电子技术综合设计报告数字钟设计毕业设计.doc
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1、设计专题: 电子技术综合设计设计题目:多功能数字钟设计内容和要求:1. 主要内容: 用 CC4518双四位BCD同步加计数器设计60秒、60分、24小时归0的计数电路 用CC4511 七段译码驱动/锁存器及LG5011AH共阴数码管设计译码及显示电路(数码管需加限流电阻) 用555设计CP脉冲源 (f=1KH) 具有系统校准功能2. 整体电路原理图60秒、60分、24小时- 计数、译码、显示电路(用8K白纸手工画图)3. EWB仿真图60秒、60分、24小时- 计数、译码、显示电路(计算机打印)4. 设计原理图用PROTEL99设计原理图(计算机打印)5. 设计PCB版图用PROTEL99设计
2、PCB板图(计算机打印)6. 功能扩展要求设计:定点报时功能 12小时归1计数电路指导教师签字: 年 月 日摘要:本次实验在老师的带领下我们用了两周时间学习了如何设计制造一个数字钟。在课堂上我们从设计入手,到选材到焊接调试,完整体验了一个工程项目设计的完整周期,数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。数字钟的原理其实并不复杂,其实他只是用 CC4518双四位BCD同步加计数器设计60进制,24进制计数器以实现60秒、60分、24小时归0的计数电路,CC4518为双位计数器,所以每个计
3、数器分为十位和个位两部分,当秒计数器计数到60时向分计数器进位同时秒计数器归零,分计数器向时计数器工作原理同秒计数器,当时计数器计数到24时归零。利用CC4511 七段译码驱动/锁存器及LG5011AH共阴数码管设计译码及显示电路(数码管需加限流电阻)将时间的以显示。因此,我们此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理,从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路。通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法,熟练掌握应用仿真软件EWB、与pcb板设计软件Atlim de
4、signer等。关键词:数字钟;时序电路;组合逻辑电路; EWB; Atlim designer;目 录1数字钟的基本组成及工作原理11.1 数字钟的构成11.2 数字钟的工作原理12数字钟的设计与制作12.1 设计步骤与方法12.2.1 NE555脉冲电路产生22.2.2 计数器电路32.2.3 译码显示电路52.2.4 校时电路62.3 数字钟仿真72.3.1 数字钟电路原理图72.3.2系统整体仿真图82.3.3 PCB板图83数字钟的扩展功能93.1定点报时93.2 12归1104 数字钟的焊接及注意事项104.1 焊接元件清单104.2 实际焊接的印刷电路板元件分布图124.3 焊接
5、注意事项125 系统软、硬件调试135.1系统软件调试过程中遇到的问题以及排查经过136 总结及体会136.1 设计遇到的问题及解决方法146.2 EWB仿真中的问题146.3 设计总结146.4 对课程设计的建议147 参考文献148 附录158.1 附录1158.2 附录2158.3 附录3168.4 附录4178.5 附录5171数字钟的基本组成及工作原理1.1 数字钟的构成数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间(如北京时间)一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数
6、字钟。如图1-1所示,数字钟电路系统有主体电路和扩展电路两大部分组成。其中,主体电路完成数字钟的基本功能,扩展部分主要完成数字钟的扩展功能。该系统的工作原理是:振荡器产生的稳定的高频脉冲信号,作为数字钟的时间基准,在经分频器输出标准秒脉冲。秒计数满60后在向分计数器进位,分计数器记满60后向小时计数器进位,小时计数器按照24进制规律计数。计数器的输出经译码器送显示器。计时出现误差时可以用校时电路进行校时、校分、校秒。扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行功能扩展。图1-1 多功能数字钟系统组成框图1.2 数字钟的工作原理数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序
7、电路。用 CC4518双四位BCD同步加计数器设计60进制,24进制计数器以实现60秒、60分、24小时归0的计数电路,CC4518为双位计数器,所以每个计数器分为十位和个位两部分,当秒计数器计数到60时向分计数器进位同时秒计数器归零,分计数器向时计数器工作原理同秒计数器,当时计数器计数到24时归零。利用CC4511 七段译码驱动/锁存器及LG5011AH共阴数管设计译码及显示电路(数码管需加限流电阻)将时间的以显示。2数字钟的设计与制作2.1 设计步骤与方法2.2.1 NE555脉冲电路产生秒脉冲发生器是数字钟的核心。由555构成多谐振动荡器,使其产生1Hz的振荡周期。555与RC构成多谐振
8、荡电路,电路参数如图2-2所示。555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。两个比较器 C1和 C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上,比较器的输出接到RS触发器上。此外还有输出级和放电管。输出级的驱动电流可达200mA。比较器C1和C2的参考电压分别为UA和UB,根据C1和C2的另一个输入端触发输入和阈值输入,可判断出RS触发器的输出状态。当复位端为低电平时,RS触发器被强制复位。若无需复位操作,复位端应接高电平。工作原理:接通电源后,Vcc通过R1、R2给C充电,VC逐渐上升。当Vc升到2/3Vcc,比较器C1输出低电平VC1=0,555内RS触发器被复位,V1导通,输出V
9、0=0。之后电容C通过R2和V1放点,使VC下降。当VC下降到1/3时,笔记哦啊器C2输出低点品VC2=0,555内RS触发器又被置位,输出V0=1变成高电平。这时因为V1截止,电容C再次充电。如此周而复始,输出就是个周期的矩阵方波了。功能说明:参数计算f1=1Hz,R1=42.3K,R2=11.5K,C1=14.8uf,C2=0.01ufTw1=0.5s,Tw2=0.5s电路图2.2.2 计数器电路 时间计数电路由秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成,其中秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器为60进制计数器,而根据设计要求,时个位和时十位计数器为24
10、进制计数器。小时计数单元为24进制计数器,其输出为两位8421BCD码形式;分计数和秒计数单元为60进制计数器,其输出也为8421BCD码。一般采用10进制计数器CC4518来实现时间计数单元的计数功能。为减少器件使用数量,可选CC4518。图2-6 秒、分计数电路60进制图2-7 时计数电路24进制图2-8 秒、分、小时计数电路系统启动后,发现秒个位进行计数还未向秒时位进位时,其高位自动生成1,是软件所存在的漏洞; 为了解决这一问题,需要在电路中加入消1功能。图2-9 系统整体修改后的计数电路2.2.3 译码显示电路如图所示,计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出,选用LG501
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