回目!亚ji亚1口回claenaq1aq2aq3aq4aragnd图1.4-1 cc4518管脚图1.4.2 cc4518构成60、24进制计数电路cl (

8、cp0)encp1)r功能t00加计数10加计数x0不变xt0不变t00不变10不变xx1q3q0=0功能表:60进制计数电路（个位向十位的进位脉冲，需用q4的下p1沿，接en端。）图1.4-2 60进制计数电路60进制计数电路工作原理：cp向个位提供进位脉冲，个位向十位提供进位脉冲, 十位计数到6时，两个高电平相与传给 cra crb计数器清零。24进制计数电路图1.4-3 24进制计数电路24进制计数电路工作原理：cp向个位提供进位脉冲，个位向十位提供进位脉冲， 十位计数到2时，个位计数到4时，两个高电平相与传给 cra crb计数器清零1.5译码、显示电路cc4511实现译码，lg501

9、1ah阴数码管实现显示电路。1.5.1 芯片功能介绍：cc4511管脚图cc4511功能表vcc f g a b c (l e 而 同时fifnrni网 mi cc4511lliujlijlijiijkilliiub c li bile d a gnt图1.5-1 cc4511管脚图功能说明：_(1)灯测试功能:一lt可检查七段显 示器各字段是否能正常发光。当lt =0时，不论qq状态如何，七 段全部显示，以检查各字段的好坏。 (2)消隐功能：1tbi=0时，输出a b都为低电平，各字段熄灭。(3)数码显示： 当 bi=1 lt=1 le=o, 译码器工作，当q 3q2q1q0端输入 8421

10、bc恻时，译码器对应的输出端 输出高电平1,数码显示相应的数字。(4)锁存：在le从“0”转换到“1”时，输出显示由输入的 bcd显示输入输出lebiltdcbaabcdefg001100001111110101100010110000201100101101101301100111111011401101000110011501101011011011601101100011111701101111110000801110001111111901110011110011消隐011101000000001111消隐x01xxxx0000000锁 存111xxxx锁存灯 测 试xx0xxx111

11、1111码决定14lg5011a哨脚图109 8 7 6*4th1-2_iofz1 2 34 5图1.5-2 lg5011-11 led/7 段（共阴极）数码管1.5.2 分频器的设计（秒、分、小时计数电路的设计）60进制计数、译码、显示单元电路4518cfqa cp1af qqa cha 02a ogavssvdd mre 03e 02b olb 00ecp1e; cp0bdbvurdcoflt0get0ael，0eno0cda0evssor45114-vccdbvdbdcvss154511is le- ii ii) 9图1.5-3 60进制计数、译码、显示单元电路工作原理：个位进位时提供给

12、十位一个脉冲，使十位计数，当十位计数到六时，两个高电 平相与传给mr麻，进行清零。24进制计数、译码、显示单元电路图1.5-4 24进制计数、译码、显示单元电路工作原理：个位进位时提供给十位一个脉冲，使十位计数，当十位计数到二个位计数到四 时，两个高电平相与传给 mr麻，进行清零。1.6 校时电路r=3. 3kc=0.01至时个位 计数器至分个位 计数器校时电路s1s2功能11计数10校分01校时校时 脉冲功能1hz快校时单次 脉冲慢校时图1.6-1校时电路图1.7 扩展功能-定点报时1.7.1 芯片介绍八d锁所存器管脚图vcc qt dt dg qe qs ds d4 qq cp 同间间周向

13、向问同网问）74ls273典皿j固回lj回回网wqodo di qi q2 d2 da qa gxd图1.7-1八d锁所存器管脚图内部结构图图1.7-2八d锁所存器内部结构图74ls266 （2输入4同或门）74ls21 （4输入2与门）74ls266 （2输入4同或门）正逻辑：y=a b上 他 躺 4y 3f 30 驰m 1b 1v 2y 2a 2b gm3图1.7-3 2输入4同或门图1.7.2定点报时电路74ls21 （4输入2与门）正逻辑：y=abodvu： 20 ig n 28 2a 2y回回叵回回回回）1a ib n ic ；0 jy gnd5d 6d 7l 8dqo qi q2

