石英數字鐘課程設計

1、石英數字鐘1課程設計目的 （1）了解并熟悉數字電子電路的一般設計方法；（2）掌握電子電路的焊接、裝配工藝及調試方法。2一、課題名稱石英數字鐘3二、主要技術指標 要求顯示： 時、分、秒（上午、下午） 小時用“12翻1”，分鐘按“60進位”。 響鬧要求：定時響鬧 電源要求：交、直流供電（數據保持），低功耗 誤差要求：每天小于5秒(5) 校正要求：手動 4三、整機組成方框圖 51.系統(tǒng)工作原理 振蕩器產生穩(wěn)定的高頻脈沖信號作為數字鐘的時間基準(60s) ，再經分頻器輸出標準秒脈沖。秒計數器計滿60秒后向分計數器進位，分計數器計滿60分后向小時計數器進位，用計數器按照“12翻1”的規(guī)律計數。計數器的輸

2、出經譯碼器送至顯示器。若計時出現誤差時，則可以用校時電路進行校時、校分、校秒。67BCD模二計數器BCD模十計數器BCD模六計數器BCD模十計數器BCD模六計數器BCD模十計數器譯碼顯示譯碼顯示譯碼顯示譯碼顯示譯碼顯示譯碼顯示時分秒脈沖源整形分頻器秒脈沖82.電路原理：見原理方框圖（1） 變壓器將交流220V電壓，變?yōu)殡p7.5V交流低電壓，經全波整流后路經D4供顯示屏驅動電路，而另一路經濾波后供主電路。由于時鐘需要脈沖源，我們選用了JT，R1，C3和CD4060內部的兩個反相器組成的晶體振蕩器，目的是為了提脈沖源的穩(wěn)定度，而脈沖源產生的波形不是規(guī)則的矩形波，因此，需經整形器整形后，送到下一級，

3、由于脈沖信號源的頻率較高，經CD4060九級分頻及計數后變換低頻脈沖信號。由13腳得到60HZ的脈沖信號一路送入MM5459的19腳， 另一路去控制由F4，Q2，Q3組成的顯示屏驅動電路。由于F4的反相作用，使Q2，Q3和時基信號交替導通，形成間歇點亮顯示屏，使它工作在正常狀態(tài)。 當60HZ的信號從MM5459的19腳進入后，由控制電路各部分電路的正常工作經譯碼與驅動電路去控制顯示屏各個應亮的端。 F1，F2，F3，R2，R8，C5，K1組成了一個“電子自鎖式開關”，每控一次K1，F2的輸出狀態(tài)會改變，一路去控制MM5459的18腳，另一路去驅動顯示屏右下點的發(fā)光二極管以指示該功能的工作狀態(tài)。

4、“亮”表示“鬧鐘時間已設置”，“滅”表示“鬧設置取消”。 R7，Q1，FMQ組成鬧輸出放大電路，控制信號由MM5459的13腳輸出。當響鬧時，按下K5可使鬧暫停并延時九分鐘再鬧，還可多次使用報時延時，響鬧總時長59分鐘。 9四、單元電路設計 設計按以下次序進行 即：脈沖源、整形電路、分頻器、計數器、譯碼、顯示器、電源、輔助功能等環(huán)節(jié)。由于集成電路的廣泛應用，設計計算大大簡化，重點是選擇成熟的單元電路101.脈沖源設計 脈沖源是數字計時器的心臟，它能自動不停地產生脈沖信號，以供計時之用，其穩(wěn)定性和準確性對計時器起著至關重要的作用。為了脈沖源的穩(wěn)定性和準確性，常用石英晶體振蕩器作脈沖源。一般情況下

5、，晶振頻率愈高，準確度愈高，但所用分頻器分頻級數愈多，電路愈復雜，耗電量愈大。本次實習脈沖源電路由集成電路CD4060內的二個反向器構成。R.C為時間元件,改變C值可調整晶振器振蕩頻率,本電路振蕩頻率為30720HZ。111.脈沖源設計 整形電路設計： 由于晶振器輸出的脈沖波形是不太規(guī)則的矩形波，要得到有規(guī)則的矩形波，須經整形電路整形。脈沖整形電路有：削波器、門電路、雙穩(wěn)態(tài)電路、施密特觸發(fā)器等。圖（3）為施密特觸發(fā)器。 門G1，G2構成基本RS觸發(fā)器，G3為非門。二極管起電平轉移作用，用來產生回差。122.分頻器設計 分頻器可由觸發(fā)器或計數器承擔。一個觸發(fā)器就是一個二分頻器，N個觸發(fā)器就是22

