電子技術(shù)綜合訓(xùn)練設(shè)計(jì)報(bào)告多功能電子鐘的設(shè)計(jì)

1、蘭州理工大學(xué)電子技術(shù)綜合訓(xùn)練任務(wù)書(shū) 多功能電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)電子技術(shù)綜合訓(xùn)練設(shè)計(jì)報(bào)告題目： 多功能電子鐘的設(shè)計(jì)-2 姓名： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化4班 同組成員： 指導(dǎo)教師： 日期： 2011年12月30日 目錄摘要3一、 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求41.1設(shè)計(jì)任務(wù)41.2基本要求：41.3擴(kuò)展功能：4二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)：42.1系統(tǒng)基本要求42.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)52.2.1總體設(shè)計(jì)原理方框圖52.2.2系統(tǒng)工作原理52.3系統(tǒng)的單元電路設(shè)計(jì)62.3.1秒脈沖電路62.3.2時(shí)間計(jì)數(shù)器電路82.3.3在分和秒之間顯示“：”的設(shè)計(jì)92.3.4.譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元電路設(shè)計(jì)102.3.5 校時(shí)單元電路設(shè)計(jì)122

2、.3.6整點(diǎn)報(bào)時(shí)的設(shè)計(jì)132.3.7.電源電路的設(shè)計(jì)14三系統(tǒng)仿真16總仿真圖12所示16四電路安裝、調(diào)試與測(cè)試184.1電路安裝焊接184.2電路的調(diào)試194.2.1數(shù)碼管的調(diào)試194.2.2各個(gè)部分的調(diào)試。194.2.3總電路的調(diào)試214.3 電路測(cè)試214.3.1功能測(cè)試214.3.2性能測(cè)試21五、結(jié)論21六、參考文獻(xiàn)22附錄：251.器件清單252. 用到器件的管腳圖253.電路調(diào)試的實(shí)物圖28摘要電子鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí),分,秒.數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人家庭,車(chē)站, 碼頭辦公室等公共場(chǎng)所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?，因此，研究?shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義

3、。這份設(shè)計(jì)報(bào)告主要介紹了一種以555定時(shí)器與rc構(gòu)成為脈沖信號(hào)，以74ls161為主體，以數(shù)碼管為顯示器件的數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)。電子鐘用555定時(shí)器與rc組成的多諧振蕩器為脈沖信號(hào)，頻率為1hz。其主體分兩個(gè)部分，計(jì)時(shí)電路和校時(shí)電路。計(jì)時(shí)電路以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒，其中秒和分為60進(jìn)制，時(shí)為12進(jìn)制，校時(shí)電路可對(duì)分和時(shí)進(jìn)行校時(shí)，當(dāng)達(dá)到整點(diǎn)時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí)關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘、校時(shí)、555定時(shí)器、整點(diǎn)報(bào)時(shí)一、 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)多功能電子鐘并制作完成1.2基本要求：1、數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒，在分和秒之間顯示“：”，并按1次/秒的速度閃爍；2、每日以24小時(shí)為一個(gè)記時(shí)周期；3、有校正功

4、能，能夠在任何時(shí)刻對(duì)電子鐘進(jìn)行方便的校正；4、電源：220v/50hz的工頻交流電供電；注：直流電源部分僅完成設(shè)計(jì)即可，不需制作，用實(shí)驗(yàn)室提供的穩(wěn)壓電源調(diào)試，但要求設(shè)計(jì)的直流電源能夠滿足電路要求） 5、按照以上技術(shù)要求設(shè)計(jì)電路，繪制電路圖，對(duì)設(shè)計(jì)的電路用multisim進(jìn)行仿真，用萬(wàn)用板焊接元器件，制作電路，完成調(diào)試、測(cè)試，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告。1.3擴(kuò)展功能：整點(diǎn)時(shí)刻通過(guò)揚(yáng)聲器給出提示。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)：2.1系統(tǒng)基本要求數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)方法很多種，例如，可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘；也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘；還可以利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電子鐘等。在本設(shè)計(jì)中電路是

