EDA时钟设计报告.docx

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EDA时钟设计报告

信息与电气工程学院

课程设计说明书

（2006/2007学年第2学期）

课程名称：

电子技术课程设计

题目：

多功能数字钟

专业班级：

电气及自动化05-03

学生姓名：

王振岳余凡安如君

区伟健段哲

学号：

指导教师：

郎利影

设计周数：

2周

设计成绩：

2007年7月7日

目录

一、电子技术课程设计的目的

二、电子技术课程设计的基本要求

三、设计内容及设计方案

四、设计方案及工作原理

五、电路器件选择

六、总框图和总原理图

七、PCB版图绘制和元件清单

八、安装与调试、性能测试与分析

九、心得体会

十、参考文献

多功能数字钟

一、电子技术课程设计的目的

20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高。

电子技术基础（数字部分和模拟部分）作为高等院校电子信息工程类大学生的重要专业基础课程之一，对电子技术基础课程掌握程度的好坏影响着今后专业课的学习。

经过了一学期的学习，学生们已基本具备了一些电子技术的基础知识。

信电学院特别开设了电子技术课程设计，为了让学生能将理论和实践相结合，真正能把知识运用到实际的设计中去，同时也可以激发同学学习的积极性，培养他们的创新意识，符合国家培养“创新型人才”和建设“创新型社会”的基本思路。

二、电子技术课程设计的基本要求

本系统采用555多谐振荡器、分频器、计数器、显示器和校时电路组成。

由LED数码管来显示译码器所输出的信号，采用了CD和74LS系列中小规模集成芯片，并由学生自己设计校时电路。

总体方案设计由主体电路和扩展电路两大部分组成。

其中主体电路完成数字钟的基本功能,扩展电路完成数字钟的扩展功能。

论文安排如下：

1、绪论阐述研究电子钟所具有的现实意义。

2、设计内容及设计方案论述电子钟的具体设计方案及设计要求。

3、单元电路设计、原理及器件选择说明电子钟的设计原理以及器件的选择，主要从石英晶体振荡器或555多谐震荡器、分频器、计数器、显示器和校时电路五个方面进行说明。

4、绘制整机原理图，完成该系统的设计、安装、调试工作全部完成。

三、设计内容及设计方案

（一）设计内容要求

1、设计一个有“时”、“分”、“秒”（23小时59分59秒）显示且有校时功能的电子钟。

2、用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验箱上进行组装、调试。

3、画出框图和逻辑电路图。

4、功能扩展：

（1）闹钟系统

（2）整点报时。

在59分50秒开始输出500Hz音频报时信号，在00分00秒时，输出1000Hz的

（3）日历系统。

四、设计方案及工作原理

数字电子钟的逻辑框图如图1所示。

它由555多谐振荡器、分频器、计数器、译码器显示器和校时电路组成。

振荡器产生稳定的高频脉冲信号,作为数字钟的时间基准,然后经过分频器输出标准秒脉冲。

秒计数器满60后向分计数器进位,分计数器满60后向小时计数器进位,小时计数器按照“24翻1”规律计数。

计数器的输出分别经译码器送显示器显示。

计时出现误差时,可以用校时电路校时、校分。

图1数字电子钟逻辑框图

分计数器

校时

五、电路器件选择

（一）电路器件

直流稳压电源一台、数字万用表一只、CD4510九只、CD4511六只、LED显示器六只、单刀双置开关两只、LE5551只、蜂鸣器1只；数字实验箱；电阻、电容若干。

