課程設計-- 多功能 數字鐘

1、<p><b>　　電子技術綜合設計</b></p><p>　　姓 名： 學 號： </p><p>　　專 業(yè)： 自動化 　 </p><p>　　題 目： 多功能 數字鐘 </p><p&g

2、t;　　專 題： 電子技術綜合設計 </p><p>　　設計地點： 電工電子實驗室 </p><p>　　設計日期： </p><p>　　成 績： 指導教師： </p><p>&l

3、t;b>　　年 月 </b></p><p>　　電子技術綜合設計任務書</p><p>　　學生姓名 專業(yè)年級 學號 </p><p>　　設計日期： 年 月 日 至 年 月 日</p><p>　　實踐課程： 電子技術綜合設計</p>&

4、lt;p>　　設計題目：多功能數字鐘</p><p><b>　　設計內容和要求：</b></p><p><b>　　1. 主要內容：</b></p><p>　?、?用 CC4518雙四位BCD同步加計數器設計60秒、60分、24小時歸0的計數電路</p><p>　?、?用CC4511

5、七段譯碼驅動/鎖存器及LG5011AH共陰數碼管設計譯碼及顯示電路（數碼管需加限流電阻）</p><p>　　③ 用555設計CP脈沖源 (f=1KH)</p><p>　?、?具有系統(tǒng)校準功能</p><p>　　2. 整體電路原理圖</p><p>　　60秒、60分、24小時---- 計數、譯碼、顯示電路（用8K白紙手工畫圖）</

6、p><p><b>　　3. EWB仿真圖</b></p><p>　　60秒、60分、24小時---- 計數、譯碼、顯示電路（計算機打?。?lt;/p><p><b>　　4. 設計原理圖</b></p><p>　　用PROTEL99設計原理圖（計算機打印）</p><p>　　

7、5. 設計PCB版圖</p><p>　　用PROTEL99設計PCB板圖（計算機打印）</p><p><b>　　6. 功能擴展要求</b></p><p>　　設計：①定點報時功能 ②12小時歸1計數電路</p><p>　　指導教師簽字： </p><p>　　年

8、 月 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　通過《模擬電子技術》與《數字電子技術》的學習，作為對于以學習知識的檢驗與動手能力的培養(yǎng)，設計并制作了此款多功能數字鐘。數字鐘電路由主電路與擴展電路兩部分組成的。主電路即基本功能部分通過用555實現脈沖信號發(fā)生，通過CC4518同步加法計數器對等寬脈沖信號累加計數實現計時功能并通過CC45

9、11 7段鎖存/譯碼/驅動器實現譯碼顯示，完成了60秒、60分以及24小時的計數、譯碼及顯示。并通過產生快速校時脈沖實現對數字鐘的時間校正。擴展電路即擴展功能部分通過組合邏輯電路設計，使用74LS273 8D鎖存器，74LS266同或門，74LS21 4輸入2與門與一片音樂芯片實現了一個簡單的鬧鐘功能。</p><p><b>　　Abstract </b></p><p

10、>　　By "analog electronics" and "Digital Electronics" learning, in order to increase the understanding of digital circuits, I decided to make a digital clock . Digital clock circuit is Formed by the

11、 Main circuit and the expansion circuit. The main circuit use 555 to create pulse signal then accumulated pulse signal by CC4518,Next by CC4511 achieve decoding digital display .Through the above process completed 60 s

12、econds, 60 minutes and 24 hours of counting, decoding and display.And use Fast pulse a</p><p>　　關鍵詞：數字邏輯電路綜合應用 數字鐘 同步加法計數器 555 CC4518</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 數

13、字鐘的基本組成及工作原理1</p><p>　　1.1 數字鐘的構成1</p><p>　　1.2 數字鐘的工作原理1</p><p>　　2 數字鐘的設計與制作2</p><p>　　2.1 系統(tǒng)方案選擇與論證2</p><p>　　2.1.1芯片的選擇方案和論證：2</p><p

