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1、1应用科技应用科技学院学院 电子电子技术技术课程设计课程设计报告报告设计题目：数字钟的设计与制作设计题目：数字钟的设计与制作专业班级：专业班级：1313 级级物联网工程物联网工程1 班班姓名：董晓娟姓名：董晓娟学号：学号：2013283532001220132835320012指导老师：指导老师：梅老师梅老师时间：时间：2015 年年 4 月月 26 日日 2015 年年 5 月月 15 日日地点地点：四教四教 4414 实验室实验室2目录目录1摘要3 2.概述.4 2.1 设计目的.4 2.2 设计要求4 2.3 设计指标5 2.4 设计内容及步骤5 3.数字钟的总体设计.9 3.1 电路工
2、作原理9 3.2 数码管低功耗循环显示模式控制电路的设计11 3.3 手动时间校准电路的设计13 4、主要元器件的选择及介绍13 4.1 所需元器件13 5、电路板的安装与调试17 5.1 电路板的安装17 5.2 调试中发现的问题与解决方法18 6.设计小结.1931摘要摘要数字电子钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。由振荡电路形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”“秒”的数字显示出来。秒计数器电路计满 60 后触发分计数器电路，分、计数器电路计满 60 后触发时计数器电路，当计满 24 小时后又开始下一轮的循环计数。一般由振荡电路、计数
3、器、数码显示器等几部分组成。 振荡电路：主要用来产生时间标准信号， NE555 组成的多谐振电路产生，由但是因为时钟的精度主要取决于时间标准信号的频率及稳定度，所以一般采用石英晶体振荡器。 分频器：因为振荡器产生的标准信号频率很高，要是要得到“秒”信号，需一定级数的分频器进行分频。 计数器：有了“秒”信号，则可以根据 60 秒为 1 分， 小时为 1 天的进制，24 分别设定“时”“分”“秒”的计数器，分别4为 60 进制，60 进制,24 进制计数器，并输出一分，一小时的进位信号。 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可以对分和时进行校时。2.概
4、述概述2.1 设计目的设计目的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，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。 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电路。 因此，我们此次设计与制作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.2.2 设计要求设计要求（1） 画出电路原理图； （2） 元器件及参数选择
5、；（3）制作要求 自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。 5（4）编写设计报告 写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会2.3 设计指标设计指标（1） 时间以 12 小时为一个周期；（2）显示时、分、秒； （3） 具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； （4） 为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。2.4 设计内容及步骤设计内容及步骤（1）设计逻辑框图及电路原理图 （2）常用电子仪表的使用及注意事项（这里主要介绍万用表的使用及注意事项） 数字万用表由于具有测量精确、取值方便、功能齐全等优点，因此深受无线电爱好者的欢迎、最普通的数字
6、方用表一般具有电阻测量、通断声响检测、二极管正向导通电压测量。交流直流电压电流测量、三极管放大倍数及性能测量等。有些数字万用表则增加了电容容量测量、频率测量、温度测量、数据记忆及语音报数等功能，给实际检测工作带来很大的方便。但是，数字方用表由于使用不当，在实际检测时易造成表内元件损坏，产生故障。本人根据在课程设6计中造成数字万用表损坏的实际情况，总结出数字万用表在使用中的注意事项如下： 数字万用表损坏在大多数情况下是因测量档位错误造成，如在测量交流市电时，测量档位选择置于电阻挡，这种情况下表笔一旦接触市电，瞬间即可造成万用表内部元件损坏。因此，在使用万用表测量前一定要先检查测量档位是否正确。在
7、使用完毕，将测量选择置于交流 750V 或者直流 1000V 处，这样在下次测量时无论误测什么参数，都不会引起数字万用表损坏 有些数字万用表损坏是由于测量的电压电流超过量程范围所造成的如在交流 20V 档位测量市电，很易引起数字万用表交流放大电路损坏，使万用表失去交流测量功能。在测量直流电压时，所测电压超出量量程，同样易造成表内电路故障。在测量电流时如果实际电流值超过量程，一般仅引起万用表内的保险丝烧断，不会造成其它损坏。所以在测量电压参数时，如果不知道所测电压的大致范围，应先把测量档置于最高档，通过测量其值后再换档测量，以得到比较精确的数值。如果所要测量的电压数值远超出万用表所能测量的最大量
8、程，应另配高阻测量表笔。如检测黑白彩电的第二阳极高压及聚焦高压。 多数数字万用表的直流电压上限量程为 1000V，因此测量直流电压时，最高电压值在 1000V 以下，一般不会损坏万用表。如果超出 1000V，则很有可能造成万用表损坏。但是，不同的数字万用表的可测量电压上限值可能有所不同。如果测量的电压超出量程，可采取电阻降压的方法加以测量。另外，在测量 40O1000V 的直流7高电压时，表笔与测量处一定要接触好，不能有任何抖动，否则，除了可能会造成万用表损坏而使测量不准确外，严重时还可使万用表无任何显示 在测量电阻时，应注意一定不要带电测量。 （3）常用电子元件的认识及测量（这里主要介绍色环
