湖北理工學(xué)院電子技術(shù)數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)

1、 電氣與電子信息工程學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目： 直流穩(wěn)壓電源和多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 11級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化（三）班 學(xué)號(hào)： 2011402203 姓 名： 指導(dǎo)教師： 南光群 黃紅霞 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2013.6.4 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： K3204 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2012 2013 學(xué)年第 2 學(xué)期學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)：11電氣工程及其自動(dòng)化3班 指導(dǎo)教師：南光群、黃紅霞 工作部門： 基礎(chǔ)教研室 一、課程設(shè)計(jì)題目 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)/數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容（含技術(shù)指標(biāo)）1 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)輸入電壓：220V±10%、50Hz輸出電壓：5V輸出電流：1A電壓調(diào)整率：7m

2、V(測試條件：IO=500mA)電流調(diào)整率：25mV(測試條件：10mAIO1.5A)2數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)有時(shí)、分、秒顯示且有時(shí)間校正功能的電子時(shí)鐘。時(shí)、分、秒分別用兩位數(shù)碼管顯示。最大計(jì)時(shí)時(shí)間為23時(shí)59分59秒。三、進(jìn)度安排序號(hào)設(shè)計(jì)內(nèi)容所用時(shí)間1布置任務(wù)，查閱資料及調(diào)研。2天2設(shè)計(jì)方案擬定，繪制電路圖。2天3焊接、組裝調(diào)試4天4答辯、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告書2天合 計(jì)10天四、基本要求1根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容擬定設(shè)計(jì)方案，繪制出設(shè)計(jì)電路圖并在PCB/萬能板上完成電路的安裝，焊接和調(diào)試工作。2撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告書。教研室主任簽名：黃叢生 2013年 4 月 25 日1、 方案設(shè)計(jì)與論證1.1 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案

3、一：采用9v集成電池。該電池體積較小，輕巧，但電池所提供的電流小，同時(shí)隨著時(shí)間的延長，會(huì)導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定，不能夠提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓。方案二：采用變壓器變壓。將220V的交流電通過變壓器變壓，再經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓，產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的電壓，同時(shí)能夠長時(shí)間供電。 通過以上兩種方案的比較，故選方案二。1.1.1 直流穩(wěn)壓電源的原理框圖1.1.2 整流電路圖1 橋式整流電路1.1.3 濾波電路圖2 濾波電路1.1.4 三端集成穩(wěn)壓器圖3 三端集成穩(wěn)壓器電路1.1.5 直流穩(wěn)壓電源的原理圖及說明 直流穩(wěn)壓電源的工作原理為是通過變壓器將220V交流電降到到9V，然后將變壓后的交流電通過整流橋整流，再經(jīng)過電容的濾

4、波和LM7805三端穩(wěn)壓芯片的穩(wěn)壓，將9V的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?V的直流電后，再經(jīng)過電容的濾波、阻尼，將電壓輸出。其工作原理圖如下：圖4 直流穩(wěn)壓電源原理圖1.2 數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)1.2.1 數(shù)字鐘原理框圖1.2.2 數(shù)字鐘工作原理概述數(shù)字電子鐘是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。它由振蕩器、分配器、計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器電路組成。振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過分頻器形成秒脈沖信號(hào)，秒脈沖信號(hào)輸入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，并把累計(jì)結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。秒計(jì)數(shù)器電路計(jì)滿60后觸發(fā)分計(jì)數(shù)器電路，分計(jì)數(shù)器電路計(jì)滿60后觸發(fā)時(shí)計(jì)數(shù)器電路，當(dāng)計(jì)滿24小時(shí)后又開始下一輪的循環(huán)計(jì)數(shù)。通過校時(shí)電路可以對(duì)

5、分和時(shí)進(jìn)行校時(shí)，且計(jì)時(shí)過程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。主電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”?！皶r(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。一脈沖信號(hào)，然后去觸

