数字钟论文Word文档格式.docx

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1.主要内容：

①用CC4518双四位BCD同步加计数器设计60秒、60分、24小时归0

的计数电路

②用CC4511七段译码驱动/锁存器及LG5011AH共阴数码管设计译码及显示电路（数码管需加限流电阻）

③用555设计CP脉冲源（f=1KH）

④具有系统校准功能

2.整体电路原理图

60秒、60分、24小时----计数、译码、显示电路

3.EWB仿真图

4.设计原理图

用PROTEL99设计原理图

5.设计PCB版图

用PROTEL99设计PCB板图

6.功能扩展要求

设计：

①定点报时功能②12小时归1计数电路

指导教师签字：

年月日

摘要：

主要技术路线：

用自己所学的数电知识，利用4518编码器生成出60和24进制的计数器,然后利用4511解码器进行EWB输出仿真；

利用所设计的EWB原理图在protel软件中生成PCB电路板，最后生成电路板动手焊接，完成制作。

系统设计特点：

该电子钟利用了D触发器和与门的结合解决了初始状态下地位不是0的情况，并且利用了“555振荡器”代替了一般的晶振。

最终实现的功能；

①基本功能

实现60秒、60分、24小时的计数、译码、显示；

具有校准功能；

自带秒脉冲信号发生器

②扩展功能

定点报时

闹时控制

仿广播电台整点报时

自动报整点时

③提高功能

小时的计数要求为“12归1”

关键词：

24进制60进制CC4518CC451112归一

目录

1设计说明书

1.1技术指标............................................................................................................6

1.1.1基本功能.......................................................................................................6

1.1.2扩展功能.......................................................................................................6

1.1.3提高功能.........................................................................................................6

1.2功能要求............................................................................................................6

1.2.1主体电路..........................................................................................................6

1.2.2扩展电路..........................................................................................................7

1.3器件要求...............................................................................................................7

2设计步骤

2.1方案确定..............................................................................................................7

2.2秒脉冲发生器..................................................................................................8

2.2.1555构成多谐震荡器.......................................................................................8

2.2.2555构成多谐震荡器电路图...........................................................................9

2.3秒、分、小时计数电路.................................................................................9

2.3.1cc4518功能介绍..............................................................................................9

2.3.2cc4518构成60、24进制计数单元电路原理.................................................9

2.4译码、显示电路................................................................................................10

2.4.1cc4511功能介绍............................................................................................10

2.4.2LG5011AH共阴数码管................................................................................11

2.4.360进制技术、译码、显示单元电路..............................................................12

2.2.424进制技术、译码、显示单元电路...............................................................12

2.5校时电路............................................................................................................13

2.6扩展功能............................................................................................................13

2.6.1闹时功能........................................................................................................13

2.6.2定时报时电路................................................................................................13

2.7系统整体仿真图..............................................................................................14

2.7.1设计原理图....................................................................................................14

2.7.2设计PCB版图..............................................................................................14

2.7.3整体原理电路图...........................................................................................14

2.8焊接板电路分析................................................................................................14

2.8.1石英晶体振荡器..............................................................................................14

2.8.2晶振构成秒脉冲发生器..................................................................................15

2.8.3二极管与门工作原理......................................................................................16

2.8.4发光二极管工作原理......................................................................................16

2.8.5整流桥部分工作原理......................................................................................17

2.9电路原件清单...............................................................................................18

2.9.1主板元件清单................................................................................................18

2.9.2副版元件清单................................................................................................18

3焊接与调试............................................................................................................19

3.1系统软件仿真、硬件安装、调试遇到的问题.....................................................19

3.2记录问题现象、分析存在的原因.........................................................................19

3.3说明排除方法和效果.............................................................................................19

4实验总结....................................................................................................................20

参考文献....................................................................................................................20

附录.............................................................................................................................21

实验心得....................................................................................................................26

1.1技术指标

1.1.1基本功能

实现60秒、60分、24小时的计数、译码、显示；

具有校准功能

1.1.2扩展功能

定点报时

仿广播电台整点报时

自动整点报时

1.1.3提高功能

小时的计数要求为“12归1”

1.2功能要求

1.2.1主体电路

图1.2.1主体电路思想

1.2.2扩展电路

图1.2.2

（2）扩展电路

其中在主板电路中的秒脉冲信号发送到扩展电路的钟的分频电路中。

1.3器件要求

计数电路：

用CC4518计数器

译码电路：

用CC4511译码

显示电路：

用LG5011AH共阴数码管

秒脉冲信号发生器：

用555多谐振荡器（用发光二极管作输出显示）

2.1方案确定

图2.1方案确定思想构架

2.2秒脉冲发生器

2.2.1555构成的多谐震荡器

555芯片介绍

1GND 

2触发3输出 

4复位 

5控制电压 

6门限（阈值） 

7放电 

8Vcc 

2.2.2555构成多谐震荡器电路图

参数计算：

f=1HZR1=285KΩ

R2=500KΩC1=0.01μF

C2=1μFtw1=

Tw2=T=1s

图2.2.2多谐震荡电路

2.3秒、分、小时计数电路

2.3.1CC4518功能介绍

用CC4518构成60、24进制计数电路，然后级联组成时、分、秒整体计数电路

4518真值表

CL

EN

R

功能

↑

1

加计数

↓

×

不变

Q3~Q0=0

图2.3.1CC4518管脚图

2.3.2CC4518构成60、24进制计数单元电路原理

图2.3.1

（2）60进制计数单元电路图

工作原理

根据4518的功能表，当CP0处于上升沿、CP1A处于0时和清零端MRA处于0时，4518能正常从零开始计数。

当低位向高位进位时，低位向高位的进位脉冲，用03A的下降沿接CP1B端，同时用有2个管脚与门连接00A、03A，输出端接CP0B端，这样当低位到9时，能自动向高位进1。

