數(shù)?；旌显O計報告

1、數(shù) 模 混 合 設 計 數(shù) 模 報 告時鐘電路的設計與制作成都理工大學工程技術(shù)學院 專 業(yè)： 電子信息科學與技術(shù) 學 號： 指導教師： 姓 名： 日 期： 計時電路設計原理與制作一、設計任務設計并制作一個60秒計時電路，要求自制直流穩(wěn)壓電源，能夠提供給數(shù)字時鐘+5V的電壓。同時具有手動復位的功能，能夠產(chǎn)生一個1Hz的秒計時脈沖。并且具有進位功能能夠顯示出完整的24小時制的時鐘電路，同時具有手動校時電路，能夠?qū)τ嫊r電路手動校正時間，校時電路包括對分、時校時。設計并仿真出時、分電路。1、模擬電路部分設計要求（1） 制作輸出電壓可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓范圍為1.2515V，通過電位器調(diào)節(jié)至5V。

2、（2）該直流穩(wěn)壓電源可供數(shù)字電路正常工作。2、數(shù)字電路部分設計要求（1）設計一個具有“時”、“分”、“秒”顯示的電子鐘（23小時59分59秒）如圖，應具有校時功能。二、設計思路1、直流穩(wěn)壓電源：為時鐘電路提供一個+5V的電壓，驅(qū)動時鐘電路的正常工作。2、脈沖產(chǎn)生模塊：能夠產(chǎn)生秒脈沖信號，從而實現(xiàn)對計時模塊的控制。3、計時循環(huán)模塊：能夠?qū)r鐘脈沖計數(shù)，并且能夠?qū)τ嫈?shù)電路自動復位。4、譯碼顯示模塊：用數(shù)碼管將計數(shù)循環(huán)電路模塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為數(shù)字顯示出來。5、秒控制模塊：實現(xiàn)對秒計時器的復位功能。6、時、分校時模塊：能夠?qū)崿F(xiàn)對電路中的時、分顯示進行校時。三、設計方案1、直流穩(wěn)壓電源：通過變壓器將220V

3、的家庭用電降為電壓更低的正弦交流電（如22V），然后通過電橋（整流電路，利用單向?qū)щ娦阅艿恼髟⒄摻惶孀兓恼医涣麟妷恨D(zhuǎn)換成單方向的脈動直流電壓，通過濾波電路盡可能的將單向脈動直流電壓中的脈動部分（交流分量）減小，使輸出電壓成平滑的直流電壓。再通過穩(wěn)壓芯片使輸出的直流電壓在電源發(fā)生波動或負載變化時保持穩(wěn)定。常用的穩(wěn)壓芯片有7815、7805、7809、LM317等。2、多諧振蕩電路：多諧振蕩器是一種能夠產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波形發(fā)生器。多諧指矩形波中除了基波成分外，還有高次諧波成分。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在工作時，電路的狀態(tài)在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動地交替變換，由

4、此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，常用作脈沖信號源及時序電路中的時鐘信號。具體地說，如果開始時多諧振蕩處于0狀態(tài)，那么它在0狀態(tài)停留一段時間后將自動轉(zhuǎn)入1狀態(tài)，在1狀態(tài)停留一段時間后又將自動轉(zhuǎn)入0狀態(tài)，如此周而復始，輸出矩形波。通過對電容、電阻的計算來確定1秒的脈沖信號，實現(xiàn)對計數(shù)器的時鐘控制，多諧振蕩器在接通電源以后，不需要外觸發(fā)信號，便能夠自動產(chǎn)生矩形脈沖。多諧振蕩器又很多種，例如對稱式多諧振蕩器，非對稱式多諧振蕩器，石英晶體多諧振蕩器，555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器等。3、計數(shù)器：計數(shù)器由觸發(fā)器組成的時序電路，其功能式用觸發(fā)器的狀態(tài)記錄輸入端的時鐘脈沖個數(shù)，它通常用于計數(shù)、分頻、定時及產(chǎn)生數(shù)字系統(tǒng)的節(jié)

