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1、 第 24頁電子技術(shù)綜合設(shè)計姓 名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 題 目： 多功能 數(shù)字鐘 專 題： 電子技術(shù)綜合設(shè)計 設(shè)計地點： 電工電子實驗室 設(shè)計日期：2011年 月 日至2011年 月 日 成 績： 指導(dǎo)教師： 年 月 電子技術(shù)綜合設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名 專業(yè)年級 學(xué)號 設(shè)計日期：2011 年 月 日 至 2011 年 月 日設(shè)計專題： 電子技術(shù)綜合設(shè)計設(shè)計題目：多功能數(shù)字鐘設(shè)計內(nèi)容和要求：1. 主要內(nèi)容： 用 CC4518雙四位BCD同步加計數(shù)器設(shè)計60秒、60分、24小時歸0的計數(shù)電路 用CC4511 七段譯碼驅(qū)動/鎖存器及LG5011AH共陰數(shù)碼管設(shè)計譯碼及顯示電路（數(shù)碼管需加限流電阻） 用

2、555設(shè)計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- 計數(shù)、譯碼、顯示電路3. EWB仿真圖60秒、60分、24小時- 計數(shù)、譯碼、顯示電路4. 設(shè)計原理圖用PROTEL99設(shè)計原理圖5. 設(shè)計PCB版圖用PROTEL99設(shè)計PCB板圖6. 功能擴(kuò)展要求設(shè)計：定點報時功能 12小時歸1計數(shù)電路指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日摘 要數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對“時”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計時裝置。數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式機(jī)械鐘。在這次設(shè)計中，我們采用LED數(shù)碼管顯示時、分、秒，以24小時計時方式。我們先從理論設(shè)計論證開始，先用EWB進(jìn)行數(shù)字鐘的

3、仿真設(shè)計，實現(xiàn)了用NE555定時器組成的無穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖，然后再用CC4518實現(xiàn)了24、60進(jìn)制的計數(shù)，用 CC4511與數(shù)碼管實現(xiàn)了對計數(shù)輸出進(jìn)行譯碼與顯示，最后結(jié)合門電路完成了主板的計數(shù)與校準(zhǔn)功能。之后我們根據(jù)EWB中已經(jīng)畫好的仿真圖用PROTEL99軟件進(jìn)行相應(yīng)的原理圖繪制，在做完封裝及檢查無誤后生成PCB板，即完成了整個電路軟件方面的設(shè)計工作。在軟件設(shè)計工作結(jié)束后，我們即開始硬件的焊接工作。先焊接自帶秒脈沖信號發(fā)生器以及能實現(xiàn)60秒、60分、24時的計數(shù)、譯碼、顯示功能的主板電路，然后再焊接具有定點報時功能的擴(kuò)展板電路。通過以上過程，即可完成整個多功能數(shù)字鐘的軟件及硬

4、件的設(shè)計工作。關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘 進(jìn)制 CC4518計數(shù)器 CC4511譯碼顯示目 錄第一章 緒論1.1數(shù)字電子鐘的背景61.2數(shù)字電子鐘的意義61.3數(shù)字電子鐘的應(yīng)用6第二章 數(shù)字鐘的基本原理2.1器件要求72.2系統(tǒng)工作原理72.3實現(xiàn)功能8第三章 數(shù)字鐘的設(shè)計 3.1方案確定9 3.2秒脈沖發(fā)生器 3.2.1 555構(gòu)成的多諧震蕩器93.2.2 555構(gòu)成的多諧震蕩器電路圖103.3秒、分、小時計數(shù)電路3.3.1 cc4518功能介紹 10 3.3.2 cc4518構(gòu)成60、24進(jìn)制計數(shù)單元電路原理11 3.4校時電路12 3.5擴(kuò)展功能3.5.1鬧時功能133.5.2定時報時電路13 3.

5、6系統(tǒng)整體仿真圖 3.6.1元件清單（見附1）17 3.6.2系統(tǒng)整體仿真圖（見附2）18 3.6.3設(shè)計原理圖（見附3）19 3.6.4設(shè)計PCB版圖（見附4、5） 20 3.6.5 實際焊接的印刷電路板元件分布圖（見附6）22第四章 性能調(diào)試 4.1系統(tǒng)性能測試與功能說明15 4.2軟件調(diào)試問題及解決15總結(jié)16第一章 緒論1.1數(shù)字電子鐘的背景 20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌

6、性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。單片機(jī)模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時

7、、分、秒計時的裝置，與機(jī)械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。1.2數(shù)字電子鐘的意義數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對.時,分,秒.數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴(kuò)展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以

8、鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實的意義。1.3數(shù)字電子鐘的應(yīng)用 數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵罚瑥V泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領(lǐng)域。 第二章 數(shù)字鐘的基本原理2.1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）2.2 系統(tǒng)工作

