電子綜合設(shè)計課程設(shè)計多功能數(shù)字鐘

1、 電子綜合設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名：李志亞 專業(yè)年級：電科09-1班 學(xué)號：22091129 設(shè)計日期：2011年月日至2011年月日設(shè)計題目：多功能數(shù)字鐘設(shè)計要求：1主要內(nèi)容用cc4518雙四位bcd同步加數(shù)器設(shè)計60秒、60分、24小時歸零計時電路；用cc4511 七段譯碼驅(qū)動/鎖存器及l(fā)g5011ah共陰極數(shù)碼管設(shè)計譯碼及顯示電路（數(shù)碼管需加限流電阻）用脈沖開關(guān)設(shè)計校準功能用555構(gòu)成多謝震蕩器，實現(xiàn)（f=1hz）秒脈沖信號發(fā)生器2整體電路原理圖 60秒（60分）及24小時計數(shù)、編碼、譯碼、顯示（4路） 用8k紙復(fù)印紙手工畫3ewb仿真圖 60秒（60分）及24小時計數(shù)、譯碼、顯示（6路）計算

2、機打印4設(shè)計原理圖 用protel99設(shè)計原理圖并打印5設(shè)計pcb版圖 用protel99設(shè)計pcb板圖并打印6擴展功能要求 設(shè)計整點報時功能 12小時歸1電路摘要主要技術(shù)路線：用自己所學(xué)的數(shù)電知識，利用4518計數(shù)器生成出60和24進制的計數(shù)器然后利用4511解譯碼器進行ewb輸出仿真；利用所生成的ewb原理圖在protel軟件中生成pcb電路板，最后生成板自己動手焊接，完成制作。系統(tǒng)設(shè)計特點：該數(shù)字鐘利用了d觸發(fā)器和與門的結(jié)合解決了初始狀態(tài)下低位不是0的情況，并且利用了“555振蕩器”代替了一般的晶體震蕩管。最終實現(xiàn)的功能； 基本功能 實現(xiàn)60秒、60分、24小時的計數(shù)、譯碼、顯示； 具有

3、校準功能；自帶秒脈沖信號發(fā)生器 擴展功能 定點報時 鬧時控制 仿廣播電臺整點報時 自動報整點時 提高功能 小時的計數(shù)要求為“12歸1”關(guān)鍵詞： 24進制 60進制 cc4518 cc4511 12歸1目 錄1 設(shè)計說明書 1.1技術(shù)指標.5 1.1.1基本功能.5 1.1.2擴展功能.5 1.1.3提高功能.5 1.2功能要求. .5 1.2.1主體電路. 5 1.2.2擴展電路.6 1.3器件要求.62 設(shè)計步驟 2.1方案確定.7 2.2秒脈沖發(fā)生器.7 2.2.1 555構(gòu)成多諧震蕩器.7 2.2.2 555構(gòu)成多諧震蕩器電路圖.8 2.3秒、分、小時計數(shù)電路.8 2.3.1 cc451

4、8功能介紹.8 2.3.2 cc4518構(gòu)成60、24進制計數(shù)單元電路原理.9 2.4譯碼、顯示電路.10 2.4.1 cc4511功能介紹.10 2.4.2 lg5011ah共陰數(shù)碼管.10 2.4.3 60進制技術(shù)、譯碼、顯示單元電路.11 2.2.4 24進制技術(shù)、譯碼、顯示單元電路.12 2.5校時電路.12 2.6擴展功能.13 2.6.1鬧時功能.13 2.6.2定時報時電路.13 2.6.3 12歸一電路.142.7焊接板電路分析.14 2.7.1石英晶體振蕩器.14 2.7.2晶振構(gòu)成秒信號發(fā)生器.15 2.7.3 二極管與門工作原理.15 2.7.4發(fā)光二極管工作原理.162

5、.7.5整流橋部分原理.16 2.8電路原件清單.18 2.8.1主板元件清單.18 2.7.2副版元件清單.183 焊接與調(diào)試.19 3.1系統(tǒng)軟件仿真、硬件安裝、調(diào)試遇到的問題.193.2記錄問題現(xiàn)象、分析存在的原因.19 3.3說明排除方法和效果.19參考文獻.20附錄1.21附錄2.22附錄3.23附錄4.24實驗心得.251 設(shè)計說明書1.1技術(shù)指標1.1.1基本功能 實現(xiàn)60秒、60分、24小時的計數(shù)、譯碼、顯示； 具有校準功能自帶秒脈沖信號發(fā)生器1.1.2 擴展功能定點報時 鬧時控制 仿廣播電臺整點報時自動整點報時1.1.3提高功能小時的計數(shù)要求為“12歸1”1.2功能要求1.2