5、拍脈沖燈，如40110、74LS160、74LS161、74LS190、74LS192等。4、譯碼顯示：常用的數(shù)碼管有4輸入和7輸入的，計數(shù)器產(chǎn)生的二進制數(shù)字信號點亮數(shù)碼管上的8段LED，從而更直觀的形式顯示出計數(shù)電路的BCD值。5、秒控制：手動的給秒計數(shù)器一個復位信號，及在秒脈沖計數(shù)器的復位端手動的給一個高電平（這在后期制作電路板實物是會用到）。6、時、分校時電路：能夠手動的調(diào)節(jié)時、分電路的計數(shù)數(shù)值，從而通過數(shù)碼管顯示，及手動給入時、分計數(shù)器一個脈沖信號達到調(diào)節(jié)時、分計數(shù)器的計數(shù)。并通過數(shù)碼管直觀的顯示出時間。四、器件的選擇一、直流穩(wěn)壓電源本次設計任務要求能夠輸出一個電壓可以在1.25V15

6、V范圍能可調(diào)節(jié)的電壓，故選用LM317穩(wěn)壓芯片，通過電阻阻值來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，LM317是一個可調(diào)節(jié)3端正電壓穩(wěn)壓器，在輸出電壓范圍1.2V37V時能夠提供超過1.5A的電流，使用方便、應用廣泛的集成穩(wěn)壓塊，而且價格相對便宜。穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用圖上的公式計算出來，但R1和R2的阻值不能隨意設定，首先V0=1.25V37V（高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊，其輸出電壓范圍是V0=1.2V15V），所以R2/R1的比值范圍只能是028.6。二、時鐘電路1、多諧振蕩電路 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它

7、也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置

8、 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。表1 555定時器的功能表 二、計數(shù)器 40110 為十進制可逆計數(shù)器/鎖存器/譯碼器/驅(qū)動器，具有加減計數(shù)，計數(shù)器狀態(tài)鎖存，七段顯示譯碼輸出等功能。40110 有2 個計數(shù)時鐘輸入端CPU 和CPD 分別用作加計數(shù)時鐘輸入和減計數(shù)時鐘輸入。由于電路內(nèi)部有一個時鐘信號預處理邏輯，因此當一個時鐘輸入端計數(shù)工作時，另一個時鐘輸入端可以是任意狀態(tài)。40110 的進位輸出CO 和借位輸出BO 一般為高

9、電平，當計數(shù)器從09 時，BO 輸出負脈沖；從90 時CO 輸出負脈沖。在多片級聯(lián)時，只需要將CO 和BO分別接至下級40110 的CPU 和CPD 端，就可組成多位計數(shù)器。3、 時鐘循環(huán)計數(shù)器CD4017是5位Johnson計算器，具有10個譯碼輸出端，CP，CR，INH輸入端。時鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間無限制。INH為低電平時，計算器在時鐘上升沿計數(shù)；反之，計數(shù)功能無效。CR為高電平時，計數(shù)器清零。Johnson計數(shù)器，提供了快速操作，2輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出。防鎖選通，保證了正確的計數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對應時鐘周期內(nèi)保持高

10、電平。在每10個時鐘輸入周期CO信號完成一次進位，并用作多級計數(shù)鏈的下級脈動時鐘。D4017引腳功能：CD4017內(nèi)部是除10的計數(shù)器及二進制對10進制譯碼電路。CD4017有16支腳，除電源腳VDD及VSS為電源接腳，輸入電壓范圍為315V之外，其余接腳為：A、頻率輸入腳：CLOCK(Pin14)，為頻率信號的輸入腳。B、數(shù)據(jù)輸出腳：a、Q1-Q9(Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，為*后的時進制輸出接腳，被計數(shù)到的值，其輸出為Hi，其余為Lo電位。、CARRYOUT（Pin12），進位腳，當4017計數(shù)10個脈沖之后，CARRYOUT將輸出一個脈波，代表產(chǎn)生進位，共串級計

