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1、课 程 设 计课程设计名称： 直流稳压电源及数字钟电路 专 业 班 级 ： 电子信息科学与技术 05 级 02 班 学 生 姓 名 ： 学 号 ： 指 导 教 师 ： 课程设计时间： 1 任务要求1“时”、“分”、“秒”用数码管实时显示；2具有校表功能；3. 24 小时为一个周期；24. 标准信号由基准振荡器产生。5画出框图、原理图和接线图，并在面包板上进行组装、调试。2 设计方案数字钟的构成图 1 数字钟的构成框图数字钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为 24 小时，显示满刻度为 23 时 59 分59 秒，另外应有校时功能等附加功能。因此，一个基本
2、的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”，校时电路和振荡器组成。干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器3来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用 60 进制计数器，每累计 60 秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用 60 进制计数器，每累计 60 分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用 24 进制计时器，可实现对一天 24 小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”
3、、“秒”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位 LED 七段显示器显示出来。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的。图 1 所示为数字钟的一般构成框图。1） 晶体振荡器电路晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的 32768Hz 的方波信号。2） 分频器电路分频器电路将 32768Hz 的高频方波信号经 32768（ ）次分频152后得到 1Hz 的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。3） 时间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、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
4、60 进制计数器，时个位和时十位计数器为24 进制计数器。4） 译码驱动电路译码驱动电路将计数器输出的 BCD 码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。45） 数码管数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计用 LED 数码管。6） 直流稳压电源在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。它是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。本设计采用的直流稳压电源，输入为 220V 的交流电，输出为 5V 左右的稳定电压。3 详细设计数字钟的工作原理1） 晶体振荡器电路晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定
5、。图 2 所示晶体振荡电路，这个电路中，晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路。电容 C1、C 2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个 180 度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确晶体的频率选为 32768Hz。该元件专为数字钟电路而设计，其频率较低，有利于减少分频器级数。其中 C1的值取 520 pF，C 2为30pF。C 1作为校正电容可以对温度进行补偿，以提高频率准确度和稳定度。由于电路的输入阻抗极高，因此反馈电阻 R1可选为1M10M。5本设计中取 10M。较高的反馈电阻
6、有利于提高振荡频率的稳定性。图 2 晶体振荡器电路2） 分频器电路因为，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到Hz 的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。本设计用一个 14级 2 进制计数器和一个 1 级 2 进制计数器来实现。2 进制计数器我们采用 CD4013B。它是由两个相同的、独立的数据型触发器组成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和 Q 和 输出。在时钟脉冲正变化沿时预置在 D 输入的逻辑电平 Q转换至 Q 输出。时钟置位和复位是独立的，分别通过在置位或复位线上高电平完成。图 3 是 CD4013B 的管脚图。6图 3 CD4013B 的管脚图本设计中采用 CD