14、>　　2.1.2顯示模塊選擇方案和論證：2</p><p>　　2.1.3脈沖發(fā)生器的選擇方案和論證：2</p><p>　　2.1.3 電路設計最終方案決定2</p><p>　　2.2 設計步驟與方法3</p><p>　　2.2.1 NE555脈沖電路產生3</p><p>　　2.2.2 計數器

15、電路4</p><p>　　2.2.3 譯碼顯示電路6</p><p>　　2.2.4 校時電路10</p><p>　　2.3 數字鐘仿真11</p><p>　　2.3.1 數字鐘電路原理圖11</p><p>　　2.3.2 系統(tǒng)整體仿真圖11</p><p>　　2.3.

16、3 PCB板圖11</p><p>　　3 數字鐘的擴展功能12</p><p>　　3.1定點報時12</p><p>　　3.5.1八D鎖存器74LS273芯片功能介紹12</p><p>　　3.5.2 74LS266四輸入同或門功能介紹12</p><p>　　3.5.3 74LS21雙四輸入與門芯

17、片功能介紹13</p><p>　　3.5.4定點報時功能電路13</p><p>　　3.2 12歸114</p><p><b>　　4總結15</b></p><p><b>　　5附錄16</b></p><p>　　5.1系統(tǒng)整體仿真圖16</p&

18、gt;<p>　　5.2數字鐘電路Protel設計圖17</p><p>　　5.3印刷電路板的元件分布圖19</p><p>　　5.4印刷電路板布線圖20</p><p>　　1 數字鐘的基本組成及工作原理</p><p>　　1.1 數字鐘的構成</p><p>　　數字鐘實際上是一個對標準

19、頻率（1HZ）進行計數的計數電路。它由振蕩器、分配器、計數器、譯碼器和顯示器電路組成。由于計數的起始時間不可能與標準時間一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。本次設計使用555芯片提供定時脈沖。</p><p>　　1.2 數字鐘的工作原理</p><p>　　本數字鐘是一個將“時”“分”“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時。

20、因此，一個基本的數字鐘電路主要由譯碼器“時”“分”“秒”，計數器、校時電路、報時電路和振由信號發(fā)生器蕩器組成。主電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分”計數器、譯碼器及顯示器、校時電路、報時電路組成。秒信號產生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現。將標準秒信號送入“秒計數器”，“秒計數器”采用60進制計數器、每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數器”的時鐘脈沖。“時、分、秒計數

21、器”采用六十進制計數器。譯碼器顯示電路將“時、分、秒”計數器的輸出狀態(tài)送到顯示譯碼器譯碼，通過LED七段顯示器顯示出來。校準電路是用來對“時、分、秒”顯示數字進行校準的，利用的是開關原理，當按下校分開關時，分脈沖增加，秒不受影響，不按下開關時，正常計數。同理校時電路。清零電路與校準電路相似。報時電路是根據系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產生一脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現報時。</p><p>　　2 數字鐘的設計與制作&l

22、t;/p><p>　　2.1 系統(tǒng)方案選擇與論證</p><p>　　2.1.1芯片的選擇方案和論證：</p><p><b>　　方案一: </b></p><p>　　采用MCS-51系列單片機作為硬件核心,外加時鐘芯片（DS1302 ）或用單片機內部定時器實現定時功能，這種方法定時功能強大，但需要一定的C語言或匯編語言

23、的編程基礎，并且硬件較復雜，成本較高。此次數字鐘的設計只是對數字電路課程掌握度的評估，所以不采用這種方法。</p><p><b>　　方案二:</b></p><p>　　采用74LS系列的芯片為核心，雖然結構簡單，通俗易懂，不像單片機系統(tǒng)的復雜內部結構，也不需要復雜的C語言或匯編語言編程，也可以更好的了解數字鐘的工作原理，所以此次使用方案二。</p>

24、<p>　　2.1.2顯示模塊選擇方案和論證：</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　采用LCD液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見,但是價格較貴,并且需要高性能的處理芯片進行驅動，所以不采用此種方案。</p><p><b>　　方案二：</b&