14、57 voe, 9c13&74ls21 hi1音乐芯片74ls215d?0丁一5d 6?0 t7d74ls2j0 0 00 01915q % rq 8q iq 2q 3q 4q_74ls273个5d 6d 7d s口ld & 3d d $j 2 |15 |15 |j92|5 |s |95q 0 7q sq iq 3q 3q 40_ 74lsz73ksd 6d 7d 8d id 2d 3d 4d5d 6d12ie 16 is7d 8d 1d11 12 13 14l3 14 17 is:l 12 13 l45q 6c| 7q 8q 1q 匐匐 4。_t4ls2735d 6d td ed ld 2d

15、 3d 4h qo qi q2 qg qo qi q2 q3cc4518qo ql q2 q3 qo qi q2 q3cc45l8时十位时个位qo qi qq q3 qo qi q2 qscc4518分十位分个位秒个位cpihjl图1.7-4 4输入2与门图工作原理：通过cc451时时器设定好报时时刻（如：12时12分24秒），通 过74ls273锁存器进行锁存；cc4518寸钟计时，当计时时间和设定的报时时间相同 时，74ls266全部输出高电平，经74ls21与门输出高电平，使三极管 9013导通， 音乐芯片发出声音。中国矿业大学08届电子技术综合设计2焊接板电路分析第15页2.1 石英晶

16、体振荡器选用32768hz的晶振构成振荡电路:晶体振荡器工作原理：主要有由电容器和电 感器组成的lc回路，通过电场能和磁场能的相 互转换产程自由振荡。要维持振荡还要有具有正 反馈的放大电路，lc振荡器又分为变压器耦合式 和三点式振荡器，很多应用石英晶体的石英晶体 振荡器，还有用集成运放组成的lc振荡器。由于器件不可能参数完全一致，因此在上电的瞬 问两个三极管的状态就发生了变化，这个变化由 于正反馈的作用越来越强烈，导致到达一个暂稳态。暂稳态期间另一个三极管经电容逐步充电后导通或者截止，状态发生翻转，到 达另一个暂稳态。这样周而复始形成振荡 图2.1-1晶体振荡器工作原理图2.2 晶振构成秒信号

17、发生器32768hz晶振构成秒信号发生器，先经过 cd4060的14级分频分出2hz,再经 过cd404oi勺2分频分出秒脉冲。vfc q10 q8 q9 rst cpi cpocpflm同问同向问卬回cc4060山团团lj回回lj国qu q13q14 q6 q5 q7 q4 gni)分频原理：q4: 24 = 16q14: 2 14 = 32768/2功能表：cpreset输出状态0/、艾0进入下一状态x1所有输出都是低2.2.1 cd4060 分频器（国外同类型号： cd4060 mc406014图2.2-1 cd4060分频器管脚图中国矿业大学08届电子技术综合设计2.5发光二极管工作原

18、理第17页2.2.2分频电路图resettoctxjnler16图2.2-3晶体振荡图2.3 二极管与门工作原理000010100111真值表:电路图：，玉d2图2.3-1二极管与门工作电路图工作原理：二极管与门电路的工作原理用的是二极管的正向导通特性，即当a、b都置为高电平时，二极管截止，y输出为高电平；当a、b中最少有一个置为低电平时，二极管导通，电阻承担了高电平电压，所以 输出低电平。2.4 校准开关工作原理当s1断开，至时个位计数器的脉冲由分十位进位脉冲控制，当s1闭合时，至时个位计数器的脉冲由校时脉冲提供，实现校时功能；分位的校时原理相同。发光二极管简称为ledd由钱（ga）与神（a

19、s）、磷（p）的化合物制成的二 极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电 路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷神化钱二极管发红光，磷化 钱二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为led发光二极管与普通二极管一样是由一个 pn结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加 上正向电压后，从p区注入到n区的空穴和由n区注入到p区的电子，在pn结附 近数微米内分别与n区的电子和p区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半 导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多 少不同，释放出的能