9、原理工作原理 ： 數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、校準(zhǔn)電路、報時電路、時計數(shù)、分計數(shù)、秒計數(shù)器，振蕩電路和單次脈沖產(chǎn)生電路組成。其中電路系統(tǒng)由秒脈沖信號發(fā)生器、“時”、“分”、“秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校準(zhǔn)電路、整點報時電路組成。秒脈沖信號產(chǎn)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(xiàn)，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用60進(jìn)制計數(shù)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(shù)器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用60進(jìn)制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個時脈沖信號，該信號將被送到時計數(shù)器。時計數(shù)器采用24進(jìn)制計時器，可實現(xiàn)對一天2

10、4小時的計時。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)通過顯示驅(qū)動電路，七段顯示譯碼器譯碼，在經(jīng)過六位LED七段顯示器顯示出來。整點報時電路時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)低、高音報時。校準(zhǔn)電路時用來對“時”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對調(diào)整的。如圖1所示多功能數(shù)字鐘的組成框圖。 圖2-2 多功能數(shù)字鐘的組成框圖2.3實現(xiàn)功能采用51單片機(jī)系列AT89S51.對時鐘進(jìn)行控制單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機(jī)控制系統(tǒng)

11、。（1）開機(jī)時，顯示12：00：00的時間開始計時；（2）P1.0/AD0控制“秒”的調(diào)整，每按一次加1秒； （3）P1.1/AD1控制“分”的調(diào)整，每按一次加1分； （4）P1.2/AD2控制“時”的調(diào)整，每按一次加1個小時；第三節(jié) 數(shù)字鐘的設(shè)計3.1方案確定圖3-1方案確定思想構(gòu)架3.2秒脈沖發(fā)生器3.2.1 555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 Vcc3.2.2 555構(gòu)成多諧震蕩器電路圖圖2 555構(gòu)成多諧震蕩器電路圖 參數(shù)計算： f=1HZ R1=428.5K R2=500K C1=0.01F C2=1F T

12、=1s 3.3秒、分、小時計數(shù)電路3.3.1 CC4518功能介紹用CC4518構(gòu)成60、24進(jìn)制計數(shù)電路，然后級聯(lián)組成時、分、秒整體計數(shù)電路圖3.3.1 CC4518管腳圖 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=04518真值表3.3. 2 CC4518構(gòu)成60、24進(jìn)制計數(shù)單元電路原理圖3.3.2 60進(jìn)制計數(shù)單元電路圖工作原理根據(jù)4518的功能表，當(dāng)CP0處于上升沿、CP1A處于0時和清零端MRA處于0時，4518能正常從零開始計數(shù)。當(dāng)?shù)臀幌蚋呶贿M(jìn)位時，低位向高位的進(jìn)位脈沖，用03A的下降沿接CP1B端，同時用有2個管腳與門連接00A、03A，輸出端接

13、CP0B端，這樣當(dāng)?shù)臀坏?時，能自動向高位進(jìn)1。當(dāng)計數(shù)器到59時，用有2個管腳的與門連接高位的01B和02B為下一個4518提供脈沖，同時把輸出端接清零端MRA，使得4518計數(shù)到59自動清零，從而使下一個輸出為00。 圖3.3.1 24進(jìn)制計數(shù)單元電路圖工作原理根據(jù)4518的功能表，當(dāng)CP0處于上升沿、CP1A處于0時和清零端MRA處于0時，4518能正常從零開始計數(shù)。當(dāng)?shù)臀幌蚋呶贿M(jìn)位時，低位向高位的進(jìn)位脈沖，用03A的下降沿接CP1B端，同時用有2個管腳與門連接00A、03A，輸出端接CP0B端，這樣當(dāng)?shù)臀坏?時，能自動向高位進(jìn)1。當(dāng)計數(shù)器到24時，用有3個管腳的與門連接低位的00A、02

14、A和高位的01B，輸出端接清零端MRA，使得4518計數(shù)到24自動清零，從而使下一個輸出為00.3.4 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 3.5擴(kuò)展功能3.5.1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)=13.5.2定時報時電路圖2.6.2定時報時原理圖工作原理：74LS273是一種帶清除功能的D觸發(fā)器， 1D8D為數(shù)據(jù)輸入端，1Q8Q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈

15、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(dāng)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(dāng)時鐘下一次運(yùn)行至這一時間時，三個CC4518會發(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(dá)74LS21，而74LS21中全是與門，則最終輸出高電平，經(jīng)過三極管進(jìn)行數(shù)模信號轉(zhuǎn)換后到達(dá)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。3.6系統(tǒng)整體仿真圖 3.6.1元件清單（附錄1） 3.6.2系統(tǒng)整體仿真圖（附錄2） 3.6.3設(shè)計原理圖（附錄3） 3.6