7、4060 来构成 14 级分频电路。图 4 是 CD406 的管脚图 。C D4060 在数字集成电路中可实现的分频次数最高。CD4060 计数为 14级 2 进制计数器，可以将 32768Hz 的信号分频为 2Hz。12 号管脚 R是复位清零端，高电平有效。在 CP1（CP 0）每个负变换计数器前进一个二进制数。从 3 号管脚出来的频率就是 2Hz。图 4 是 CD4060 的管脚图3） 时间计数单元7时间计数单元有时、分、秒计数等几个部分。时计数单元一般为 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
8、用 10 进制计数器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 CD4518，图 5 为 CD4518 的管脚图。图 5 为 CD4518 的管脚图CD4518 是一只双 BCD10 进制计数器，它内含两个独立的计数单元，有两个计数脉冲输入端，上升沿触发端 CP 和下降沿触发端 ，若用 ENCP 来触发，则 接高电平；若用 来触发，则 CP 接高电平。有 4 EN EN个输出端 Q4 Q1，一个清零端 R，加高电平计数器清零，各输出端为 0。4） 译码显示CD4511 是将锁存、译码、驱动三种功能集于一身的“三合一”电路。锁存器的作用是避免在计数过程中出现跳数现象，便于观察和记录。
9、译码器将 BCD 码转换成 7 段码，再经过大电流反相器，驱动共阴极 LED 数码管。译码器属于非时序电路，其输出状态与时钟8无关，仅取决于输入的 BCD 码。CD4511 的管脚图如图 6 所示, DA为 BCD 码输入端, ag 是 7 笔段输出端. 4 个输入端 A、B、C、D 分别与计数器 CD4518 的 Q1 Q4 端相连。7 个笔段输出端 ag 分别与数码管的 7 个输入端相连。这样我们就可以在数码管上看到时间了。数码管是由八只发光二极管组成（其中一只显示小数点）。工作时，要求发光二极管的公共阴极接地。当某一发光二极管阳极加上高电平时，相应的发光二极管导通，这一段（或点）就会发光
10、。若要显示十进制数的十个数码 09，只要在相应的字段阳极上加上高电平即可。为限制个发光二极管的电流，可在它们的公共阴极上串联一只 300 左右的限流电阻。图 6CD4511 管脚图5） 调校电路调校电路我们用两个四脚开关、电阻和与非门组合电路来实现。具体电路见数字电子钟整机电路图。6） 电源电路本电路要求用 220V 的交流电供电。而我们的数字钟电路需要的是 318V 的直流稳定电压，一般在 5V 左右。这就要求我们设计一个9直流稳压电源，使输入为 220V 的交流电，输出为 5V 左右的直流稳定电压。其电路图见附图 7。图 7 直流稳压电源220V 的交流电网电压 u1 经过变压器变成整流电
11、路要求的交流电压 u2,其中整流电路是由四个二极管组成的桥式电路。u2 经过整流电路输出的恒定直流分量 U=0.9U2,然后通过一个电容进行滤波。虚线框内是三端固定式集成稳压器 7806 输出固定电压的典型电路图，电路中接入电容 C2、C3 用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰，C4 是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的高频干扰。D 为保护二极管。经过稳压后，可在 1、2 端我们可得到 5.0V 的稳定电压，1 端送到译码电路作为电源。2 端送到其他电路作为电源。具体见整机电路图。4 调试分析第一个要调试的是直流稳压电源：当各个器件组装好接好电源测试
12、输出直流稳压电源时，发现输出结果为正 4.60V 和负 5.12V，显然是不对的。于是，开始检查电路，发现两个 1000 微法的电容的正负极接反了。改正以后，测试结果就变为输出正负都在 5V 左右。10第二个要调试的就是连接好的面包板上的数字钟：连接电源之后发现秒显示器走的很不稳定，有时快、有时慢，检查输入的秒脉冲连接的二分频 4013 的管脚连线，发现 4 和 6 未接地。接地之后，秒就正常显示了。校表时，发现校表电路没起作用，检查四脚开关，重新测试开关的四个脚，发现接的方法不对，调整之后就可以正常校表了。最后，发现最右端的显示器的 f 段不亮，有万用表检测发现是显示器内部的问题，还好不影响
13、结果。5 心得体会在开始设计前，我们先要掌握一些基本的知识：有到的芯片的管脚图、直流稳压电源的原理图等。我们通过查书、查资料学到了好多东西。然后我们着手开始设计数字钟的原理图。在这些基本的原理准备好之后，为了实践时的方便，我们利用原理图把数字钟的连线整机图画好。在此过程中，我们更加深刻的了解了芯片的原理和数字钟的原理设计。第一步是制作直流稳压电源：需要我们把电容、电阻、显示灯等器件按照原理图合理正确的焊接在实验办。第二步就是连线实践：在面包板上把各个芯片合理的分配位置，各个管脚连线要求走直道、尽量不交叉等。这在我们还是第一次，需要有很大的耐心。第三步就是调试分析。经过本次课程设计，我们不仅更加深刻的了解了我们的课程、掌握了知识，而且增强了我们的兴趣。我们也掌握了课程设计的流程，增强了我们实践动手的能力、理论联系实际的能力。116 参考文献1 阎石，数字电子技术基础（第四版），高等教育出版社，1998 年2 李振声，实验电子技术.国防工业出版社，2001 年3 任为民，电子技术基础课程设计，中央广播电视大学出版社，1997 年4 网络资源：浙江万里学院电子信息学院金雪同学的数字电子技术课程设计报告