20、量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄 光的二极管。在本试验中，由计数脉冲为二极管提供高电平，二极管发光与脉冲同步，；校时时，也是由至计数器的脉冲提供二极管高电平。2.6整流桥部分的工作原理桥式整流电路冏化电路图桥式整流电路电压.电流流形图2.6-1整流滤波电路图图2.6-2整流滤波电路波形图整流桥就是能够通过二极管的单向导通的特性将电平在零点上下浮动的交流电转换为单向的直流电，作用就是整流，把交流电变为直流电。实质上就是把 4个 硅二极管接成桥式整流电路之后封装在一起用塑料包装起来，引出4个脚，其中2个脚接交流电源，2个脚是直流输出。中国矿业大学08届电子技术综合设计第17页

21、3焊接与调试3.1 介绍系统硬件安装、调试中遇到的问题；在安装调试过程中，出现一个二极管不亮。3.2 记录问题现象、分析存在原因；通过分析，二极管可能由于安装过程中力度过大，导致焊盘脱落造成虚焊现象 或者是由于二极管损坏等。3.3 说明排除方法和效果。用电表接二极管，二极管导通说明不是损坏，再检查电路是否虚焊，发现与 二极管其中一只管脚焊接的焊盘脱落， 所以采用外接的方式重新将二极管与其他电 路连接后，二极管可以正常工作。18中国矿业大学08届电子技术综合设计4附录第20页4.1系统整体仿真图18k.五lllkul.m噜0g第铁借ddlbeddv9tde比lrereuddmssmofmmoeo

22、cadcemcfujgabxgoemcfog国raccmce v-iftil2idii- ppb crfud amo口。口伊伊 想心居爱恩ccoooomv=滥睛滥舞土 1xsstj4.2数字钟电路protei设计图中国矿业大学08届电子技术综合设计第22页一一一 一=一一 一一一 一一一 一一一 一一一 一一一 一一一 一一一一一一 一一一 一一一 一一一 一一一 一一 一一一 一一一 妻塞耋重耋萋一卜 卜 管 母管管 t t p - :j:一 一 , ; i ; i - , . - i, i _ 一 _ _ t- - - -二 - - - 耳 哥 m m (中国矿业大学08届电子技术综合设计

23、第20页4.3印刷电路板的元件分布图23fi（就用的崎lai&iatffiiduj i * 1 。 i 口 中； 5 *iinini it(nniihihi中国矿业大学08届电子技术综合设计第21页4.4印刷电路板布线图24中国矿业大学08届电子技术综合设计第22页4.5基本电路元件清单在舁 厅p名称型号数量在舁 厅p名称参数数量1集成芯片cc4518311电角单电容100uf/16v52cc4511612二极管414863cc4060113电容独石104124cc4040114电阻1/4w1miq45芯片座16p1115220 k q56数码管lg5011ah616470 q427晶振327

24、68117220 q28三极管pnp(1015)118微动开关6*6*649发光二极管/5419稳压 电源座/3.5空心座110二极管1n4007420电路板4.6扩展电路元件清单在舁 厅p名称型号数量（个）在舁 厅p名称型号118d锁存器74ls27337复位开关12同或门74ls26658自锁开关134输入2与门74 ls214 19喇叭r 1 14芯片座20p310音乐片1514p911灰排线20p6三极管9013212网线r 2米;13电路板125中国矿业大学08届电子技术综合设计第23页5参考文献1曹国涛.数字电路与逻辑设计. 徐州：中国矿业大学，19982康华光.电子技术基础.武汉

25、：高等教育出版社，20063高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社.2002.4吕思忠.数子电路实验与课程设计.哈尔滨工业大学出版社.2001.5谢自美.电子线路设计、实验、测试.华中理工大学出版社.2003.26中国矿业大学08届电子技术综合设计 第24页6致谢通过这次电子综合设计，让我学到了很多，懂得了很多。这次设计并没有像我想象的那样顺利，出现了很多问题。而这些问题如果不解 决又会影响自己的下一步的设计，所以，如果没有他人的帮助，我的设计可能还不 能按时完成。所以我在此特地感谢在这次设计中帮助我度过难关的各位老师，如果没有你们 的热情的帮助，我的设计可能还处在设计阶段而不是现在的总结阶段，真心的感谢 你们。同时，也感谢这次设计中与我一