6、.1主體電路圖1.2.1 主體電路思想1.2.2擴展電路圖1.2.2（2）擴展電路其中在主板電路中的秒脈沖信號發(fā)送到擴展電路的分頻電路中。1.3器件要求 計數(shù)電路：用cc4518計數(shù)器譯碼電路：用cc4511譯碼顯示電路：用lg5011ah共陰數(shù)碼管秒脈沖信號發(fā)生器：用555多諧振蕩器（用發(fā)光二極管作輸出顯示）2 設(shè)計步驟2.1方案確定圖2.1方案確定構(gòu)架2.2秒脈沖發(fā)生器2.2.1 555構(gòu)成的多諧震蕩器 555芯片介紹1 gnd 2觸發(fā) 3輸出 4復(fù)位 5控制電壓 6門限(閾值） 7放電 8 vcc2.2.2 555構(gòu)成多諧震蕩器電路圖參數(shù)計算：f=1hz r1=285k r2=500k

7、c1=0.01f c2=1f tw1= tw2= t=1s 圖2.2.2多諧震蕩電路2.3秒、分、小時計數(shù)電路2.3.1 cc4518功能介紹用cc4518構(gòu)成60、24進制計數(shù)電路，然后級聯(lián)組成時、分、秒整體計數(shù)電路4518真值表clenr功能10加計數(shù)00加計數(shù)0不變0不變00不變10不變1q3q0=0圖2.3.1 cc4518管腳圖2.3.2 cc4518構(gòu)成60、24進制計數(shù)單元電路原理圖2.3.1（2）60進制計數(shù)單元電路圖工作原理 cc4518 為雙bcd 加計數(shù)器，該器件由兩個相同的同步4 級計數(shù)器組成。計數(shù)器級為d 型觸發(fā)器。具有內(nèi)部可交換cp 和en 線，用于在時鐘上升沿或下

8、降沿加計數(shù)。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 線為高電平時，計數(shù)器清零。計數(shù)器在脈動模式可級聯(lián)，通過將q3 連接至下一計數(shù)器的en 輸入端可實現(xiàn)級聯(lián)。同時后者的cp輸入保持低電平。cc4518 提供了16 引線多層陶瓷雙列直插（d）、熔封陶瓷雙列直插（j）、塑料雙列直插（p）和陶瓷片狀載體（c）4 種封裝形式。 根據(jù)cc4518管腳排列，如圖2.3.1（2），左邊管腳控制60進制的高位，逢6清零所以經(jīng)0110輸出經(jīng)過與門后接mrb端清零，而左邊管腳控制的是60的低位，為標準的10進制，所以mra清零端只需接地即可。圖2.3.1（3）24進制計數(shù)單元電路圖工作原

9、理根據(jù)cc4518管腳排列，工作如原理同上，但是又有所不同如圖2.3.1（3），如60進制，左邊管腳控制24進制的高位，逢2清零，故經(jīng)0010輸出；右邊管腳控制24進制的低位，逢10清零，故經(jīng)1010輸出，但同時要24歸零所以兩端輸出經(jīng)過與門，左端與右端同時輸出2和4時，高電平有效，從與門出來分別接到mra與mrb端清零。2.4譯碼、顯示電路2.4.1 cc4511功能介紹cc4511實現(xiàn)譯碼顯示輸 入輸 出lebiltdcbaabcdefg00110000111111010110001011000020110010110110130110011111101140110100011001150

10、1101011011011601101100011111701101111110000801110001111111901110011110011 cc4511真值表圖2.4.1 cc4511管腳圖 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)，cd4511輸出被保持在le=0時的數(shù)值。lt：3腳是測試輸入端，當bi=1，lt=0 時，譯碼輸出全為1，a1、a2、a3、a4、為8421bcd碼輸入端。a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。bi：4腳是消隱輸入控制端，當bi=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)