25、gt;</p><p>　　采用七段數碼管顯示，原理簡單、功能單一、只需外接譯碼芯片即可驅動。所以選擇它作為顯示部分。</p><p>　　2.1.3脈沖發(fā)生器的選擇方案和論證：</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　使用晶振提供觸發(fā)脈沖，但此種方法比較復雜，也沒有專門學習過用晶振產生脈沖的電

26、路，所以放棄這種方法。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　采用CMOS型555芯片，輸入阻抗高達10數量級，定時長，功耗小，非常適合本電路的設計要求。</p><p>　　2.1.3 電路設計最終方案決定</p><p>　　綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 采用以74LS系列的芯片

27、為核心設計; 555提供時鐘脈沖; 七段數碼管作為顯示。</p><p>　　2.2 設計步驟與方法</p><p>　　2.2.1 NE555脈沖電路產生</p><p>　　555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產生與變換電路。555 定時器的外引腳排列圖分別如圖左圖所示。</p&g

28、t;<p>　　它的各個引腳功能如下：</p><p>　　1腳：外接電源負端VSS或接地</p><p>　　8腳：外接電源VCC</p><p><b>　　3腳：輸出端Vo</b></p><p><b>　　2腳：低觸發(fā)端</b></p><p><

29、;b>　　6腳：TH高觸發(fā)端</b></p><p>　　4腳：是直接清零端。</p><p>　　5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01μF電容接地，以防引入干擾。</p><p>　　7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。</p>&

30、lt;p>　　脈沖產生電路由555構成的多諧振蕩電路構成，連接圖如下：</p><p>　　多諧振蕩電路輸出波形：</p><p><b>　　相關參數計算：</b></p><p>　　2.2.2 計數器電路</p><p>　　2.2.2.1 CC4518雙BCD同步加法計數器芯片功能介紹</p>

31、<p>　　CC4518為雙BCD加計數器，該器件由兩個相同的同步4級計數器組成。計數器為D觸發(fā)器。具有內部可交換CP和EN線，用于在始終上升沿或下降沿加計數。在單個單元運算中，EN輸入保持高電平，且在CP上升沿進位。CR為高電平時，計數清零。</p><p>　　計數器在脈動模式可級聯，通過將Q3連接至下一計數器的EN輸入端實現級聯。同時后者的CP輸入保持低電平。</p><p&

32、gt;　　2.2.2.2 CC4518工作真值及計數狀態(tài)表</p><p>　　2.2.2.3 由CC4518構成的秒、分、小時計數電路</p><p>　　60進制計數電路（個位向十位的進位脈沖，需用Q4的下降沿,接EN端。）</p><p>　　工作原理：脈沖上升沿有效，十位六分別對應4518管腳的QB3、QB2，通過個位的QA4十位的使能端，然后通過與門連接到

33、清零端。</p><p><b>　　24進制計數電路</b></p><p>　　工作原理：脈沖上升沿有效，十位二分別對應4518拐角的QB2，個位的四對應另一個拐角的QA3，然后通過與門連接到清零端QA4控制十位的使能端。</p><p>　　2.2.3 譯碼顯示電路</p><p>　　2.2.3.1 CC4511

34、 7段鎖存/譯碼/驅動器芯片功能介紹</p><p>　　CC4511是一個用于驅動共陰極 LED （數碼管）顯示器的 BCD 碼—七段碼譯碼器，特點：具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域寗覮ED顯示器。 </p><p>　　CD4511引腳功能： </p><p>　　BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0

35、 時，不管其它輸入端狀態(tài)是怎么樣的，七段數碼管都會處于消隱也就是不顯示的狀態(tài)。 </p><p>　　LE：鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數值。</p><p>　　LT：3腳是測試信號的輸入端，當BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮全部顯示。它主要用來檢測數7段碼管是否有

