數(shù)字電子時鐘設計報告

1、通信工程專業(yè)基礎課程設計研究報告數(shù)字鐘的設計學生姓名：學生學號：指導教師：所在學院：專業(yè)班級：中 國 大 慶2011 年6 月數(shù)字電子時鐘摘 要：數(shù)字電子時鐘設計的電路主要由主體電路與擴展電路組成，采用集成塊控制設計，使集成塊控制數(shù)碼管顯示時、分、秒，當秒計數(shù)計滿60 時就向分進位，分計數(shù)器計滿60 后向時計數(shù)器進位，小時計數(shù)器按23 翻 0規(guī)律計數(shù)。時、分、秒的計數(shù)結(jié)果經(jīng)過數(shù)據(jù)處理可直接送顯示器顯示。當計時發(fā)生誤差的時候可以用校時電路進行校正。數(shù)字電子時鐘優(yōu)先編碼電路、譯碼電路將輸入的信號在顯示器上輸出；用控制電路和調(diào)節(jié)開關對led 顯示的時間進行調(diào)節(jié)，以上兩部分組成主體電路。通過譯碼電路將

2、秒脈沖產(chǎn)生的信號在報警電路上實現(xiàn)整點報時功能等，構成擴展電路。經(jīng)過布線、焊接、調(diào)試等工作后數(shù)字電子時鐘成形。關鍵字： 數(shù)字電子時鐘電路振蕩電路報警電路一、功能介紹1）數(shù)字電子時鐘最主要是led數(shù)碼管顯示功能，以24 小時為一個周期，顯示時間時、分、秒。2）具有校時功能， 可以分別對時、分、秒進行單獨校時，使其校正到標準時間。3）計時過程具有整點報時功能，當時間到達整點前10 秒進行蜂鳴報時，以兩秒一響嘟提醒，一直持續(xù)到整點，共響5 聲停止。4）振蕩電路提供秒脈沖，保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號。5）具有直流電源電路，可直接輸入220v交流電壓。二、設計思路本設計包括：顯

3、示電路、電源電路、報警電路、振蕩電路(1) 顯示電路計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421bcd 碼形式輸出， 選用顯示譯碼電路將計數(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，選用cd4511 作為顯示譯碼電路， 選用 led 數(shù)碼管作為顯示單元電路。 一個 cd4511和一個 led 數(shù)碼管連接成一個cd4511驅(qū)動電路，數(shù)碼管可從 0-9 顯示，以次來檢查數(shù)碼管的好壞。如圖2；cd4511 是一個用于驅(qū)動共陰極led 數(shù)碼管顯示器的bcd 碼七段碼譯碼器。圖 1 是 cd4511 引腳圖；圖中 bi：4 腳是消隱輸入控制端，當bi=0 時不顯示數(shù)字。lt：3 腳是測試輸入端，

4、當bi=1，lt=0 時，譯碼輸出全為1，七段均發(fā)亮，顯示 “8”。 le：鎖定控制端，當le=0 時，允許譯碼輸出。le=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在le=0 時的數(shù)值。 1、2、6、7為 8421bcd 碼輸入端。 9-15 腳為譯碼輸出端， 輸出為高電平 1 有效。 8 和 16分別接地和 +vcc。cd4511 的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。表1 是 cd4511 的功能真值表：圖 1 cd4511 引腳圖表cd4511 的功能真值表le bi lt d c b a a b c d e f g 顯示x x 0 x x x x 1 1 1

5、1 1 1 1 8 x 0 1 x x x x 0 0 0 0 0 0 0 滅0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 3 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 6 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1

6、 1 1 1 8 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 9 圖 2 顯示電路（2）電源電路本電路為 +5v直流穩(wěn)壓電源， 它由變壓器輸出 12v交流電到輸出端， 再經(jīng)過電源轉(zhuǎn)化成 5v直流電，電路主要功能是為整個設計電路供電。7805 是個三端穩(wěn)壓管，+5v 電壓輸出，有穩(wěn)壓取樣放大電路，保護電路過流、過壓、過熱，輔助電路，電流源等功能。電路如圖2 所示。圖 3 電源電路（3）振蕩電路振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768hz 的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。一般輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩器

7、電路通常有兩類，一類是用 ttl 門電路構成； 另一類是通過 cmos 非門構成的電路， 本次設計采用了后一種。由 cmos 非門與晶體、電容和電阻構成晶體振蕩器電路，u2 實現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電阻 r1 為非門提供偏置， 使電路工作于放大區(qū)域， 即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容c1、c2 與晶體構成一個諧振型網(wǎng)絡，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個180 度相移，從而和非門構成一個正反饋網(wǎng)絡，實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準確。電路如圖4：圖 4 振蕩電路（4）整點