11、，不顯示數(shù)字。不管輸入dcba狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否正常。2.4.2 lg5011ah共陰數(shù)碼管 該共陰極數(shù)碼管和cc4511相連，相對應(yīng)的a b c d e f g連在一起，而8管腳不連，3管腳接地。 圖2.4.2（2）lg5011ah內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖2.4.2 lg5011ah管腳圖 圖2.4.2（2）表示出了lg5011ah內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖由8個二極管所連接，ag控制數(shù)字“8”而dp則控制小數(shù)點。2.限流電阻計算：數(shù)碼管的工作電壓為u（手冊數(shù)據(jù)），工作電流為i（手冊數(shù)據(jù)），譯碼器輸出的高電平uag，則限流電阻上的電壓應(yīng)該為uu，限流電阻阻值： r（uagu）i

12、2.4.3 60進制技術(shù)、譯碼、顯示單元電路圖2.4.3 60進制技術(shù)、譯碼、顯示單元電路2.4.4 24進制技術(shù)、譯碼、顯示單元電路圖2.4.3（2） 24進制計數(shù)、譯碼、顯示電路2.5校時電路s1s2功能11計數(shù)10校分01校時校時脈沖功能1hz快校時單次脈沖慢校時圖2.5校時電路2.6擴展功能2.6.1鬧時功能 圖2.6.1鬧時功能電路工作原理：例如:上午7點59分發(fā)出鬧時信號，持續(xù)1分鐘。7點59分的對應(yīng)的數(shù)字鐘的狀態(tài)分別為0111 十個位/0101 分十位/1001 分個位 鬧時控制信號k=（q2q1q0）（q2q0）(q3q0)=12.6.2定時報時電路圖2.6.2定時報時電路圖工

13、作原理：74ls273是帶有清除端的8d觸發(fā)器，只有在清除端保持高電平時，才具有鎖存功能，鎖存控制端為11腳clk，采用上升沿鎖存。 cpu 的ale信號必須經(jīng)過反相器反相之后才能與74ls273的控制端clk 端相連。74ls273是一種帶清除功能的8d觸發(fā)器， 1d8d為數(shù)據(jù)輸入端，1q8q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，而74ls266里面是四個異或非門，266的一端連著cc4518的輸出管腳，由圖2.6.2可知鬧鐘定時可以精確到秒的十位，其工作原理為當先將時鐘調(diào)制到用戶想要的點數(shù)，然后按下開關(guān)，74ls373會自動鎖存住這一時間，而當時鐘下一次運行至這一時間時，三個cc4518會

14、發(fā)出高電平信號，連同的74ls373也會發(fā)出高電平信號，通過266的與或非門后到達74ls21，而74ls21中全是與門，則最終輸出高電平，經(jīng)過三極管進行數(shù)模信號轉(zhuǎn)換后到達揚聲器發(fā)出聲音。2.7焊接板電路分析2.7.1石英晶體振蕩器選用32768hz的晶振構(gòu)成振蕩電路晶體振蕩管的工作原理：圖2.7.1晶體振蕩管的工作原理vcx由石英諧振器、變?nèi)荻O管和振蕩電路組成,通過控制變?nèi)荻O管的電壓來改變變?nèi)荻O管的電容，從而“牽引”石英諧振器的頻率，以達到頻率調(diào)制的目的。2.7.2晶振構(gòu)成秒信號發(fā)生器 32768hz晶振構(gòu)成秒信號發(fā)生器，先經(jīng)過cd4060的14級分頻分出2hz， 再經(jīng)過cd4040的

15、2分頻分出秒脈沖。 分頻原理： q4： 24 = 16 q14： 214 = 32768/2rc振蕩晶體振蕩2.7.3. 二極管與門工作原理 焊接板上的二極管與門電路可以大致表示成以下電路 圖2.7.3二極管與門工作電路這張電路圖中，如果a或者b其中一個電壓低于0.7v，此時任意一個二極管導(dǎo)通，電壓鉗位在0.7v，看表就知道，此時f點的輸出電壓為0.7v，也就是低電平，用0表示，如果當a、b兩點的電壓都等于3v的時候，此時兩個二極和不導(dǎo)通，f點就輸出高電平 用1表示，f點接到計數(shù)器或者其它的元件上12v是r與d1 d2的電源，也為f點提供3.7v的電壓如果你需要f點輸出高電平 ab兩點可接5v