5、由中小規(guī)模集成電路組成多功能電子時(shí)鐘，對(duì)于一個(gè)具有計(jì)時(shí)、校時(shí)、報(bào)時(shí)、顯示等基本功能的數(shù)字鐘主要由振蕩器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路等六部分組成。用石英晶體振蕩器或通過(guò)555定時(shí)器構(gòu)成振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器得到秒脈沖，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果通過(guò)“時(shí)”、“分”、“秒”譯碼器譯碼，并通過(guò)顯示器顯示時(shí)間。 2.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.2.1總體設(shè)計(jì)原理方框圖如下圖1：時(shí)顯示器分顯示器時(shí)譯碼器分譯碼器秒顯示器秒譯碼器時(shí)計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器秒振蕩器校時(shí)電路擴(kuò)展電路整點(diǎn)報(bào)時(shí)等圖1.多功能電子鐘系統(tǒng)組成框圖2.2.2系統(tǒng)工作原理由振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖作為數(shù)字時(shí)鐘的時(shí)間基準(zhǔn)。秒計(jì)

6、數(shù)器計(jì)滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按照24進(jìn)1的規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)可以用校時(shí)電路進(jìn)行校時(shí)。1）振蕩器電路：通過(guò)555定時(shí)器構(gòu)成1hz秒脈沖或通過(guò)石英晶體振蕩器通過(guò)分頻得到1hz的秒脈沖2）時(shí)間計(jì)數(shù)器電路：時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。3）譯碼驅(qū)動(dòng)電路：譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421bcd碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提

7、供足夠的工作電流。4）校時(shí)電路：當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。5）整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路：在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí),以示提醒.其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波。6）直流穩(wěn)壓電源：在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電它是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。本設(shè)計(jì)采用的直流穩(wěn)壓電源，輸入為220v的交流電，輸出為5v左右的穩(wěn)定電壓。2.3系統(tǒng)的單元電路設(shè)計(jì)2.3.1秒脈沖電路1. 方案選擇方案一 晶體震振蕩器電路采用石英晶體振蕩器。使用振蕩頻率為32768hz的石英晶體和反向器構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定性好、精度高的時(shí)間信號(hào)源。改變電容c可以對(duì)振蕩器的頻

8、率進(jìn)行微調(diào)，再通過(guò)一個(gè)反相器，輸出32768hz的方波，將此方波的頻率進(jìn)行15次二分頻后，在輸出端剛好可得到頻率為1hz的脈沖信號(hào)。方案二 555振蕩器電路采用集成電路555定時(shí)器與rc組成的多諧振蕩器。（比較）振蕩器是計(jì)時(shí)器的核心，其作用是產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率的脈沖信號(hào)，秒信號(hào)發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，但考慮到本設(shè)計(jì)電路有相關(guān)校時(shí)電路且用石音晶體振蕩電路時(shí)分頻電路用的元件較多且價(jià)格較貴，用555構(gòu)成的電路元件容易得，電路簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)，故選方案二2. 電路參數(shù)的選擇 關(guān)于555定時(shí)器的相關(guān)參數(shù)以及構(gòu)成多謝振蕩器的原理參考數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)閻石主編的相關(guān)章節(jié) 采

9、用集成電路555定時(shí)器與rc組成的多諧振蕩器。輸出的脈沖頻率為1hz， (2-1)周期t1s。由于脈沖的占空比對(duì)系統(tǒng)的影響不大，故把占空比設(shè)計(jì)為2/3。 由555定時(shí)器的特性參數(shù)可知，當(dāng)電源電壓取5v時(shí)，在100ma時(shí)的輸出電流下輸出電壓的典型值為3.3v，所以取vcc=5v可以滿足對(duì)輸出脈沖幅度的要求。 由 (2-2)故可得到r1=r2 又有t=1s，若取c=，則代入上式得到 3 r1cln2=1 于是 (2-3)因r1=r2，所以選擇兩只的電阻與一個(gè)的電位器串聯(lián)即可達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，通過(guò)改變相應(yīng)的電阻可使頻率微調(diào)，不必使用分頻器來(lái)對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行分頻使電路復(fù)雜。3.電路的設(shè)計(jì)如圖2所示：圖2

10、555定時(shí)器和rc組成構(gòu)成的秒信號(hào)發(fā)生器2.3.2時(shí)間計(jì)數(shù)器電路1. 芯片的選擇常見(jiàn)的ttl型msi計(jì)數(shù)器有74ls160、74ls161、74ls163、74ls90、74ls193等，考慮到設(shè)計(jì)成本的限制以及常見(jiàn)性選擇74ls161最為合理。2. 芯片的介紹74ls161為可預(yù)置的4 位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，74ls161 的清除端是異步的。當(dāng)清除端clear 為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端clock 狀態(tài)如何，即可完成清除功能。74ls161 的計(jì)數(shù)是同步的，靠clock 同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。關(guān)于更詳細(xì)的介紹請(qǐng)查看相關(guān)的數(shù)據(jù)手冊(cè)，在此不再贅述。其引腳圖見(jiàn)附錄2。3.計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)間計(jì)數(shù)單