当计数器到59时，用有2个管脚的与门连接高位的01B和02B为下一个4518提供脉冲，同时把输出端接清零端MRA，使得4518计数到59自动清零，从而使下一个输出为00。

图2.3.1（3）24进制计数单元电路图

当计数器到24时，用有3个管脚的与门连接低位的00A、02A和高位的01B，输出端接清零端MRA，使得4518计数到24自动清零，从而使下一个输出为00.

2.4译码、显示电路

2.4.1cc4511功能介绍

CC4511实现译码

显示

输入

输出

LE

BI

LT

D

C

B

A

a

b

c

d

e

f

g

2

3

4

5

6

7

8

9

cc4511真值表

LE：

锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时译码器是锁定保持状态，cd4511输出被保持在LE=0时的数值。

A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。

a、b、c、d、e、f、g：

为译码输出端，输出为高电平1有效。

BI：

4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均

图2.4.1cc4511管脚图处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。

LT：

3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入 

DCBA 

状态如何，七段均发亮，显示“8”。

它主要用来检测数码管是否正常。

2.4.2LG5011AH共阴数码管

该共阴极数码管和CC4511相连，相对应的abcdefg连在一起，而8管脚不连，3管脚接地。

图2.4.2LG5011AH管脚图图2.4.2

（2）LG5011AH内部结构图

图2.4.2

（2）表示出了LG5011AH内部结构图由8个二极管所连接，A~G控制数字“8”而DP则控制小数点。

2.限流电阻计算：

数码管的工作电压为UＤ（手册数据），工作电流为I（手册数据），译码器输出的高电平Ua~g，则限流电阻上的电压应该为U－UＤ，限流电阻阻值：

R　＝（Ua~g－UＤ）／I

2.4.360进制技术、译码、显示单元电路

图2.4.360进制计数、译码、显示单元电路

2.4.424进制计数、译码、显示单元电路

图2.4.3

（2）24进制计数、译码、显示单元电路

2.5校时电路

S1

S2

计数

校分

校时

校时脉冲

1HZ

快校时

单次脉冲

慢校时

图2.5校时电路

2.6扩展功能

2.6.1闹时功能

图2.6.1闹时功能电路

工作原理：

例如:

上午7点59分发出闹时信号，持续1分钟。

7点59分的对应的数字钟的状态分别为0111十个位/0101分十位/1001分个位

闹时控制信号K=（Q2Q1Q0）（Q2Q0）（Q3Q0）=1

2.6.2定时报时电路

图2.6.2定时报时原理图

74LS273是一种带清除功能的D触发器，1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，而74LS266里面是四个异或非门，266的一端连着CC4518的输出管脚，由图2.6.2可知闹钟定时可以精确到秒的十位，其工作原理为当先将时钟调制到用户想要的点数，然后按下开关，74LS373会自动锁存住这一时间，而当时钟下一次运行至这一时间时，三个CC4518会发出高电平信号，连同的74LS373也会发出高电平信号，通过266的与或非门后到达74LS21，而74LS21中全是与门，则最终输出高电平，经过三极管进行数模信号转换后到达扬声器发出声音。

2.7系统整体仿真图

2.7.1设计原理图（见附一）

2.7.2设计PCB版图（见附二）

2.7.3整体原理电路图（见附三）

2.8焊接板电路分析

2.8.1石英晶体振荡器

选用32768Hz的晶振构成振荡电路

晶体振荡管的工作原理：

图2.7.1晶体振荡管的工作原理

VCX由石英谐振器、变容二极管和振荡电路组成,通过控制变容二极管的电压来改变变容二极管的电容，从而“牵引”石英谐振器的频率，以达到频率调制的目的。

2.8.2晶振构成秒信号发生器

32768Hz晶振构成秒信号发生器，先经过CD4060的14级分频分出2Hz，

再经过CD4040的2分频分出秒脉冲。

分频原理：

Q4：

24=16

↓

Q14：

214=32768/2

RC振荡

晶体振荡

2.8.3.二极管与门工作原理

焊接板上的二极管与门电路可以大致表示成以下电路

图2.7.3二极管与门工作电路

这张电路图中，如果A或者B其中一个电压低于0.7V，此时任意一个二极管导通，电压钳位在0.7V，看表就知道，此时F点的输出电压为0.7V，也就是低电平，用0表示，如果当A、B两点的电压都等于3V的时候，此时两个二极和不导通，F点就输出高电平用1表示，F点接到计数器或者其它的元件上

12V是R与D1D2的电源，也为F点提供3.7V的电压

如果你需要F点输出高电平AB两点可接5V正极，如果你需要F点输出低电平，那么就5V负极，F点接你后面的驱动电路。

2.8.4发光二极管工作原理

发光二极管简称为LED。

由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而