6、2分頻器；而用計數器分頻，則按計數進制進行分頻，如十進制計數器就是十分頻器，M進制計數器為M分頻器。 若晶振頻率為32768HZ，要產生1HZ的秒脈沖，需要JK觸發(fā)器（或計數觸發(fā)器）的個數為2n=32768HZ，n=15。若用不同進制的計數器串接組成分頻器，各計數器的進制等于晶振頻率：即M1M2M=32768。因此分頻器的設計，既可選用單個觸發(fā)器串接組成，見圖（4）；又可設計由不同進制計數器串接組成，見圖（5）。本次實習分頻器由集成電路CD4060來實現。 見圖（6）。132.分頻器設計 CD4060為十四級二分頻電路 本方案將晶振產生的30720HZ的信號經九級二分頻后，得到60HZ的信號作

7、為脈沖源 (時基)信號。143.計數器設計 計數器設計步驟：（用觸發(fā)器）1、根據設計要求建立原始狀態(tài)圖2、確定觸發(fā)器的類型和數目，進行狀態(tài)編碼和分配，畫出編碼后的狀態(tài)圖3、求狀態(tài)方程和輸出方程，并檢查自啟動4、求驅動方程5、畫邏輯圖 計數器是對時鐘脈沖進行計時。以觸發(fā)器為單元電路，根據進制按有權碼或無權碼來編碼，采用有條件反饋原理來構成。 本實習直接運用集成電路MM5459內部計數電路。由分頻器輸出的60HZ時基信號送入MM5459內部計數電路。 當“小時”數的十位為2，個位為3時，只要“分”數位進位時，就應使“小時”數位歸零，因此二十四進制計數器采用有條件反饋來設計（十二進制計數器也同理，但

8、應在回零時，發(fā)出驅動AM，PM標志的信號。 ）15164.譯碼器/驅動器 譯碼器是將編碼器輸出的每組二進制代碼所代表的特定含義翻譯出來，給出相應的輸出信號（顯示信息）。用單元電路設計譯碼器一般過程：1、設輸入、輸出代碼，并設輸出有效電平（高、低）2、根據邏輯要求及附加條件列真值表3、化簡真值表，得出簡化輸出邏輯式4、根據輸出邏輯式畫出用單元電路組成的譯碼器17圖（7） 本實習使用集成譯碼/驅動電路MM5459: 它是集譯碼、驅動電路為一體，60HZ時基信號12或24小時專用集成電路。各管腳功能見圖所示。 譯碼器輸出的顯示信息經過驅動放大后提供給發(fā)光管顯示。4.集成譯碼器/驅動器18MM5459

9、集成電路簡介 它是集譯碼/驅動電路為一體，它是60HZ時基24小時專用集成電路，見圖7。1-4，6-12，22十三個端子是顯示筆劃輸出的，1腳是四個筆劃，其余每腳輸出二個筆劃，16腳為正電源，5腳為負電源，20腳睡眠輸出是直流信號，由17腳動和關閉，由13腳調整至需要值，最大值59分鐘倒計時。17腳是內部振蕩器RC輸入端，該振蕩信號一是作為外部時基的備用，二是13鬧輸出的信號源。在我們選用的這套套件沒有用20腳的睡眠功能。19腳為時基信號輸入腳。14、15、18腳是操作控制端，若接高低電平各有不同的功能。值得注意的是所有的輸出端均為低電平有效。19顯示器設計 數字顯示器件的種類很多，有熒光管，

10、輝光管，發(fā)光二極管，液晶管等。電子數字計時器多選用七段筆劃式數碼顯示器，圖7（a）為發(fā)亮段，依發(fā)亮段不同，可顯示09十個數字。 以發(fā)光二極管LED顯示器為例，它的優(yōu)點是亮度強，清晰，電壓低（1.5v-3v)，有紅、綠、黃等顏色。缺點是工作電流大，因此需要驅動器來點亮。LED的結構見圖7（b）中的發(fā)光二極管。 圖中R為限流電阻，為了減少顯示器的功耗，常常采用間歇掃描，即利用人眼的視覺暫留現象，使應亮段按一定的速率間歇掃描點亮。 LED發(fā)光二極管顯示屏，有兩種驅動方式：一種是共陰極，要求譯碼器/驅動器輸出高電平；另一種是共陽極，要求譯碼器/驅動器輸出為低電平。20顯示屏說明顯示器設計 由圖可知，該