11、元有時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個(gè)部分。時(shí)計(jì)數(shù)單元一般為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出為兩位8421bcd碼形式；分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為8421bcd碼。1）60進(jìn)制計(jì)數(shù)器由74ls161構(gòu)成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將一片74ls161設(shè)計(jì)成10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，另一片設(shè)計(jì)成6進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。兩片74ls161按反饋清零法串接而成。秒/分計(jì)數(shù)器的十位和個(gè)位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時(shí)還作為分計(jì)數(shù)器的輸入脈沖cp1。下圖3所示電路即可作為秒/分計(jì)數(shù)器。圖3 秒/時(shí)計(jì)數(shù)器電路2）24進(jìn)制計(jì)數(shù)器由74ls161構(gòu)成的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將一片74ls161設(shè)計(jì)成四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，另一片設(shè)置二

12、進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。即個(gè)位計(jì)數(shù)狀態(tài)為qd qc qb qa = 0100，十位計(jì)數(shù)狀態(tài)為qd qc qb qa = 0010時(shí)，要求計(jì)數(shù)器歸零。通過(guò)把個(gè)位qc、十位qb相與非后的信號(hào)送到個(gè)位、十位計(jì)數(shù)器的清零端，使計(jì)數(shù)器清零，另外還要考慮一個(gè)問(wèn)題就是個(gè)位還必須達(dá)到10后向十位進(jìn)位，如下圖4構(gòu)成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。電路圖如下:圖4 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器2.3.3在分和秒之間顯示“：”的設(shè)計(jì)1. 發(fā)光二極管的限流電阻的選擇。不能讓led一直工作在最大額定值。所以正向電流if最大額定值（一般是30ma）。根據(jù)常識(shí)我們可以知道，電流大，led發(fā)光強(qiáng)，但消耗的功率大。電流小，led發(fā)光小，消耗的功率小。通常電路用le

13、d是做指示用途，電路的總體功耗要控制，不能都消耗在指示燈上，當(dāng)然還要考慮電源的功率要滿足后面電路功耗的要求，并且最好要有富裕。所以這個(gè)led的正向電流我們選取20ma，正向壓降為3.3v。限流電阻可以根據(jù)下式計(jì)算： 限流電阻=（電源電壓-led正向穩(wěn)壓電壓）/要求的工作電流 選取if=20ma，vf=3.3v，電源電壓vcc=5v:限流電阻=（5v-3.3v）/20ma=85 故本設(shè)計(jì)電路中選擇85*2=1701802. 電路原理圖在秒計(jì)數(shù)器的前面加兩個(gè)，采用兩只發(fā)光二極管的串聯(lián)，并加上180的限流電阻，共陽(yáng)極接高電平，共陰極接到秒脈沖的輸出端，則兩個(gè)發(fā)光二極管按1次/秒的速度閃爍；在分計(jì)數(shù)器

14、前面加兩只發(fā)光二極管，陽(yáng)極接高電平并加上180，陰極接低電平，則兩只二極管一支處于點(diǎn)亮狀態(tài)。電路圖5如下所示圖5顯示“：”電路的原理圖2.3.4.譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元電路設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421bcd碼形式輸出，為了將計(jì)數(shù)器輸出的8421bcd碼顯示出來(lái)，需用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，一般這種譯碼器通常稱為7段譯碼顯示驅(qū)動(dòng)器。常用的7段譯碼顯示驅(qū)動(dòng)器有74ls48，cd4511等1） 數(shù)碼管簡(jiǎn)介數(shù)碼管是由八只發(fā)光二極管組成（其中一只顯示小數(shù)點(diǎn)）。工作時(shí)，要求發(fā)光二極管的公共陰極接地。當(dāng)某一發(fā)光二極管陽(yáng)極加上高電平時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極

15、管導(dǎo)通，這一段（或點(diǎn)）就會(huì)發(fā)光。若要顯示十進(jìn)制數(shù)的十個(gè)數(shù)碼09，只要在相應(yīng)的字段陽(yáng)極上加上高電平即可。例如，要顯示5時(shí)，則應(yīng)在a,c,d,f,g各段陽(yáng)極上加上高電平。為限制個(gè)發(fā)光二極管的電流，可在它們的公共陰極上串聯(lián)一只300左右的限流電阻。2）cd4511芯片簡(jiǎn)介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，可直接驅(qū)動(dòng)led顯示器。cd4511的里面有上拉電阻，可直接或者接一個(gè)電阻與七段數(shù)碼管接口。其詳細(xì)參數(shù)請(qǐng)查看相關(guān)的數(shù)據(jù)手冊(cè)，不再贅述，其引腳圖見(jiàn)附錄2。cd4511也是一種bcd-7段顯示譯碼器，它屬于cmos器件，高電平輸出電流可達(dá)25ma。該器