9、电阻及电位器、电解电容、整流桥、三端稳压片等电子元件） 1）色环电阻及电位器 带有四个色环的其中第一、二环分别代表阻值的前两位数；第三环代表倍率；第四环代表误差。快速识别的关键在于根据第三环的颜色把阻值确定在某一数量级范围内，例如是几点几 K、还是几十几 K 的，再将前两环读出的数“代“进去，这样就可很快读出数来。下面介绍掌握此方法的几个要点：熟记第一、二环每种颜色所代表的数。可这样记忆：棕 1，红 2，橙 3，黄 4，绿 5，蓝 6，紫7，灰 8，白 9，黑 0当第二环是黑色时，第三环颜色所代表的则是整数，即几，几十，几百 k 等，这是读数时的特殊情况，要注意。例如第三环是红色，则其阻值即是
10、整几 k 的。记住第四环颜色所代表的误差，即：金色为 5；银色为 10；无色为 20。 2）电解电容 有的点解电容在电容的表面标有“”号，即是为负极，另一边则为正极 不知道极性的电解电容可用万用表的电阻挡测量其极性。我们知道只有电解电容的正极接电源正（电阻档时的黑表笔），负端接电源负（电阻挡时的红表笔）时，电解电容的漏电流才小8（漏电阻大）。反之，则电解电容的漏电流增加（漏电阻减小）。测量时，先假定某极为“+”极，让其与万用表的黑表笔相接，另一电极与万用表的红表笔相接，记下表针停止的刻度（表针靠左阻值大），然后将电容器放电（既两根引线碰一下），两只表笔对调，重新进行测量。两次测量中，表针最后停
11、留的位置靠左（阻值大）的那次，黑表笔接的就是 电解电容的正极。测量时最好选用 R*100或 R*1K 档。 对于电容的质量和大小，可用万用表的电容档直接测量或根据个人经验，这里不多解释. 3）整流桥 判别引脚极性（将数字万用表置于二极管档，把黑表笔固定接某一引脚，再用红表笔分别接触其余三个引脚，如果三次显示中两次为 0.50.7V，一次为 1.01.3V，则黑表笔所接的引脚则为全桥的直流输出端正极，另一端则必定是直流输出端负极，如果所得不是上述结果，可将黑表笔改换一个引脚重复以上测试步骤，直至得出正确结果为止）。判别性能（在上述判别引脚极性的测量中，任意相邻两引脚间（即任何一只二极管）的导通电
12、压应在0.50.7V 内，四只二极管的导通电压越接近越好，而在反偏测量时，仪表必须显示溢出符号“1”。对于全桥内部某只二极管的短路性故障，可采用如下技巧进行判别：红表笔接 d 端，黑表笔接 c 端，应显示 1.01.3V；测量 a、b 端两次（交换表笔）均应显示溢出符9号“1”。若所测结果与上述范围不符，则表明被测全桥内部必定有短路性故障）。3.数字钟的总体设计数字钟的总体设计3.1 电路工作原理电路工作原理4000 系列 CMOS 门电路芯片具有零静态功耗和电源电压范围宽（315V）、输出电压可以达到全摆幅、输入端几乎不取电流、抗干扰能力强、价格低廉等优点。一款由 4000 系列 CMOS
13、门电路芯片构成的“高精度低功耗低成本数字时钟”可使整机元器件成本降低到不足 15 元的水平，其电路原理框图、电路原理图和单面印制电路板（PCB）图（a a）电路原理框图电路原理框图10（b b）电路原理图）电路原理图（c）印刷电路板图图图 1 1 低功耗低成本的实用数字时钟低功耗低成本的实用数字时钟11分别如图 1（a）、（b）、（c）所示。从图 1（a）知，电路由 1HZ脉冲产生电路，60 分频的“秒/分” 计数电路、12 分频的“小时”计数、译码、驱动、显示电路，时间校准电路，数码管“小时/分”与“秒”循环显示控制及夜间工作在节电模式时的亮度自动控制电路等 6 部分组成。从图 1（b）知，
14、本设计使用芯片数最少、计时准确、动态显示的节电工作方式（耗电量仅为静态显示模式的1.8）、调试方便、时间校准方便。电路中的振荡器 XT 为目前多数石英晶体电子表中使用的频率为 215=32768HZ 的石英晶体，经IC2（CC4060）组成的 14 级 2 分频和 IC3A（CD4518）组成的一级 2分频后可得到 1HZ 的“秒”脉冲信号。它具有特别高的精度，误差为5ppm，24 小时计时误差小于 0.5 秒钟。60 进制的“秒”和”分”计数、译码、锁存、驱动及显示电路分别由 IC11（CD4033）、IC10（CD4033）、IC4A（CD4518）、IC5A（1/4CD4081）、数码管
15、DS5、DS6 和 IC8（CD4033）、IC9（CD4033）、IC4B（CD4518）、IC5B（1/4CD4081）、数码管 DS3、DS4 构成。12 进制的“小时”计数、译码、锁存、驱动及显示电路由 IC6（CD4033）、IC7（CD4033）、IC1（CD4518）、IC5C（1/4CD4081）和数码管DS1、DS2 构成。3.2 数码管低功耗循环显示模式控制电路的设计数码管低功耗循环显示模式控制电路的设计如图 1（b）所示，IC3B（CD4518）接收由 IC2 的 Q10 端输出的 32HZ 脉冲信号（T0.03 秒），当 t=1T 时，其 Q3Q2Q1=001，经12R
16、7 使 Q1（9013）管导通，DS1、DS2 管显示；同理当 t=2T 和 t=3T时，依次使 DS3、DS44 管和 DS5、DS6 管显示。通常数码管采用静态驱动方式时每个段码的驱动电流为 1015mA，按照每个数码管显示数字时平均为 5 个段码计算，则每个数码管的驱动电流为5075mA。6 个数码管同时显示需要 300450 mA 的驱动电流，所以市场上的 LED 数字钟一般采用交流供电方式。本设计在任一时刻只有 2 个数码管显示，可使 6 个数码管循环显示的供电电流降低到原来静态显示模式的 1/3，即为 100150 mA 的水平。光敏电阻 R1R6 分别为数码管 DS1DS6 夜间工作在节电模式时的亮度自动控制电路。光敏电阻可选用 MG41-22 或 M