11、顯示屏為共陽極電路，要求譯碼器輸出低電平。顯示段分兩組，實現間歇工作方式。21輔助功能說明睡眠功能 20腳睡眠輸出是直流信號，由18腳啟動和關閉，由14腳調整至需要值，最大值59分鐘倒計時。響鬧功能 17腳是內部振蕩器RC輸入端，該振蕩信號一是作為外部時基的備用，二是作13鬧輸出的信號源。18腳有鬧啟動和鬧關閉兩種狀態(tài)，高電平時鬧關閉，低電平時鬧取消，由電子自鎖電路實現。電子自鎖電路原理：設初始狀態(tài)為低電平，Q=0，通過R8使A=0，B=1，Q=0維持不變；此時F1輸出高電平通過R2給C5充電，使C點為高電平，C=1。當按動開關K1一下（閉合后斷開），A=C=1，B=0，Q=1，通過R8使A=

12、1，B=0，Q=1維持不變；此時C5上的電荷通過R2至F1輸出端放電，使C=0。再當按動開關K1一下， A=C=0，B=1，Q=0，通過R8使A=0，B=1，Q=0維持不變； C5又開始充電，如此重復。QCBK1R2R8F1F2F3C5A22輔助功能說明校時功能 14、15腳是操作控制端，若接高低電平各有不同的功能。值得注意的是所有輸出端均為低電平有效。校時電路原理：將原計數器（如時、分、秒）的輸入端斷開，另接入頻率較高的脈沖信號（1HZ3HZ）到輸入斷，使其快速計數。本實習校時電路只從“分個位輸入，用二種速度校分直到時。計時脈沖60S校時計時時個位分個位分十位13HZ23輔助功能說明低功耗

13、為降低功耗，顯示電路采用間歇驅動方式。其原理如下： 輸入60HZ的脈沖信號分兩路提供給Q2和Q3， 由于Q2和Q3輪流導通，將分別驅動兩組發(fā)光二極管，實現以30HZ的頻率顯示筆劃從而降低功耗的作用。 D4起降壓作用（清屏）。R629 28 2660HZR5F4Q2Q3D4A+VCB24輔助功能說明掉電保護 由電池DC及D5組成，當交流電停電時，直流電源向電路供電，維持計時，但由于D3的隔斷作用不顯示，避免再次來電后重新調整，同時可降低功耗。按動開關K5可短暫顯示。冒號（秒顯示） 由于MM5459無秒信號輸出，故用F5，F6，R3，R4，C4組成秒信號發(fā)生器，經Q4去驅動放大后提供給發(fā)光二極管顯

14、示中間的“冒號”閃動顯示冒號。 25（1）確定整流二極管（全波整流）6. 整流濾波電路設計額定整流電流：最高反向工作電壓：22UURM226（2）確定濾波電容容量：耐壓：式中，T = 10 ms （全波脈動電流周期）6. 整流濾波電路設計27五、電路原理總圖28印制電路板29六、電路的裝配及調試（1）同學們需按電路的原理圖，繪制出接線圖。（2）清查元器件個數。（3）用“萬用表”檢測元器件質量的好壞。（4）把元器件焊接在印制電路板上。（5）裝配完后，同學們應該相互檢查，改正錯誤。（6）測試各點的工作電壓，以判斷其工作是否正常。（7）因為該電路采用了大規(guī)模集成電路無需調整工作點，所以只需使用相應的功能開關檢驗計時器的顯示情況。30六、電路的裝配及調試整機安裝完畢后，若發(fā)現顯示異?；蚱渌收?，要學會根據電路原理分析判斷故障的問題所在，并將其排除。故障分析及排除31七、實習報告內容（1）撰寫課程設計報告。 a.要求結合電路原理，分析電路及電路故障。 b.結合實習，談談素質教育對你的影響。 c.談談實習對今后工作的影響，以及今后的打 算。（2）準備答辨。