6、發(fā)一音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)?？傇O(shè)計(jì)框架如上圖所示。由上圖的總體結(jié)構(gòu)圖可知，該設(shè)計(jì)大概可以分部分：秒脈沖產(chǎn)生部分、計(jì)數(shù)部分、顯示部分、校時(shí)部分。在秒脈沖產(chǎn)生部分中，可以用振蕩器或者555定時(shí)器予以實(shí)現(xiàn)，為了保證準(zhǔn)確性，優(yōu)先選用振蕩器，但是由于個(gè)人技術(shù)問題，我們選用了555定時(shí)器來產(chǎn)生秒脈沖；在計(jì)數(shù)電路中，我們采用CD4518計(jì)數(shù)器，4518為雙BCD同步加法計(jì)數(shù)器。在顯示部分，我們采用CD4511芯片結(jié)合數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)。最后的校時(shí)部分用四2輸入與非門的CD4011芯片結(jié)合瓷片電容來完成。1.2.3 數(shù)字鐘各部分電路工作原理 秒脈沖發(fā)生器振蕩器是數(shù)字鐘的核心部分。振蕩器的穩(wěn)定性及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘

7、計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，一般來說555產(chǎn)生出來的秒脈沖不太穩(wěn)定，但是由于某種原因，本實(shí)驗(yàn)采用555定時(shí)器。其中要求R1為168K、 R2為68K的電阻， C1為4.7F、C2為0.01F的電容，Vcc為+5V電源,GND接地。如下圖5所示：圖5 秒脈沖信號(hào)發(fā)生器電路圖“脈沖信號(hào)發(fā)生器”是采用“555”定時(shí)器，555芯片的引腳圖如圖6所示：圖6 555定時(shí)器引腳圖計(jì)數(shù)器(1)秒計(jì)數(shù)、譯碼/驅(qū)動(dòng)及顯示部分的設(shè)計(jì) 眾所周知，秒、分、時(shí)分別為六十、六十、二十四進(jìn)制(十二進(jìn)制亦可)計(jì)數(shù)器那么“秒”和“分”計(jì)數(shù)器用兩塊十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)連來實(shí)現(xiàn)，它們的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制，這樣，符合人們通常計(jì)秒數(shù)的習(xí)慣?！皶r(shí)”

8、計(jì)數(shù)也用兩個(gè)十進(jìn)制集成塊，只是做成二十四進(jìn)制，上述計(jì)數(shù)器均可用反饋清零法來實(shí)現(xiàn)。 秒計(jì)數(shù)采用兩個(gè)數(shù)碼管、兩個(gè)CD4511和一個(gè)CD4518來實(shí)現(xiàn)，將“秒”信號(hào)送入“秒”計(jì)數(shù)器，秒計(jì)數(shù)器采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分”脈沖信號(hào)，該信號(hào)將作為“分”計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖，進(jìn)位脈沖最終用CD4081的一個(gè)與門來實(shí)現(xiàn)。而CD4511芯片具有鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)的功能，可以外接電阻驅(qū)動(dòng)七段口LED數(shù)碼管顯示出來.如下圖所示圖7 秒計(jì)數(shù)器(2)分計(jì)數(shù)、譯碼/驅(qū)動(dòng)及顯示部分的設(shè)計(jì) 分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)的原理差不多，也是采用兩個(gè)數(shù)碼管、兩個(gè)CD4511和一個(gè)CD4518來實(shí)現(xiàn)，將“秒”計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖送入“分”計(jì)數(shù)

9、器，每累計(jì)60分發(fā)出一個(gè)“時(shí)”脈沖信號(hào)，該信號(hào)將作為“時(shí)”計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖，進(jìn)位脈沖最終用CD4081的又一個(gè)與門來實(shí)現(xiàn)，同樣是采用CD4511來驅(qū)動(dòng)七位LED數(shù)碼管顯示出來.如下圖所示圖8 分計(jì)數(shù)器(3)時(shí)計(jì)數(shù)、譯碼/驅(qū)動(dòng)及顯示部分的設(shè)計(jì) 時(shí)計(jì)數(shù)和分計(jì)數(shù)的原理差不多，也是采用兩個(gè)數(shù)碼管、兩個(gè)CD4511和一個(gè)CD4518來實(shí)現(xiàn)，將“分”計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖送入“時(shí)”計(jì)數(shù)器，但是是計(jì)數(shù)器采用的是24進(jìn)制、且不需要進(jìn)位脈沖，同樣是采用CD4511來驅(qū)動(dòng)七位LED數(shù)碼管顯示出來.時(shí)計(jì)時(shí)器圖如下：圖9 時(shí)計(jì)數(shù)器 其中秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)器都用到芯片CD4511、CD4518、CD4081和數(shù)碼管，下面就針對(duì)秒

