電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告數(shù)字鐘設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)專題： 電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求：1. 主要內(nèi)容： 用 cc4518雙四位bcd同步加計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)60秒、60分、24小時(shí)歸0的計(jì)數(shù)電路 用cc4511 七段譯碼驅(qū)動(dòng)/鎖存器及l(fā)g5011ah共陰數(shù)碼管設(shè)計(jì)譯碼及顯示電路（數(shù)碼管需加限流電阻） 用555設(shè)計(jì)cp脈沖源 (f=1kh) 具有系統(tǒng)校準(zhǔn)功能2. 整體電路原理圖60秒、60分、24小時(shí)- 計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路（用8k白紙手工畫圖）3. ewb仿真圖60秒、60分、24小時(shí)- 計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路（計(jì)算機(jī)打?。?. 設(shè)計(jì)原理圖用protel99設(shè)計(jì)原理圖（計(jì)算機(jī)打?。?. 設(shè)計(jì)pcb版圖用protel99設(shè)計(jì)

2、pcb板圖（計(jì)算機(jī)打印）6. 功能擴(kuò)展要求設(shè)計(jì)：定點(diǎn)報(bào)時(shí)功能 12小時(shí)歸1計(jì)數(shù)電路指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日摘要：本次實(shí)驗(yàn)在老師的帶領(lǐng)下我們用了兩周時(shí)間學(xué)習(xí)了如何設(shè)計(jì)制造一個(gè)數(shù)字鐘。在課堂上我們從設(shè)計(jì)入手，到選材到焊接調(diào)試，完整體驗(yàn)了一個(gè)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的完整周期，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘的原理其實(shí)并不復(fù)雜，其實(shí)他只是用 cc4518雙四位bcd同步加計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)60進(jìn)制，24進(jìn)制計(jì)數(shù)器以實(shí)現(xiàn)60秒、60分、24小時(shí)歸0的計(jì)數(shù)電路，cc4518為雙位計(jì)數(shù)器，所以每個(gè)計(jì)

3、數(shù)器分為十位和個(gè)位兩部分，當(dāng)秒計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到60時(shí)向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位同時(shí)秒計(jì)數(shù)器歸零，分計(jì)數(shù)器向時(shí)計(jì)數(shù)器工作原理同秒計(jì)數(shù)器，當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到24時(shí)歸零。利用cc4511 七段譯碼驅(qū)動(dòng)/鎖存器及l(fā)g5011ah共陰數(shù)碼管設(shè)計(jì)譯碼及顯示電路（數(shù)碼管需加限流電阻）將時(shí)間的以顯示。因此，我們此次設(shè)計(jì)與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘.而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法.且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)敘電路。通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法，熟練掌握應(yīng)用仿真軟件ewb、與pcb板設(shè)計(jì)軟件atlim de

4、signer等。關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘；時(shí)序電路；組合邏輯電路； ewb； atlim designer；目 錄1數(shù)字鐘的基本組成及工作原理11.1 數(shù)字鐘的構(gòu)成11.2 數(shù)字鐘的工作原理12數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作12.1 設(shè)計(jì)步驟與方法12.2.1 ne555脈沖電路產(chǎn)生22.2.2 計(jì)數(shù)器電路32.2.3 譯碼顯示電路52.2.4 校時(shí)電路62.3 數(shù)字鐘仿真72.3.1 數(shù)字鐘電路原理圖72.3.2系統(tǒng)整體仿真圖82.3.3 pcb板圖83數(shù)字鐘的擴(kuò)展功能93.1定點(diǎn)報(bào)時(shí)93.2 12歸1104 數(shù)字鐘的焊接及注意事項(xiàng)104.1 焊接元件清單104.2 實(shí)際焊接的印刷電路板元件分布圖124.3 焊接

5、注意事項(xiàng)125 系統(tǒng)軟、硬件調(diào)試135.1系統(tǒng)軟件調(diào)試過程中遇到的問題以及排查經(jīng)過136 總結(jié)及體會(huì)136.1 設(shè)計(jì)遇到的問題及解決方法146.2 ewb仿真中的問題146.3 設(shè)計(jì)總結(jié)146.4 對(duì)課程設(shè)計(jì)的建議147 參考文獻(xiàn)148 附錄158.1 附錄1158.2 附錄2158.3 附錄3168.4 附錄4178.5 附錄5171數(shù)字鐘的基本組成及工作原理1.1 數(shù)字鐘的構(gòu)成數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1hz）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1hz時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)