16、件用于驅(qū)動(dòng)共陰極7段led數(shù)碼管。3）限流電阻的選擇，數(shù)碼管點(diǎn)亮的電流值一般為3ma左右，正常工作電流范圍為310ma，超過(guò)10ma的話會(huì)燒壞數(shù)碼管。一般情況下紅色的發(fā)光二極管點(diǎn)亮是的壓降值是1.7v，故限流電阻的大小為 在本設(shè)計(jì)中需要數(shù)碼管較亮的顯示，選取的電阻4）基本電路圖選用共陰極數(shù)碼管，對(duì)于 cd4511 ，它與數(shù)碼管的基本連接方式如下圖6 ：圖6 cd4511與數(shù)碼管的基本連接方式2.3.5 校時(shí)單元電路設(shè)計(jì)當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。通常，校正時(shí)間的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，

17、校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。校“秒”時(shí)，采用等待校時(shí)，?！胺帧薄ⅰ皶r(shí)”的原理比較簡(jiǎn)單，采用加速（校時(shí)電路）校時(shí)。對(duì)校時(shí)電路的要求是 :l 在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù) 。l 在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù) 。校正電路如下圖6所示，本校準(zhǔn)電路由基本rs觸發(fā)器和“與”非門(mén)組成，基本rs觸發(fā)器的功能是產(chǎn)生單脈沖，還起到了防抖動(dòng)作用。未撥動(dòng)開(kāi)關(guān)j1時(shí)，“與非”門(mén)u2b的一個(gè)輸入端接地，基本rs觸發(fā)器處于“1”狀態(tài)，這是數(shù)字鐘正常工作，“分”進(jìn)位脈沖能進(jìn)入“分”計(jì)數(shù)器。撥動(dòng)開(kāi)關(guān)j1時(shí)，“與非”門(mén)u6b的一個(gè)輸入端接地，于是基本rs觸發(fā)器轉(zhuǎn)為“0”狀態(tài)。秒狀態(tài)可以直接進(jìn)入“分”計(jì)數(shù)器，而“

18、分”進(jìn)位脈沖被阻止進(jìn)入，因而能較快地校準(zhǔn)分計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。校準(zhǔn)后，將校正開(kāi)關(guān)恢復(fù)原位，數(shù)字鐘繼續(xù)進(jìn)行正常計(jì)時(shí)工作。小時(shí)的校正同理。圖7 校正電路圖本電路的防抖分析：在按壓按鍵時(shí)，由于機(jī)械開(kāi)關(guān)的接觸抖動(dòng)，往往在幾十毫秒內(nèi)電壓會(huì)出現(xiàn)多次抖動(dòng)，相當(dāng)于連續(xù)出現(xiàn)了幾個(gè)脈沖信號(hào)。顯然，用這樣的開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的信號(hào)直接作為電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)可能導(dǎo)致電路產(chǎn)生錯(cuò)誤動(dòng)作。在本設(shè)計(jì)中將會(huì)出現(xiàn)“亂碼”的狀況。如上圖7所示。s 0， rl，可得出ql， 0。當(dāng)按壓按鍵時(shí)，sl，r0，可得出 q0，1，改變了輸出信號(hào)q的狀態(tài)。若由于機(jī)械開(kāi)關(guān)的接觸抖動(dòng)，則r的狀態(tài)會(huì)在0和1之間變化多次，若 rl，由于q0，因此u2b門(mén)仍然是“有低出

19、高”，不會(huì)影響輸出的狀態(tài)。同理，當(dāng)松開(kāi)按鍵時(shí)， s端出現(xiàn)的接觸抖動(dòng)亦不會(huì)影響輸出的狀態(tài)。因此，圖7所示的電路，開(kāi)關(guān)每按壓一次，q點(diǎn)的輸出信號(hào)僅發(fā)生一次變化。2.3.6整點(diǎn)報(bào)時(shí)的設(shè)計(jì)一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能，即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí)，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，較復(fù)雜的也可以是實(shí)時(shí)語(yǔ)音提示。按題目要求，本設(shè)計(jì)利用一個(gè)八輸入與們，當(dāng)分秒為59分54秒時(shí)，控制蜂鳴器響，電路如圖8所示：圖8 整點(diǎn)報(bào)時(shí)的設(shè)計(jì)的電路圖1)選蜂鳴器為電聲器件，蜂鳴器是一種壓電電聲器件，當(dāng)其兩端加上一個(gè)直流電壓時(shí)酒會(huì)發(fā)出鳴叫聲，兩個(gè)輸入端是極性的，其較長(zhǎng)引腳應(yīng)與高電位相連，圖