10、、分、時(shí)的設(shè)計(jì)原理來介紹這些芯片的引腳及功能。 1)數(shù)碼管是數(shù)字鐘的顯示部分，由七段LED和一個(gè)點(diǎn)構(gòu)成，其引腳圖如下圖10 LED引腳圖2)CD4511是BCD鎖存/7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，常用的顯示譯碼器件。圖11 CD4511引腳圖CD4511引腳功能： BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)是怎么樣的，七段數(shù)碼管都會(huì)處于消隱也就是不顯示的狀態(tài)。 LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。LT：3腳是測試信號(hào)的輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)

11、亮全部顯示。它主要用來檢測數(shù)7段碼管是否有物理損壞。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。3)CD4518是十進(jìn)制雙BCD同步加法計(jì)數(shù)器，內(nèi)含兩個(gè)單元的加計(jì)數(shù)器，下圖為CD4518的引腳圖圖12 CD4518引腳圖4)CD4081是四2輸入與門電路，其結(jié)構(gòu)和CD4011差不多，具體引腳圖如下。譯碼及顯示電路通過CD4511來實(shí)現(xiàn)電路的譯碼過程。CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，其特點(diǎn)是：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？?/p>

12、直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。CD4511中的a b c d 為 BCD 碼輸入端，a為最低位。LT為燈測試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。其原理圖如圖13所示。圖13 譯碼器及顯示電路1.2.4 數(shù)字鐘原理總圖 此電路由芯片數(shù)碼顯示器7SEG、譯碼器74LS48

13、，計(jì)數(shù)器74161（依次從上而下），兩個(gè)校正電路（分別能單獨(dú)地對(duì)分和時(shí)校時(shí)），一個(gè)555定時(shí)器組成的諧振振蕩電路（產(chǎn)生1HZ信號(hào)），4個(gè)與非門，11個(gè)與門，3個(gè)非門，4個(gè)或門。1.3 電路測試與分析 當(dāng)完成數(shù)字時(shí)鐘部分后，我們通電后發(fā)現(xiàn)“分”的個(gè)位數(shù)碼管的b中發(fā)光管二極管不亮，對(duì)照數(shù)碼管的引腳圖，我可以看到b中的發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)的是6號(hào)引腳，然后我們就用萬用表的二極管檔測試該發(fā)光二極管，發(fā)現(xiàn)該二極管是亮的，說明數(shù)碼管本身沒問題。于是我就想可能是接線的問題，便著手去找6號(hào)引腳對(duì)應(yīng)的接線，當(dāng)我用萬用表測試連線時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)某一根連線兩端的電阻為無窮大（理論上應(yīng)為0），于是我便找原因，發(fā)現(xiàn)是一個(gè)焊點(diǎn)出現(xiàn)

14、了虛焊，重新焊接后通電調(diào)試，發(fā)現(xiàn)沒有問題，故障完全排除。通過以上方案的論證與電路原理的分析，最終設(shè)計(jì)出了多功能數(shù)字鐘，同時(shí)制作出了實(shí)物，實(shí)現(xiàn)了課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求的各項(xiàng)功能。在誤差允許的范圍內(nèi)，很好的實(shí)現(xiàn)了數(shù)字鐘調(diào)時(shí)、調(diào)分和秒的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。1.4 課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過此次課程設(shè)計(jì)，總體來說，收獲頗豐，無論是在培養(yǎng)自己的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力還是培養(yǎng)自己的性情方面。數(shù)字電路復(fù)雜,因此需要我們連接時(shí)要有好的布局和合理的布線規(guī)則,如將電源線,地線,傳輸線,暫時(shí)產(chǎn)生的線分別開來，用不同的顏色,或者以單元電路的形式分開,為以后查錯(cuò)或改進(jìn)帶來極大的方便.在連接每一根線時(shí)，既要注意剝線的長短要適中，走線時(shí)要成直線直角，使電路