11、數(shù)器使用。D、控制腳：a、CLEAR(Pin15)：清除腳或稱復位(Reset)腳，當此腳為Hi時，會使CD4017的Q0為”1”，其余Q1-Q9為”0”。b、CLOCKENABLE(Pin13)，時序允許腳，當此腳為低電位，CLOCK輸入脈波在正緣時，會使CD4017計數(shù)，并改變Q1-Q9的輸出狀態(tài)。四、譯碼顯示 本部分采用市面上常見的七段數(shù)碼顯示管, 7段數(shù)碼管一般由8個發(fā)光二極管組成，其中由7個細長的發(fā)光二極管組成數(shù)字顯示，另外一個圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點。當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫發(fā)光。控制相應的二極管導通，就能顯示出各種字符，盡管顯示的字符形狀有些失真，能顯示的數(shù)符

12、數(shù)量也有限，但其控制簡單，使有也方便。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極數(shù)碼管，陰極連在一起的稱為共陰極數(shù)碼管，共陰極共陽極7段數(shù)碼管內(nèi)部字段LED和引腳分布五、時、分校時電路 校時電路是數(shù)字鐘不可缺少的部分，每當數(shù)字鐘與實際時間不符時，需要根據(jù)標準時間進行校時。K1、K2分別是時校正、分校正開關(guān)。不校正時，K1、K2開關(guān)是閉和的。當校正時位時，需要把K1開關(guān)打開，然后用手撥動K3開關(guān)，來回撥動一次，就能使時位增加1，根據(jù)需要去撥動開關(guān)的次數(shù)，校正完畢后把K1開關(guān)閉上。校正分位時和校正時位的方法一樣。 計時電路的仿真直流穩(wěn)壓電源60S計時電路24小時計數(shù)電路校時電路 秒計時器電路板的繪測畫出

13、原理圖，并按照要求進行封裝，并生成網(wǎng)絡表。創(chuàng)建PCB文件在prtel中創(chuàng)建一個PCB文件，并加載網(wǎng)絡表。手動布局PCB布線（自動布線與手工布線相結(jié)合）打印PCB圖秒計數(shù)電路板的制作一、打印電路板將繪制好的電路板用轉(zhuǎn)印紙打印出來，注意滑的一面面向自己，一般打印兩張電路板，即一張紙上打印兩張電路板。在其中選擇打印效果最好的制作線路板。 二、裁剪覆銅板用感光板制作電路板全程圖解 。覆銅板，也就是兩面都覆有銅膜的線路板，將覆銅板裁成電路板的大小，不要過大，以節(jié)約材料。 三、預處理覆銅板用細砂紙把覆銅板表面的氧化層打磨掉，以保證在轉(zhuǎn)印電路板時，熱轉(zhuǎn)印紙上的碳粉能牢固的印在覆銅板上，打磨好的標準是板面光亮

14、，沒有明顯污漬。 四、轉(zhuǎn)印電路板將打印好的電路板裁剪成合適大小，把印有電路板的一面貼在覆銅板上，對齊好后把覆銅板放入熱轉(zhuǎn)印機，放入時一定要保證轉(zhuǎn)印紙沒有錯位。一般來說經(jīng)過2-3次轉(zhuǎn)印，電路板就能很牢固的轉(zhuǎn)印在覆銅板上。熱轉(zhuǎn)印機事先就已經(jīng)預熱，溫度設定在160-200攝氏度，由于溫度很高，操作時注意安全！ 五、腐蝕線路板先檢查一下電路板是否轉(zhuǎn)印完整，若有少數(shù)沒有轉(zhuǎn)印好的地方可以用黑色油性筆修補。然后就可以腐蝕了，等線路板上暴露的銅膜完全被腐蝕掉時，將線路板從腐蝕液中取出清洗干凈，這樣一塊線路板就腐蝕好了。腐蝕液的成分為濃鹽酸、濃雙氧水、水，比例為1：2：3，在配制腐蝕液時，先放水，再加濃鹽酸、濃

15、雙氧水，若操作時濃鹽酸、濃雙氧水或腐蝕液不小心濺到皮膚或衣物上要及時用清水清洗，由于要使用強腐蝕性溶液，操作時一定注意安全！ 六、線路板鉆孔線路板上是要插入電子元件的，所以就要對線路板鉆孔了。依據(jù)電子元件管腳的粗細選擇不同的鉆針，在使用鉆機鉆孔時，線路板一定要按穩(wěn)，鉆機速度不能開的過慢，請仔細看操作人員操作。 七、線路板預處理鉆孔完后，用細砂紙把覆在線路板上的墨粉打磨掉，用清水把線路板清洗干凈。水干后，用松香水涂在有線路的一面，為加快松香凝固，我們用熱風機加熱線路板，只需2-3分鐘松香就能凝固。秒計數(shù)板的調(diào)試對于剛拿回來的新PCB板首先要大概觀察一下板上是否存在問題，例如是否有明顯的裂痕，有無