20、8的三極管時(shí)為了驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。2)三極管s8050的參數(shù)參見(jiàn)其數(shù)據(jù)手冊(cè)，引腳圖見(jiàn)附錄。三級(jí)管集電極用22電阻作用是限制電流，基極的1k電阻有三個(gè)作用：一是避免從數(shù)字電路中拉電流過(guò)大，二是保證基極有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，三是避免數(shù)字電路實(shí)際不為“0”電平時(shí)基極能夠截止。 2.3.7.電源電路的設(shè)計(jì)1.電路結(jié)構(gòu)及工作原理 直流穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成，其工作原理圖如圖9所示.圖9 直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)圖2. 電路的設(shè)計(jì)1）lm7805簡(jiǎn)介lm7805是最常用到的穩(wěn)壓芯片，它的使用方便，用很簡(jiǎn)單的電路即可以輸入一個(gè)直流穩(wěn)壓電源,它的輸出電壓為5v。其詳細(xì)參數(shù)請(qǐng)查看相關(guān)數(shù)據(jù)手冊(cè)，引腳

21、圖參看附錄。2）電路的原理圖設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)以全波整流電路作為整流網(wǎng)絡(luò)，以極性電容作為濾波網(wǎng)絡(luò)，采用固定式三端集成穩(wěn)壓電路lm7805設(shè)計(jì)制作直流穩(wěn)壓電源。如下圖10所示，圖10 直流穩(wěn)壓電源220v的交流電網(wǎng)電壓u1經(jīng)過(guò)變壓器變成整流電路要求的交流電壓u2,其中整流電路是由四個(gè)二極管組成的橋式電路。u2經(jīng)過(guò)整流電路輸出的恒定直流分量u=0.9u2,然后通過(guò)一個(gè)電容進(jìn)行濾波電路中接入電容c2、c3用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩和抑制電路引入的高頻干擾，c4是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的高頻干擾。220v（幅值311v）50hz經(jīng)變壓器，經(jīng)橋堆整流、大電容濾波后分別經(jīng)過(guò)

22、集成穩(wěn)壓塊lm7805c作用得到5v的直流輸出。3）電容的選擇理論上說(shuō)電源濾波用電容越大越好，一般大電容濾低頻波,小電容濾高頻波?？煽康淖龇ㄊ菍⒁淮笠恍蓚€(gè)電容并聯(lián),一般要求相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上,以獲得更大的濾波頻段. 容量選擇：（1）大電容,負(fù)載越重，吸收電流的能力越強(qiáng)，這個(gè)大電容的容量就要越大（2）小電容，憑經(jīng)驗(yàn)，一般104即可三系統(tǒng)仿真本設(shè)計(jì)在multisim 10軟件進(jìn)行仿真。把上述各個(gè)部分的組合到一起，注意：仿真過(guò)程中設(shè)計(jì)的秒脈沖不足以觸發(fā)74ls161進(jìn)行計(jì)數(shù)，所以在multisim中用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器代替555發(fā)生的秒脈沖進(jìn)行仿真，便可以顯示結(jié)果。并且multisim中仿真時(shí)間與實(shí)際

23、時(shí)間的有差別，對(duì)電路總體進(jìn)行仿真時(shí)，發(fā)現(xiàn)仿真過(guò)程中秒的跳轉(zhuǎn)要很長(zhǎng)時(shí)間，跟實(shí)際中的1s中差距很大，但是秒計(jì)數(shù)脈沖是由1hz的函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的，后來(lái)了解到這是由于multisim中仿真步進(jìn)時(shí)間設(shè)置的關(guān)系，仿真時(shí)間與實(shí)際時(shí)間并不是同步的，這并不會(huì)影響實(shí)際焊接電路后的計(jì)數(shù)時(shí)間，也就是說(shuō)實(shí)際焊接后秒的跳轉(zhuǎn)仍然是設(shè)定的1s。總仿真圖12所示仿真結(jié)果符合實(shí)際結(jié)果，并達(dá)到了設(shè)計(jì)的基本要求與擴(kuò)展功能。所以設(shè)計(jì)方案合理。 圖12 設(shè)計(jì)總電路圖- 29 -四電路安裝、調(diào)試與測(cè)試4.1電路安裝焊接 把器件買(mǎi)回來(lái)后，先檢測(cè)各個(gè)器件的好壞，然后再焊接。焊接前注意各個(gè)芯片（座子）的布局。合理利用萬(wàn)用板的空間，一般按照從左到