6、字鐘。如圖1-1所示，數(shù)字鐘電路系統(tǒng)有主體電路和擴(kuò)展電路兩大部分組成。其中，主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，擴(kuò)展部分主要完成數(shù)字鐘的擴(kuò)展功能。該系統(tǒng)的工作原理是：振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)，作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，在經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計(jì)數(shù)滿60后在向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器記滿60后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按照24進(jìn)制規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)可以用校時(shí)電路進(jìn)行校時(shí)、校分、校秒。擴(kuò)展電路必須在主體電路正常運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行功能擴(kuò)展。圖1-1 多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖1.2 數(shù)字鐘的工作原理數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序

7、電路。用 cc4518雙四位bcd同步加計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)60進(jìn)制，24進(jìn)制計(jì)數(shù)器以實(shí)現(xiàn)60秒、60分、24小時(shí)歸0的計(jì)數(shù)電路，cc4518為雙位計(jì)數(shù)器，所以每個(gè)計(jì)數(shù)器分為十位和個(gè)位兩部分，當(dāng)秒計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到60時(shí)向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位同時(shí)秒計(jì)數(shù)器歸零，分計(jì)數(shù)器向時(shí)計(jì)數(shù)器工作原理同秒計(jì)數(shù)器，當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到24時(shí)歸零。利用cc4511 七段譯碼驅(qū)動(dòng)/鎖存器及l(fā)g5011ah共陰數(shù)管設(shè)計(jì)譯碼及顯示電路（數(shù)碼管需加限流電阻）將時(shí)間的以顯示。2數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作2.1 設(shè)計(jì)步驟與方法2.2.1 ne555脈沖電路產(chǎn)生秒脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心。由555構(gòu)成多諧振動(dòng)蕩器，使其產(chǎn)生1hz的振蕩周期。555與rc構(gòu)成多諧振

8、蕩電路，電路參數(shù)如圖2-2所示。555定時(shí)器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。兩個(gè)比較器 c1和 c2各有一個(gè)輸入端連接到三個(gè)電阻r組成的分壓器上，比較器的輸出接到rs觸發(fā)器上。此外還有輸出級(jí)和放電管。輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)200ma。比較器c1和c2的參考電壓分別為ua和ub，根據(jù)c1和c2的另一個(gè)輸入端觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出rs觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當(dāng)復(fù)位端為低電平時(shí)，rs觸發(fā)器被強(qiáng)制復(fù)位。若無(wú)需復(fù)位操作，復(fù)位端應(yīng)接高電平。工作原理：接通電源后，vcc通過r1、r2給c充電，vc逐漸上升。當(dāng)vc升到2/3vcc，比較器c1輸出低電平vc1=0，555內(nèi)rs觸發(fā)器被復(fù)位，v1導(dǎo)通，輸出v

9、0=0。之后電容c通過r2和v1放點(diǎn)，使vc下降。當(dāng)vc下降到1/3時(shí)，筆記哦啊器c2輸出低點(diǎn)品vc2=0，555內(nèi)rs觸發(fā)器又被置位，輸出v0=1變成高電平。這時(shí)因?yàn)関1截止，電容c再次充電。如此周而復(fù)始，輸出就是個(gè)周期的矩陣方波了。功能說明：參數(shù)計(jì)算f1=1hz,r1=42.3k,r2=11.5k,c1=14.8uf,c2=0.01uftw1=0.5s,tw2=0.5s電路圖2.2.2 計(jì)數(shù)器電路 時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器，分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器,分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24

10、進(jìn)制計(jì)數(shù)器。小時(shí)計(jì)數(shù)單元為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出為兩位8421bcd碼形式；分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為8421bcd碼。一般采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器cc4518來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。為減少器件使用數(shù)量，可選cc4518。圖2-6 秒、分計(jì)數(shù)電路60進(jìn)制圖2-7 時(shí)計(jì)數(shù)電路24進(jìn)制圖2-8 秒、分、小時(shí)計(jì)數(shù)電路系統(tǒng)啟動(dòng)后，發(fā)現(xiàn)秒個(gè)位進(jìn)行計(jì)數(shù)還未向秒時(shí)位進(jìn)位時(shí)，其高位自動(dòng)生成1，是軟件所存在的漏洞； 為了解決這一問題，需要在電路中加入消1功能。圖2-9 系統(tǒng)整體修改后的計(jì)數(shù)電路2.2.3 譯碼顯示電路如圖所示，計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421bcd碼形式輸出，選用lg501

11、1ah共陰數(shù)碼管顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流選用cd4511作為顯示譯碼電路，選用lg5011ah共陰數(shù)碼管數(shù)碼管作為顯示單元電路。 圖2-10 顯示工作電路原理 圖2-11譯碼、顯示電路圖2-12 譯碼器電路2.2.4 校時(shí)電路當(dāng)數(shù)字鐘初次接通電源或者計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間，校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能。一般電子手表都具有時(shí)、分、秒等校時(shí)功能。為使電路簡(jiǎn)單，這里只進(jìn)行分和小時(shí)的校時(shí)。對(duì)校時(shí)電路的要求是，在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。校時(shí)方式有“快校時(shí)”和“慢校時(shí)”兩種，“快校時(shí)”是，通過開關(guān)控制，