36、物理損壞。</p><p>　　A、B、C、D為8421BCD碼輸入端。 </p><p>　　a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。</p><p>　　2.2.3.2 CC4511工作真值表</p><p><b>　　功能說明：</b></p><p>　?。?）燈測

37、試功能：LT可檢查七段顯示器各字段是否能正常發(fā)光。當LT = 0時，不論Q0－Q3狀態(tài)如何，七段全部顯示，以檢查各字段的好壞。</p><p>　?。?）消隱功能： 當BI=0時，輸出a－b都為低電平，各字段熄滅。</p><p>　?。?）數碼顯示： 當BI=1 LT=1 LE=0，譯碼器工作，當Ｑ3Ｑ2Ｑ1Ｑ0端輸入8421BCD碼時，譯碼器對應的輸出端輸出高電平1，數碼顯示相應的數字

38、。</p><p>　?。?）鎖存：在LE從“0”轉換到“1”時，輸出顯示由輸入的BCD碼決定。</p><p>　　2.2.3.3 CC4511構成的顯示電路</p><p><b>　　譯碼電路：</b></p><p>　　1.數碼管內部已將3端、8端連接在一起，所以使用時，3端接地，8端懸空。</p>

39、<p>　　2.限流電阻計算：數碼管的工作電壓為（手冊數據），工作電流為（手冊數據），譯碼器輸出的高電平，則限流電阻上的電壓應該為，限流電阻阻值：</p><p>　　兩片CC4511用于進行譯碼，分別代表所記錄數據的個位和十位。當從4511的A、B、C、D四個輸入端口輸入一個二進制數據后會從輸出口輸出相應的十進制數據。在對十進制數進行顯示時只需把輸出端與相應數碼管的輸入端連接好，即可進行顯示。&l

40、t;/p><p>　　2.2.3.4 CC4511構成的譯碼顯示電路</p><p>　　60進制計數、譯碼、顯示電路</p><p>　　工作原理：信號經CC4518雙BCD同步加法計數器處理后，再經CC4511進行譯碼，當BI=1 LT=1 LE=0，譯碼器工作，當Q3Q2Q1Q0端輸入8421BCD碼時，譯碼器對應的輸出端輸出高電平1，把信號最后送到數碼管顯示數字

41、。</p><p>　　24進制計數、譯碼、顯示電路</p><p>　　工作原理：信號經CC4518雙BCD同步加法計數器處理后，再經CC4511進行譯碼，當BI=1 LT=1 LE=0，譯碼器工作，當Q3Q2Q1Q0端輸入8421BCD碼時，譯碼器對應的輸出端輸出高電平1，把信號最后送到數碼管顯示數字。</p><p>　　2.2.4 校時電路</p>

42、;<p>　　工作原理：當正常計時時，分十位和秒十位進位脈沖分別通過與非門進入電路進行正常的計時，校時脈沖被封鎖。而當要校時時，S1或S2開關閉合，這是相應的分十位或秒十位脈沖被封鎖，校時脈沖通過與非門進入電路完成校時功能。</p><p><b>　　2.3 數字鐘仿真</b></p><p>　　2.3.1 數字鐘電路原理圖 </p>

43、<p><b>　　見附錄。</b></p><p>　　2.3.2 系統(tǒng)整體仿真圖</p><p><b>　　見附錄。</b></p><p>　　2.3.3 PCB板圖</p><p><b>　　見附錄。</b></p><p>

44、　　3 數字鐘的擴展功能</p><p><b>　　3.1定點報時</b></p><p>　　3.5.1八D鎖存器74LS273芯片功能介紹</p><p>　　74LS273是8位數據/地址鎖存器，他是一種帶清除功能的8D觸發(fā)器，下面我介紹一下他的管腳圖功能表等資料。</p><p>　　1腳是復位CLR，低電平有

45、效，當1腳是低電平時，輸出腳2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部輸出0，即全部復位。</p><p>　　當1腳為高電平時，11(CLK)腳是鎖存控制端，并且是上升沿觸發(fā)鎖存，當11腳有一個上升沿,立即鎖存輸入腳3、4、7、8、13、14、17、18的電平狀態(tài)，并且立即呈現在在輸出腳2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、