8、報時電路一般時鐘都應具備整點報時電路功能，即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會自動報時，以示提醒。其作用式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，較復雜的也可以是實時語音提示 .。根據(jù)要求，電路應在整點前10 秒鐘內(nèi)開始整點報時，即當時間在 59 分 50 秒到 59 分 59 秒期間時，報時電路報時控制信號。報時電路選 74as32 ，選蜂鳴器為電聲器件。圖5 即為整點報時電路：圖 5 報時電路（5)校時電源電路當重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進行校正，通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)

9、入正常計時狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應具有時、分、秒校正功能。因此，應截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中，圖6 所示即為校時電路。圖 6 校時電路三、主要元器件清單1、電子時鐘顯示電路： led數(shù)碼管 6 個、撥動開關 3 個、470電阻 43個、3k電阻 3 個、74ls08 ，cd4069 ，cd4518 ，cd4511集成塊各 6 個、導線若干。2、電源電路：整流二極管5 個、0.1uf2只、10 uf 、1000 uf 各一只、 led發(fā)光二極管、 2k 電阻、 lm7805 各一個。3、振蕩電路： cd4060，74ls74 集成

10、塊各一塊、 10m 電阻 14 個、20 uf 電容 2 個、導線若干。4、報時電路： 74as32 ，74ls11集成塊各 2 個、74as30一個、蜂鳴器一個，導線若干。四、設計體會設計過程中遇到的問題及其解決方法：在檢測 cd4511 驅(qū)動電路的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示的狀況，經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)主要是由于接觸不良的問題，其中包括線的接觸不良和芯片的接觸不良。在實驗過程中，數(shù)碼管有幾段二極管時隱時現(xiàn)，有時會消失，用5v 電源對數(shù)碼管進行檢測，一端接地，另一端接觸每一段二極管，發(fā)現(xiàn)二極管能正常顯示的，再用萬用表歐姆檔檢測每一根線是否接觸良好，在檢測過程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時能接通，有時不能接通，把接

11、觸不好的線重新接過后發(fā)現(xiàn)能正常顯示了。其次是由于芯片接觸不良的問題，用萬用表歐姆檔檢測有幾個引腳本該相通的地方卻未通，而檢測的導線狀況良好，其解決方法為把cd4511 的芯片拔出，根據(jù)孔的的狀況重新調(diào)整其引腳，使其正對于孔，再用力均勻地將芯片插入面包板中。此后發(fā)現(xiàn)能正常顯示，本次實驗中還發(fā)現(xiàn)一塊壞的led 數(shù)碼管和兩塊壞的 cd4511 ，經(jīng)更換后均能正常顯示。在連接晶振的過程中，晶振無法起振。在排除線與芯片的接觸不良問題后重新對照電路圖，發(fā)現(xiàn)是由于12 腳未接地所至。在連接六進制的過程中，發(fā)現(xiàn)電路只能4、5 的跳動，后經(jīng)發(fā)現(xiàn)是由于接到與非門的引腳接錯一根所至，經(jīng)糾正后能正常顯示。在連接校正電

12、路的過程中， 出現(xiàn)時和分都能正常校正時， 但秒?yún)s受到影響，特別時一較分鐘的時候秒亂跳，而不校時的時候，秒從40 跳到 59，然后又跳回 40，分和秒之間無進位， 電路在時 ,分,秒進位過程中能正常顯示， 故可排除芯片和連線的接觸不良的問題。經(jīng)檢查，校正電路的連線沒有錯誤，后用萬用表的直流電壓檔帶電檢測秒十位的qa,qb,qc 和 qd 腳，發(fā)現(xiàn) qa 腳時有電壓時而無電壓，再檢測秒到分和分到時的進位端，發(fā)現(xiàn)是由于秒到分的進位未拔掉所至。在設計電路中，往往是先仿真后連接實物圖，但有時候仿真和電路連接并不是完全一致的，例如仿真的連接示意圖中，往往沒有接高電平的16 腳或 14腳以及接低電平的7 腳或 8 腳，因此在實際的電路連接中往往容易遺漏，因此仿真圖和電路連接圖還是有一定區(qū)別的。在設計電路的連接圖中出錯的主要原因都是接線和芯片的接觸不良以及接線