12、使計(jì)數(shù)器對(duì)1hz的校時(shí)計(jì)數(shù)?！奥r(shí)”是用手動(dòng)產(chǎn)生單脈沖作校時(shí)脈沖。如圖為校時(shí)、校分電路。其中為校分用的控制開關(guān)，為校時(shí)用的控制開關(guān)，他們的控制功能如表2-1所示。校時(shí)脈沖采用分頻器輸出的1hz脈沖，當(dāng)或分別為“0”時(shí)可以進(jìn)行“快校時(shí)”。如果校時(shí)脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供，則可以進(jìn)行“慢校時(shí)”。 圖2-12 校時(shí)電路2.3 數(shù)字鐘仿真 2.3.1 數(shù)字鐘電路原理圖 2.3.2 系統(tǒng)整體仿真圖 2.3.3 pcb板圖 3數(shù)字鐘的擴(kuò)展功能3.1定點(diǎn)報(bào)時(shí)上述鬧鐘報(bào)時(shí)功能設(shè)計(jì)只是固定一個(gè)時(shí)間，如可以隨意調(diào)節(jié)時(shí)間，需要增加電路的硬件，最實(shí)現(xiàn)，當(dāng)我們選擇好要定的時(shí)間后，如需要鬧鐘響多長(zhǎng)時(shí)間就按下開關(guān)多長(zhǎng)時(shí)間

13、。其電路如圖3-1所示。圖3-1 定點(diǎn)報(bào)時(shí)電路3.2 12歸1圖3-2 12歸1原理圖圖3-3 12歸1電路圖4 數(shù)字鐘的焊接及注意事項(xiàng)4.1 焊接元件清單 1.主板元件清單2.擴(kuò)展板元件清單序號(hào)名 稱型 號(hào)數(shù) 量(個(gè))8d鎖存器74ls2733同或門74ls26654輸入2與門74 ls214芯片座20p314p9三極管90132序號(hào)名 稱型 號(hào)數(shù) 量(個(gè))復(fù)位開關(guān)1自鎖開關(guān)1喇叭1音樂片1灰排線20p電路板1 4.2 實(shí)際焊接的印刷電路板元件分布圖 4.3 焊接注意事項(xiàng) 1.檢查印刷線路板，是否有斷線、短路等。2.第一步焊in4148二極管（黑圈為負(fù)極）， in4007（in4002）二極

14、管（白圈為負(fù)極），兩個(gè)二極管要平行在一條線上。3. 第二步焊限流電阻，電阻黃色為有效環(huán)需放在上方，同時(shí)擺放要整齊。（為了保護(hù)發(fā)光數(shù)碼管防止電流過大而損壞數(shù)碼管需加，電源電壓低可以取值小些，電源電壓高可以取值大些）。4. 第三步焊集成電路座，座的缺口為標(biāo)志，方向應(yīng)該在左邊。 5. 電解電容長(zhǎng)腳為正短腳為負(fù)，獨(dú)石電容不分正負(fù)極。6. 發(fā)光二極管有正負(fù)極之分，長(zhǎng)腳為正短腳為負(fù),不要接反。7. 安插集成芯片時(shí)要看清候型號(hào)，注意芯片缺口方向應(yīng)該在左邊，缺口對(duì)應(yīng)的左下方為1管腳。8. 開關(guān)（k1）調(diào)整秒，開關(guān)（k2）調(diào)整分，開關(guān)(k3)調(diào)整小時(shí)，開關(guān)k4為暫停，通過調(diào)整使時(shí)鐘的秒、分、時(shí)走時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步

15、。9. 芯片功能簡(jiǎn)介： cc4518為雙四位bcd同步加計(jì)數(shù)器； cc4511為七段譯碼驅(qū)動(dòng)/鎖存器；cc4060為二進(jìn)制14位計(jì)數(shù)分頻器；cc4040二進(jìn)制12位計(jì)數(shù)分頻器； lg5011ah為共陰數(shù)碼管。 11. 數(shù)字鐘焊好通電檢查，如果數(shù)碼管不亮，需檢查整個(gè)地線是否通、3號(hào)管腳是否接地。11. 顯示不正常，需要用萬(wàn)用表檢查每個(gè)芯片的工作電源，（紅表筆放在14管腳、黑表筆放在7管腳）。12. 擴(kuò)展板與主板用排線相連，擴(kuò)展板上的各連接線要求走水平或垂直且直角。5 系統(tǒng)軟、硬件調(diào)試 5.1系統(tǒng)軟件調(diào)試過程中遇到的問題以及排查經(jīng)過 在進(jìn)行通電試驗(yàn)時(shí)，數(shù)字鐘出現(xiàn)了第三個(gè)譯碼管出現(xiàn)到80清零的錯(cuò)誤，