16、.4設(shè)計pcb版圖（附錄4、附錄5） 3.6.5實際焊接的印刷電路板元件分布圖（附錄6）第四章 性能測試4.1 系統(tǒng)性能測試與功能說明走時：默認(rèn)為走時狀態(tài)，按24小時制分別顯示“時時-分分-秒秒”，有2個“-”動態(tài)顯示，時間會按實際時間以秒為最少單位變化。走時調(diào)整：按ksec對秒進(jìn)行調(diào)整，按一下加一秒；按kmin對分進(jìn)行調(diào)整，按一下加一分；按khour對時進(jìn)行調(diào)整，按一下加一小時，從而達(dá)到快速設(shè)定時間的目的。4.2軟件調(diào)試問題及解決 4.2.1系統(tǒng)軟件仿真、硬件安裝、調(diào)試遇到的問題1、原來我是和同學(xué)用的同一種方法，所以在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port

17、al中進(jìn)行電氣檢查的時候，發(fā)現(xiàn)自己線路中又有許多斷點3、在生成PCB板的時候會產(chǎn)生封裝錯誤4、由于副板要焊接的元件太多，所以線路很密，會有很多線把焊接孔堵住，而且完成主板和副版的焊接后，用排線將其連接后主板數(shù)碼管的分十位不顯示進(jìn)位。 4.2.2記錄問題現(xiàn)象、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(dá)4518是軟件自身的問題缺陷。可以用晶閘管和D觸發(fā)器的延遲作用進(jìn)行校正，但我是并不是用這兩種方法，而是從芯片本身的連接上上來解決這個問題。2、 有些是元件不用的管腳應(yīng)該要標(biāo)記，以便讓軟件知道，還有一些是因為自己連線的時候沒有連好。3、生成PCB板時產(chǎn)生的封裝錯誤一、自

18、己填寫封裝時填的就是錯誤的。二、可能是自己做的封裝沒有導(dǎo)入library庫里。三、library庫里面的封裝沒有導(dǎo)出應(yīng)用。四、也可能是軟件自身問題DIP-X中間的連字符的取舍問題。4、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(jìn)位可能是焊接時不小心造成短路也可能是芯片問題?？偨Y(jié)我在這一次數(shù)字電子鐘的設(shè)計過程中，很是受益匪淺。通過對自己在大學(xué)四年多的時間里所學(xué)的知識的回顧，并充分發(fā)揮對所學(xué)知識的理解和對畢業(yè)設(shè)計的思考及書面表達(dá)能力，最終完成了。這為我們今后進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)，積累了一定寶貴的經(jīng)驗。撰寫論文的過程也是專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程，它使我們運(yùn)用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識，對其進(jìn)行設(shè)

19、計，分析和解決一個理論問題或?qū)嶋H問題，把知識轉(zhuǎn)化為能力的實際訓(xùn)練。培養(yǎng)了我們運(yùn)用所學(xué)知識解決實際問題的能力。通過這次設(shè)計我們發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了；才能夠?qū)⒄n本知識與實踐相整合，理論知識服務(wù)于教學(xué)實踐，以增強(qiáng)自己的動手能力。這個實驗十分有意義 我獲得很深刻的經(jīng)驗。通過這次課程設(shè)計，我們知道了理論和實際的距離，也知道了理論和實際想結(jié)合的重要性，也從中得知了很多書本上無法得知的知識。我們的學(xué)習(xí)不但要立足于書本，以解決理論和實際教學(xué)中的實際問題為目的，還要以實踐相結(jié)合，理論問題即實踐課題，解決問題即課程研究，學(xué)生自己就是一個專家，通過自己的手來解決問題比用腦子解決問題更加深刻。學(xué)習(xí)就應(yīng)該采取理論與

20、實踐結(jié)合的方式，理論的問題，也就是實踐性的課題。這種做法既有助于完成理論知識的鞏固，又有助于帶動實踐，解決實際問題，加強(qiáng)我們的動手能力和解決問題的能力。附錄附錄1： 主 板序號型號參數(shù)數(shù)量（個）序號型號參數(shù)數(shù)量（個）1集成芯片CC4518311414862CC4511612電解電容100uF16V53CC4060113電容獨石104124CC4040114電阻1/4W1M45芯片座16P1115220K56數(shù)碼管LG5011AH616470427晶振3276811722028三極管PNP(1015)118微動開關(guān)6*6*649發(fā)光二極管5419穩(wěn)壓電源座3.5空心座110二極管IN400742

21、0電路板擴(kuò) 展 板18D鎖存器74LS27337復(fù)位開關(guān)12同或門74LS26658自鎖開關(guān)134輸入2與門74 LS2149喇叭14芯片座20P310音樂片1514P911灰排線20P6三極管9013212電路板1附錄2：附錄3：數(shù)字鐘電路設(shè)計圖附錄4 ：PCB板反面圖附錄5 PCB板布線圖附錄6參考文獻(xiàn)1 曹國清.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，19982 謝自美.電子線路設(shè)計實驗測試.武漢：華中科技大學(xué)出版社，20003 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4 趙偉軍. PROTEL99SE教程.北京:人民郵電出版社,2004（第一版）：47-54