16、短路、開路等現(xiàn)象。如果有必要的話，可以檢查一下電源跟地線之間的電阻是否足夠大。然后就是安裝元件了。相互獨立的模塊，如果您沒有把握保證它們工作正常時，最好不要全部都裝上，而是一部分一部分的裝上。對于比較小的電路，可以一次全部裝上，這樣容易確定故障范圍，免得到時遇到問題時無從下手。 一般來說，可以把電源部分先裝好，然后就上電檢測電源輸出電壓是否正常。如果在上電時您沒有太大的把握，即使有很大的把握，也建議您加上一個保險絲，以防萬一，可考慮使用帶限流功能的可調(diào)穩(wěn)壓電源。先預設好過流保護電流，然后將穩(wěn)壓電電源的電壓值慢慢往上調(diào)，并監(jiān)測輸入電流、輸入電壓以及輸出電壓。如果往上調(diào)的過程中，沒有出現(xiàn)過流保護等

17、問題，且輸出電壓也達到了正常，則說明電源部分OK。反之，則要斷開電源，尋找故障點，并重復上述步驟，直到電源正常為止。接下來逐漸安裝其它模塊，每安裝好一個模塊，就上電測試一下，上電時也是按照上面的步驟，以避免因為設計錯誤或/和安裝錯誤而導致過流而燒壞元件。尋找故障的辦法一般有下面幾種 測量電壓法：首先要確認的是各芯片電源引腳的電壓是否正常，其次檢查各種參考電壓是否正常，另外還有各點的工作電壓是否正常等。例如：一般的硅三極管導通時，BE結(jié)電壓在0.7V左右，而CE結(jié)電壓則在0.3V左右或者更小。如果一個三極管的BE結(jié)電壓大于0.7V，特殊三極管除外，例如：達林頓管等，可能就是BE結(jié)就開路。 信號注

18、入法：將信號源加至輸入端，然后依次往后測量各點的波形，看是否正常，以找到故障點。有時我們也會用更簡單的辦法，例如用手握一個鑷子，去碰觸各級的輸入端，看輸出端是否有反應，這在音頻、視頻等放大電路中常使用（但要注意，熱底板的電路或者電壓高的電路，不能使用此法，否則可能會導致觸電）。如果碰前一級沒有反應，而碰后一級有反應，則說明問題出在前一級，應重點檢查。 當然，還有很多其它的尋找故障點的方法，例如看、聽、聞、摸等?！翱础本褪强丛袩o明顯的機械損壞，例如破裂、燒黑、變形等；“聽”就是聽工作聲音是否正常，例如一些不該響的東西在響，該響的地方不響或者聲音不正常等；“聞”就是檢查是否有異味，例如燒焦的味

19、道、電容電解液的味道等，對于一個有經(jīng)驗的電子維修人員來說，對這些氣味是很敏感的；“摸”就是用手去試探器件的溫度是否正常，例如太熱，或者太涼。 心 得 體 會 此次電子課程設計是理論與實踐相結(jié)合的最好形式。在課題的完成過程中要求制作者要有堅實的理論基礎和很強的動手能力。在設計過程中，通過查找數(shù)據(jù)和其他資料，接觸到了很多新鮮的東西。在實際動手過程中，制板與焊接是最為重要的，它能直接決定電路的成?。涸骷奶鎿Q，開關(guān)的選擇，焊接點的精細牢靠，以及最后的調(diào)試與分析，其中的每一個環(huán)節(jié)都是至關(guān)重要的。一件產(chǎn)品的工藝性很重要，而焊接在電路制作中則是工藝的關(guān)鍵。焊接也是需要技術(shù)的，焊點漂亮能給人賞心悅目的視覺