46、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)上。</p><p>　　3.5.2 74LS266四輸入同或門功能介紹</p><p>　　74LS266為四輸入同或門，14與7引腳分別為Vcc與Gnd，11、12；8、9；1、2；5、6；分別為同或門輸入引腳。3、4、10、11為輸出管腳。</p><p>　　3.5.3 74LS21雙四輸入與門芯片功能介紹</p

47、><p>　　輸入管腳為A1-D1；A2-D2，輸出管腳為Y1與Y2，功能為輸入進行與運算后輸出。</p><p>　　3.5.4定點報時功能電路</p><p>　　首先由CC4518計數器產生脈沖信號，在給八D鎖存器74LS273 進行鎖存，然后送給同或門，最好經與門產生高電平信號使得三極管導通，音樂芯片隨之發(fā)出聲音。</p><p><

48、;b>　　3.2 12歸1</b></p><p><b>　　EWB仿真圖：</b></p><p>　　工作原理：由DFF1的Q和CC4518的低三位做個位， D觸發(fā)器2的Q’做十位，時鐘脈沖經DFF1分頻后給CC4518的時鐘輸入端CP1B’。上電后全為0。當個位1010 時, 經與門產生高電平給CC4518清零端MRB，同時DFF1的Q翻轉為

49、零，個位清零。當十位和個位為10011 時,經與門產生高電平對CC4518的輸出端清零，DFF1的Q翻轉為高電平，個位為1，同時高電平信號經反向后對DFF2清零，十位清零。實現12歸1的計數。</p><p><b>　　4總結</b></p><p>　　通過這次的電子技術綜合設計，收獲了許多，這中間不光有知識技術方面的收獲，也有過程中的汗水與成功后的喜悅。<

50、/p><p>　　首先在知識技術方面加深了對EWB和PROTEL軟件的使用，個人感覺PROTEL軟件自動布線的算法還是很有提高潛力的，電腦布線不論是在成功率還是美觀程度都與手工布線有很大的差距。在PROTEL方面最大的收獲就是學會了如何畫跳線，對于布單層板來說，條線不得不說是一條解決自動布線收尾問題的最好方法。最令我意想不到的是在軟件使用方面通過這次電子技術綜合設計讓我收獲最大的既不是EWB也不是PROTEL而是WO

51、RD，作為一名自動化的學生，不敢說對EWB和PROTEL有多深入的了解，但是進行簡單的仿真和電路板設計自認為還是可以獨立完成的，但是用WORD寫論文，排版真是一件不容易的事情，總是感覺WORD根本不會按照我的想法操作，特別是圖片的排版，往往是下面的文字寫好了上面的圖片不知道跑到哪里去了，還有用WORD如何自動生成目錄，還有頁眉的設置，頁碼的生成以及最后的排版。最后給我的感覺WORD的使用反而成了我的短板，以后還要繼續(xù)努力才好。</

52、p><p>　　焊接方面沒感覺有太大問題，弄清原理花了些時間，擴展板焊接中還是先用PhotoShop畫好了一張大體樣式，照著那張圖進行的焊接，所謂磨刀不誤砍柴工。個人感覺焊接最重要的還是電烙鐵，一個用的順手的電烙鐵絕對是焊接必備之利器。</p><p>　　最后我想說雖然電子技術綜合設計是一件挺辛苦的事，但是也是對自己的一次鍛煉，想想從有一個想法，到仿真，到畫電路圖，到制版，到焊接，最后做出一

53、個貨真價實的數字鐘，這是一件多么有趣的事情，誠然這個數字鐘實現的功能并不強大，并且面積也不小，但畢竟親手見證一件產品的誕生總是一件很快樂的事情，人活著，不就是在不斷創(chuàng)造么？</p><p><b>　　5附錄</b></p><p>　　5.1系統(tǒng)整體仿真圖</p><p>　　5.2數字鐘電路Protel設計圖</p><