16、正極，如果你需要f點輸出低電平，那么就5v負極，f點接你后面的驅(qū)動電路。2.7.4發(fā)光二極管工作原理 發(fā)光二極管簡稱為led。由鎵（ga）與砷（as）、磷（p）的化合物制成的二極管，當電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。 它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為led。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個pn結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從p區(qū)注入到n區(qū)的空穴和由n區(qū)注入到p區(qū)的電子，在pn結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與n區(qū)的電子和

17、p區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。2.7.5整流橋部分工作原理如下圖所示 單相橋式整流電路如圖1（a）所示，圖中tr為電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓vi變成整流電路要求的交流電壓 ，rl是要求直流供電的負載電阻，四只整流二極管d1d4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。 圖2.7.5橋式整流原理圖單相橋式整流電路的工作原理可分析如下。為簡單起見，二極管用理想模型來處理，即正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。在v2的正半周，

18、電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經(jīng)過二極管d1流向rl，再由二極管d3流回變壓器，所以d1、d3正向?qū)?，d2、d4反偏截止。在負載上產(chǎn)生一個極性為上正下負的輸出電壓。其電流通路可用圖1（a）中實線箭頭表示。在v2的負半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過二極管d2流向rl，再由二極管d4流回變壓器，所以d1、d3反偏截止，d2、d4正向?qū)?。電流流過rl時產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負，與正半周時相同。其電流通路如圖1（a）中虛線箭頭所示。綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⑺膫€二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的

19、正極性端與負載電阻的上端相連，負極性端與負載電阻的下端相連，使負載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。2.7電路元件清單2.7.1主板電路清單 序號名稱型號數(shù)量序號名稱參數(shù)數(shù)量1集成芯片451839電解電容1f/16v124511610電容0.01f3374als00211電阻47042474als32212500k1574als74213285k16芯片座16p151433k17數(shù)碼管lg5011ah615微動開關(guān)6*6*628脈沖信號源555116電路板2.7.2擴展板電路清單序號名稱型號數(shù)量序號名稱型號數(shù)量18d鎖存器74ls27337復(fù)位開關(guān)12同或門74ls26658自鎖開關(guān)134輸

20、入2與門74ls2149喇叭14芯片座20p310音樂片1514p911灰排線20p16三極管9013212電路板13 焊接與調(diào)試3.1系統(tǒng)軟件仿真、硬件安裝、調(diào)試遇到的問題1在ewb模擬仿真中，出現(xiàn)數(shù)碼管初始不顯示0狀態(tài)，而是從1開始2在生成pcb板的時候會產(chǎn)生封裝錯誤3在焊接的副板的時候，會有很多線把焊接孔堵住，而且完成主板和副版的焊接后，用拍向?qū)⑵溥B接后主板數(shù)碼管的分十位不顯示進位。4揚聲器焊接完成后不能固定。3.2問題記錄、分析存在的原因1在ewb中的數(shù)碼管顯示問題是由于脈沖源會提前一個周期到達4518是軟件自身的問題缺陷?？梢杂胐觸發(fā)器的延遲作用進行校正。2生成pcb板時產(chǎn)生的封裝錯

21、誤有可能是自己做的封裝沒有導(dǎo)入library庫里，也可能是library庫里面的封裝沒有導(dǎo)出應(yīng)用，也可能是軟件自身問題dip-x中間的連字符的取舍問題。3在焊接前沒能布置好線的排列，導(dǎo)致一些線穿過焊接孔導(dǎo)致堵塞；數(shù)碼管不進位可能是焊接時不小心造成短路也可能是芯片問題。4 在焊接前應(yīng)該用兩根廢舊電阻腿焊在揚聲器的另外一端保持固定。3.3說明排除方法和效果 1利用d觸發(fā)器或門的串聯(lián)，如圖3.3所示，當秒脈沖信號進入d觸發(fā)器時，d端接搞電平，q端發(fā)出電平，而從d觸發(fā)器出來的信號也是高電平。通過或門，相當于不影響4518清零，則此時d觸發(fā)器起到一個延遲作用，則會使數(shù)碼管在初始狀態(tài)下顯示是“0 ”而非是“1”。圖3.