16、根據(jù)原理圖我想到應(yīng)該是控制秒的計(jì)時(shí)電路出現(xiàn)了問題，于是我用萬(wàn)用表對(duì)著板子上的走線進(jìn)行一條條的排查，后來(lái)確認(rèn)是一個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)了焊盤松動(dòng)掉落的情況。最后我用電阻腿進(jìn)行了搭接使電路正常工作了。6 總結(jié)及體會(huì) 6.1 設(shè)計(jì)遇到的問題及解決方法在整個(gè)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的過程中收獲很多，但同時(shí)也遇到不少問題。圍繞這課程內(nèi)容做綜合性的訓(xùn)練，題目雖出自實(shí)際電路，但比較簡(jiǎn)單，比較定型，一般不是真實(shí)的生產(chǎn)、科研任務(wù)， 基本上是有章可循。所以在大的方向上沒有什么問題。這次設(shè)計(jì)是開始從理論學(xué)習(xí)軌道引向?qū)嶋H方面。把過去熟悉的定性分析，定量計(jì)算方法與工程估算，實(shí)驗(yàn)調(diào)整等手段結(jié)合起來(lái)。遇到的問題包括ewb仿真中的問題、protel設(shè)計(jì)電

17、路中的問題、焊接中問題。6.2 ewb仿真中的問題1.使用555芯片時(shí)要準(zhǔn)確計(jì)算電阻和電容大小，以求能得到準(zhǔn)確的脈沖2.ewb軟件中 cc4518的功能表與實(shí)際功能不相符，具體使用見 使用示例。3.數(shù)碼管八個(gè)管角與芯片相連時(shí)一定要注意高低位的順序。4.校時(shí)功能只要做到秒十位即可，精確到秒個(gè)位沒有意義。5.校時(shí)功能實(shí)現(xiàn)是應(yīng)添加開關(guān)使先計(jì)時(shí)停止然后再校時(shí)。6.ewb測(cè)試電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)后自動(dòng)生成1，這是軟件所存在的漏洞，為了解決這一問題，我們?cè)陔娐分屑尤肓司чl管，由于晶閘管內(nèi)部是有一個(gè)pnp和一個(gè)npn構(gòu)成，利用它的導(dǎo)通特性解決這一問題。6.3 設(shè)計(jì)總結(jié)通過這次對(duì)多功能數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)和制作，讓我

18、對(duì)電路設(shè)計(jì)的基本步驟更加的了解了，同時(shí)我在實(shí)物設(shè)計(jì)的原理與設(shè)計(jì)理念方面有了全新的認(rèn)識(shí)，要設(shè)計(jì)一個(gè)好的電路首先要進(jìn)行軟件模擬仿真實(shí)現(xiàn)，然后通過一系列的改進(jìn)使之更加精確，最后再根據(jù)仿真電路進(jìn)行實(shí)際的電路制作。仿真與實(shí)際可能存在差距，這些需要綜合考慮芯片的特性及與實(shí)際的差異，最后找到最合適的設(shè)計(jì)方法。通過這次為期兩周的學(xué)習(xí)，我的收獲確實(shí)很大，特別是在焊接方面，可以說是讓我重拾了信心。另外對(duì)protel軟件的使用也有了鞏固?？傊?，有付出就有收獲，細(xì)心也很重要，這次設(shè)計(jì)過程對(duì)我來(lái)說很重要，為我以后的學(xué)習(xí)打下了一個(gè)好的基礎(chǔ)，我會(huì)再接再厲，以后的設(shè)計(jì)作業(yè)完成的更好。6.4 對(duì)課程設(shè)計(jì)的建議綜合性的大實(shí)驗(yàn)對(duì)同學(xué)的鍛煉很好，我們可以將課堂上所學(xué)的東西應(yīng)用到實(shí)際中去，加深理論知識(shí)的理解和記憶，同時(shí)還鍛煉了我們的動(dòng)手能力，希望以后多開這種綜合實(shí)驗(yàn)。7 參考文獻(xiàn)1 曹國(guó)清.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì).徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社， 19982 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第四版）.北京:高等教育出版社,1998年 （第四版）3 趙偉軍.protel99se教程.北京:人民郵電出版社,2004（第一版）：47-544 謝自美.電子電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2006年（第三版）8 附錄