24、右，從上到下的，的原則。焊接時(shí)從按照低到高的原則進(jìn)行，如可以先從電阻等較低的器件開(kāi)始，最后焊接數(shù)碼管等較高的器件。在焊接電路時(shí)，首先把每一個(gè)元件固定在電路板上，充分考慮放置后接線是不是有影響，然后固定元器件。對(duì)于集成芯片，還要接電源，接地。根據(jù)每一個(gè)芯片的引腳圖，確定輸入和輸出，然后連接。在焊接的過(guò)程中，務(wù)必做到仔細(xì)認(rèn)真，小心謹(jǐn)慎。不要漏到每一個(gè)接點(diǎn)，焊接點(diǎn)與焊接點(diǎn)直接最容易短接，因此在焊接完每一個(gè)器件之后必須要用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量，以防短接。（1）芯片的布局不僅要講求美觀更要講求電路連接的方便性。首先選定地線和電源正極線，然后規(guī)劃大體芯片布局，從上到下逐級(jí)布局，最上面放置數(shù)碼管與限流電阻，下一排

25、放置cd4511譯碼芯片，第三排放置74ls161計(jì)數(shù)器，第四排放置各種與非門(mén)。最后根據(jù)電源線的分布以及芯片電源引腳以及其他需要接電源線的引腳進(jìn)行合理調(diào)整，爭(zhēng)取連線最短最少。（2）合理利用萬(wàn)能版仿真的時(shí)候我們可以把很多線連載一個(gè)小小的節(jié)點(diǎn)上，但是實(shí)際焊萬(wàn)能板的時(shí)候卻不能這樣，因?yàn)槊總€(gè)導(dǎo)線或者芯片的引腳都是有一定體積的，焊接之前必須充分考慮到這一點(diǎn)。（3）標(biāo)記芯片管腳實(shí)際上在萬(wàn)能板上焊接?xùn)|西是一個(gè)比較麻煩的也考驗(yàn)焊接者耐心的事情，但是我們稍稍對(duì)板子做一些優(yōu)化就能簡(jiǎn)化我們焊接的過(guò)程。比如固定好每塊芯片的管座以后在管腳旁邊標(biāo)好引腳的標(biāo)號(hào)，這樣能夠幫助我們更加準(zhǔn)確的把每根導(dǎo)線焊道它該焊到的地方，同時(shí)也

26、減少了我們看電路圖紙的頻率，節(jié)約了時(shí)間，減小了錯(cuò)誤焊接的概率。（4）合理安排焊接順序整個(gè)數(shù)字鐘最核心最基礎(chǔ)的部分應(yīng)當(dāng)是秒脈沖的產(chǎn)生了。如果秒脈沖發(fā)生器沒(méi)有連接號(hào)，整個(gè)電路就不會(huì)有任何結(jié)果。所以首選選擇焊接秒脈沖發(fā)生器。之后再按照設(shè)計(jì)的總體電路圖，從底層開(kāi)始逐層連接。必須注意的是，焊接時(shí)一定要按各個(gè)部分分開(kāi)來(lái)焊接，就本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，先焊秒脈沖模塊焊接好之后必須接到示波器上觀察波形。接著焊接秒計(jì)數(shù)部分，焊接完后把秒脈沖接到74ls161的脈沖端，接通電源，觀察能否按要求計(jì)數(shù)，若有問(wèn)題及時(shí)調(diào)試。接下來(lái)按同樣的方法焊接分計(jì)數(shù)和時(shí)計(jì)數(shù)，并按同樣的方法測(cè)試。最后焊校時(shí)和整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊。電路焊接完成后的實(shí)物圖見(jiàn)附

27、錄。4.2電路的調(diào)試電路焊接完成并不意味著就會(huì)出現(xiàn)正確結(jié)果。連接完成通電之后往往還是會(huì)出現(xiàn)很多的問(wèn)題。這時(shí)候要首先要從硬件連接上檢查，排查有沒(méi)有引腳接錯(cuò)位置，同時(shí)使用萬(wàn)用表測(cè)量是否連接完好。4.2.1數(shù)碼管的調(diào)試在數(shù)字電子鐘有用到6個(gè)顯示譯碼管。測(cè)量好壞是用萬(wàn)用表，把萬(wàn)用表打到二極管的檔位，黑表筆接到數(shù)碼的接地端，然后依次把紅表筆接到每一個(gè)端的端子處，看是否亮。用到的五個(gè)發(fā)光二極管的測(cè)試方法也是用同類(lèi)方法。4.2.2各個(gè)部分的調(diào)試。必須嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)手冊(cè)上的管腳圖進(jìn)行接線。為避免混淆，在本次焊接線過(guò)程中，我先接各個(gè)器件的高電平（紅線），然后接地線（黑線），再接各個(gè)端子這樣不容易出錯(cuò)。在電路安裝環(huán)