15、板連線清晰美觀，最重要的是檢查時(shí)特別方便。經(jīng)過兩星期的辛勤工作,讓我們知道了許多的東西,也讓我們了解了許多在書本上所學(xué)不到的知識(shí)和技能,這為我們?cè)谝院蟮墓ぷ髌鹆朔浅Ｖ匾淖饔?。通過這次也讓我對(duì)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作，了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)?，再?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒ΑＫ?，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言

16、不如立而行，對(duì)于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際操作才會(huì)有深刻理解。附錄1. 元器件清單直流穩(wěn)壓電源電路元器件清單元件名稱元件型號(hào)元件數(shù)量元件封裝元件說明變壓器220V9V110W左右降壓變壓器電解電容100uF2耐壓16V25V極性電容器電阻2K1AXIAL0.4電阻集成穩(wěn)壓器78051三端集成穩(wěn)壓器整流橋堆2W101整流發(fā)光二極管1顯示兩相插頭1帶半米導(dǎo)線帶半米導(dǎo)線的兩相插頭備注/說明以上為直流穩(wěn)壓電源電路的元器件清單多功能數(shù)字鐘主體電路元器件清單元件名稱元件型號(hào)元件數(shù)量元件封裝元件說明電路板通用板122CM*14CM3孔連在一起的通用板（十行）電解電容4.7uF1耐壓16V25V極性電容瓷片

17、電容0.01uF3104無極性電容電阻1K46AXIAL0.4電阻3.3K2AXIAL0.4電阻100K2AXIAL0.4電阻電位器200K1塑料封裝多圈調(diào)節(jié)電位器集成芯片CC40112DIP-14四2輸入與非門CC45116DIP-16鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)CC45183DIP-1610進(jìn)制計(jì)數(shù)器CC40811DIP-14四輸入與門NE5551DIP-8定時(shí)器/8腳時(shí)基集成電路8孔18孔芯片插槽芯片插槽14孔314孔芯片插槽16孔916孔芯片插槽78051三端集成穩(wěn)壓器發(fā)光二極管2顯示顯示管共陰6七段共陰數(shù)碼管開關(guān)小按鈕開關(guān)2中等高度按鈕頭要高一點(diǎn)的備注/說明以上為一套多功能數(shù)字鐘主體電路的元器件清單

18、主要工具及附加材料：電烙鐵、烙鐵架、焊錫絲、松香、導(dǎo)線、絕緣膠布、透明膠帶、鑷子、鉗子、數(shù)字萬用表、吸錫器、剝線鉗、一字起子一套等等。2. 參考文獻(xiàn)【1】 康光華，陳大欽，電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版），北京：高等教育出版社，2006【2】 數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書【3】 華永平，陳松，電子線路課程設(shè)計(jì)仿真、設(shè)計(jì)與制作，南京：東南大學(xué)出版社，2002【4】 楊素行主編.模擬電子技術(shù)簡明教程 (第三版). 高等教育出版社，2005【5】 華容茂，邵曉根，左全生，電路與模擬電子技術(shù)教程，北京：電子工業(yè)出版社，2000電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表姓 名 學(xué) 號(hào) 專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)題目：直流穩(wěn)壓電源和多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)答辯或質(zhì)疑記錄：1、NE555時(shí)基芯片的特點(diǎn)？答：1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久。 2.它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯閘配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。 3.其輸出端的供給電流大，可直接推動(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載。 4.它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。2、在設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘試驗(yàn)中，為什么要采用此類校時(shí)電路？答：由于剛接通電源或走時(shí)不準(zhǔn)時(shí)，都需要進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)。理論上校時(shí)