28、節(jié)由于是焊接一部分調(diào)試一部分，故本環(huán)節(jié)應(yīng)與上一環(huán)節(jié)同步進(jìn)行。1） 脈沖部分調(diào)試這部分接完后接到示波器上發(fā)現(xiàn)沒(méi)有任何波形，檢查幾次線路沒(méi)有問(wèn)題，最后發(fā)現(xiàn)原來(lái)根本沒(méi)有把芯片查到底座上。2）計(jì)數(shù)電路部分（1）秒計(jì)數(shù)電路部分這部分是整塊電路的第一部分，剛接完線后，接入信號(hào)發(fā)生器，結(jié)果發(fā)現(xiàn)根本不計(jì)數(shù)，經(jīng)檢查cd4511的,三個(gè)端子沒(méi)有接，接上之后開(kāi)始計(jì)數(shù)但發(fā)現(xiàn)不能計(jì)滿六十，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)亂碼的情況，經(jīng)過(guò)檢查，分析把74ls161的a,b,c,d接反了，還有在兩根線的接觸點(diǎn)沒(méi)有焊接好。解決上述問(wèn)題后順利得到了結(jié)果即：秒計(jì)數(shù)器的個(gè)位能準(zhǔn)確以十進(jìn)制形式計(jì)數(shù)；秒計(jì)數(shù)器的十位也能準(zhǔn)確以六進(jìn)制的形式計(jì)數(shù)。當(dāng)秒計(jì)數(shù)器的

29、個(gè)位計(jì)數(shù)到9后自動(dòng)向秒計(jì)數(shù)器的十位計(jì)數(shù)。（2）分計(jì)數(shù)電路部分這部分的調(diào)試電路與秒計(jì)數(shù)器的電路一樣，在調(diào)試中不同的是秒計(jì)數(shù)電路的個(gè)位計(jì)數(shù)器74ls161的2腳接入秒計(jì)數(shù)十位的清零1腳，而分計(jì)數(shù)電路的個(gè)位計(jì)數(shù)器74ls161的2腳本該接校時(shí)電路，但是由于校時(shí)電路作為最后調(diào)試的電路， 所以在調(diào)試中74ls161的2腳直接與秒計(jì)數(shù)十位的清零1腳相連。有了接秒計(jì)數(shù)的經(jīng)驗(yàn)這部分接完后沒(méi)有問(wèn)題，計(jì)數(shù)正常。（3）小時(shí)計(jì)數(shù)部分這部分電路較復(fù)雜，在第一次焊接完成后的調(diào)試顯示中，發(fā)現(xiàn)小時(shí)的十位沒(méi)有變化，經(jīng)過(guò)分析、檢查發(fā)現(xiàn)把非門(mén)的輸入輸出接反了。對(duì)于調(diào)試的結(jié)果是：這部分的結(jié)果與秒計(jì)數(shù)電路部分的結(jié)果一樣。3）校時(shí)電路部

30、分在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)中，需要用到兩個(gè)校時(shí)電路，兩個(gè)校時(shí)電路的功能相同。這部分在本次焊接電路中是我調(diào)試時(shí)間最長(zhǎng)的一部分。剛開(kāi)始接的是點(diǎn)觸式開(kāi)關(guān)，最后經(jīng)過(guò)查資料分析，換成了鎖存式開(kāi)關(guān)，最后調(diào)試正確。調(diào)試的結(jié)果是：當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，分計(jì)數(shù)電路，小時(shí)計(jì)數(shù)電路正常計(jì)數(shù)，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，校時(shí)電路進(jìn)行校時(shí)。4）整點(diǎn)報(bào)時(shí)部分這部分在買(mǎi)器件時(shí)沒(méi)有7輸入的與門(mén)只好買(mǎi)成了八輸入的與非門(mén)而在接線時(shí)忘了這一點(diǎn)，沒(méi)有接非門(mén)導(dǎo)致報(bào)時(shí)電路的二極管和蜂鳴器都不正常，最后檢查出來(lái)后在59:54時(shí)蜂鳴器開(kāi)始響起，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。4.2.3總電路的調(diào)試由于本電路布線較為復(fù)雜，調(diào)試過(guò)程一定注意小心線路不要被拉斷。接上5v電源后開(kāi)始計(jì)數(shù)，觀察

31、秒脈沖是否有變快，若變快適當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器。通過(guò)按校時(shí)開(kāi)關(guān)看校時(shí)是否正常，當(dāng)校時(shí)到59:54看發(fā)光二級(jí)管是否被點(diǎn)亮，蜂鳴器能否發(fā)出聲音。4.3 電路測(cè)試4.3.1功能測(cè)試經(jīng)測(cè)試能實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)，校時(shí)，整點(diǎn)報(bào)時(shí)等功能4.3.2性能測(cè)試1）與實(shí)際的60秒相對(duì)應(yīng)，觀察本時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。經(jīng)測(cè)試基本與標(biāo)準(zhǔn)的60一致2）通過(guò)校時(shí)核對(duì)能否校時(shí)，并在校時(shí)中注意校時(shí)按鈕是否有防抖功能。經(jīng)測(cè)試能夠校時(shí)且具有防抖效果。五、結(jié)論經(jīng)測(cè)試之后，電路可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的基本功能，比如計(jì)數(shù)，如圖，同時(shí)多功能模塊校時(shí)功能和報(bào)時(shí)功能都可以使用，如圖24?；诜抡娼Y(jié)果以及焊接線路的通電的結(jié)果，可以認(rèn)定，此次多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)

32、是成功的。六、參考文獻(xiàn)1康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分（第五版）m 北京：高等教育出版社，2005，72康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第四版）m 北京：高等教育出版社，1998，73閻 石 數(shù)字電子技術(shù)m 北京：高等教育出版社，2000，54楊文霞等 數(shù)字邏輯電路m 北京：科學(xué)出版社，2007,35袁桂慈 電工電子技術(shù)實(shí)踐教程m 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007,66王冠華 multisim10電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用m 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008,66互聯(lián)網(wǎng) 等七、總結(jié)及體會(huì)說(shuō)長(zhǎng)不長(zhǎng)，說(shuō)短也短的三周就這樣結(jié)束了，看著自己設(shè)計(jì)出來(lái)的結(jié)果心里有種說(shuō)不出來(lái)的高興。通過(guò)本次設(shè)計(jì)與制作，無(wú)論是從獲得的知識(shí)，

33、學(xué)習(xí)的方法，社會(huì)的體驗(yàn)，還是做人的道理等各個(gè)方面來(lái)說(shuō)，這都給我們上了深深的一課?，F(xiàn)就結(jié)合我個(gè)人的體會(huì)對(duì)此做一下總結(jié)：從一頁(yè)紙上的方框圖到最后焊接出來(lái)的電路板中間有太多太多的過(guò)程。 當(dāng)拿到課程設(shè)計(jì)題目的時(shí)候，第一步要根據(jù)設(shè)計(jì)要求，思考原理以及實(shí)現(xiàn)方案。第二步將整體的設(shè)計(jì)分成各個(gè)子模塊，然后一個(gè)模塊一個(gè)模塊的進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后將各個(gè)子模塊整合在一起進(jìn)行整體仿真。第三步要根據(jù)自己所選定的方案確定選用那些元器件，然后查閱相應(yīng)芯片的資料，掌握其引腳分布以及用法。整個(gè)仿真過(guò)程中必須仔細(xì)認(rèn)真，而且要有足夠的耐心，不厭其煩的進(jìn)行測(cè)量校正修改。直到得到預(yù)想的結(jié)果。焊接過(guò)程中，要嚴(yán)格根據(jù)自己的仿真圖逐層逐步的進(jìn)行，防止出現(xiàn)漏焊或者焊接混亂的現(xiàn)象發(fā)生。第一步要對(duì)整體的布局做規(guī)劃，不僅要美觀，更要方便焊接。第二步，焊接過(guò)程中必須小心謹(jǐn)慎，在講求美觀的同時(shí)，更要保證焊接點(diǎn)可靠。第三步便是調(diào)試過(guò)程了，調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，要從原理分析找出問(wèn)題的大概位置，然后對(duì)電路連接進(jìn)行仔細(xì)檢查。整個(gè)制作過(guò)程都是輕松愉快的也是痛苦的。同時(shí)在焊接過(guò)程中比較仔細(xì)認(rèn)真所以出現(xiàn)的問(wèn)題不多，每次出現(xiàn)了問(wèn)題也都是很認(rèn)真仔細(xì)的去排查，最終將整個(gè)數(shù)