（二）555定时震荡器

振荡器是计时器的核心，其作用是产生一个标准频率的脉冲信号。

振荡频率的精度和稳定度决定了数字钟的质量。

图采用集成电路555定时器与RC组成T=1ms的多谐振荡器。

输出的脉冲频率为f=1kHZ,周期。

输入

输出

阀值输入（V11）

触发输入（V12）

复位（Rd）

输出（Vo）

三级管T

X

X

0

0

导通

<2/3Vcc

<1/3Vcc

1

1

截止

>2/3Vcc

>1/3Vcc

1

0

导通

<2/3Vcc

>1/3Vcc

1

不变

不变

5.1K+5V

R184

73

5.1KR261KHZ

0.01uf

0.1ufC11

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

2

0

0

1

0

0

0

1

0

3

0

0

1

1

0

0

1

1

4

0

1

0

0

0

1

0

0

5

0

1

0

1

1

0

0

0

6

0

1

1

0

1

0

0

1

7

0

1

1

1

1

0

1

0

8

1

0

0

0

1

0

1

0

9

1

0

0

1

1

1

0

0

（三）分频器

1、8421码制,5421码制

用四位二进制码的十六种组合作为代码，取其中十种组合来表示0-9这十个数字符号。

通常，把用四位二进制数码来表示一位十进制数称为二-十进制编码，也叫做BCD码，见表1。

表1

8421码和5421码

2、分频器的具体工作原理

由于555多谐振荡器产生的频率很高，此电路输出选为1000HZ。

要得到秒脉冲，需要用分频电路。

例如，振荡器输出1000HZ的信号，通过三个十进制同步加减计数器（CD4510）分频变成1Hz

CD4510

图3分频电路

（四）计数器

秒脉冲信号经过6级计数器，分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时。

“秒”、“分”计数器为60进制，小时为24进制。

1、60进制计数器

（1）计数器按触发方式分类

计数器是一种累计时钟脉冲数的逻辑部件。

计数器不仅用于时钟脉冲计数，还用于定时、分频、产生节拍脉冲以及数字运算等。

计数器是应用最广泛的逻辑部件之一。

按触发方式，把计数器分成同步计数器和异步计数器两种。

对于同步计数器，输入时钟脉冲时触发器的翻转是同时进行的，而异步计数器中的触发器的翻转则不是同时。

（2）60进制计数器的工作原理

“秒”计数器电路与“分”计数器电路都是60进制，它由一级10进制计数器和一级6进制计数器连接构成，如图4所示，采用两片中规模集成电路CD4511串接起来构成的“秒”、“分”计数器。

CD4511引脚图

逻辑功能见表：

8421BCD码对应的显示见下图  ：

选用共阴极数码管，对于CD4511，它与数码管的基本连接方式如下图：

（图4）60进制计数电路

74LS04——非门

74LS00——二输入与非门

74LS04的引脚排列图

74LS00的引脚排列图

3B

3B

3A

VCC

3Y

3B

3A

VCC

2A

2Y

2B

2A

1Y

1B

1A

VCC

1A

3A

1B

3B

1Y

3Y

2A

4A

2B

4B

2Y

4Y

GND

（五）译码与显示电路

1、显示器原理（数码管）

数码管是数码显示器的俗称。

常用的数码显示器有半导体数码管，荧光数码管，辉光数码管和液晶显示器等。

本设计所选用的是半导体数码管，是用发光二极管（简称LED）组成的字形来显示数字，七个条形发光二极管排列成七段组合字形，便构成了半导体数码管。

半导体数码管有共阳极和共阴极两种类型。

共阳极数码管的七个发光二极管的阳极接在一起，而七个阴极则是独立的。

共阴极数码管与共阳极数码管相反，七个发光二极管的阴极接在一起，而阳极是独立的。

当共阳极数码管的某一阴极接低电平时，相应的二极管发光，可根据字形使某几段二极管发光，所以共阳极数码管需要输出低电平有效的译码器去驱动。

共阴极数码管则需输出高电平有效的译码器去驱动。

LED数码管内外结构图及管脚分布图

2、译码器原理

译码为编码的逆过程。

它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。

实现译码的逻辑电路成为译码器。

译码器输出与输入代码有唯一的对应关系：

CD4511是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，表2列出了CD4511的真值表，表示出了它与数码管之间的关系

CD4511

AA

BB

CC

DD

LTE

BIF

LEG

713

112

211

610

39

415

514

表2

Inputs

Outputs

LE

BI

LT

DCBA

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

abcdefg

Display

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1111111

1000000

1111110

0110000

1101101

1111001

0110011

1011011

0011111

1110000

1111111

1110011

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

B

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

（1）LT（——）：

试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。

当LT（——）=0时，无论输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。

（2）BI（—）：

灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。

BI（—）=0时。

不论LT（——）和输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极数码管熄灭。

（3）RBI（——-）：

灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。

当对每一位A3=A2=A1=A0=0时，本应显示0，但是在RBI（——-）=0作用下，使译码器输出全为高电平。

其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。

（4）RBO（———）：

灭零输出，它和灭灯输入BI（—）共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。

3、译码器与显示器的配套使用

译码是把给定的代码进行翻译，本设计即是将时、分、秒计数器输出的四位二进制数代码翻译为相应的十进制数，并通过显示器显示，通常显示器与译码器是配套使用的。

我们选用的七段译码驱动器（74LS47）和数码管（LED）是共阳极接法（需要输出低电平有效的

译码器驱动）。

译码显示电路如图9所示。

QAQBQCQDQAQBQCQD

LT

BI/RBO74LS248

RBIabcdefg

LT

BI/RBO74LS248

RBIabcdefg

1

1

abcdefg

faaaab

g

ec

dLC5011llc5011

abcdefg

fb

ec

dLC5011LCL

LCLLLC5011LC5011LC5011LLLLLLLLLC5LLLLC50LLC5011

a

a

g

g

图6

（图9）译码显示电路

（六）、校时电路

当接通电源或计时出现误差时，都需要对时间进行校时。

校正电路如图所示，K1、K2分别为时校正、分校正开关。

不校正时，K1、K2开关是闭合的。

当对时校正时，把K1打开，用手拨动开关K3，来回拨动，就能使十位增加1。

根据需要开关的次数，校正完毕后把K1开关合上，校正分位同相

10K

（七）报时器

报时电路

（八）总框图和原理图

1.总框图

分计数器

校时

2.总原理图

74LS90（3）

Q0

Q3

74LS90

（2）

Q0

Q3

Q0

74LS90

（1）

Q3

Q3Q2Q1Q0

Q3Q2Q1Q0

Q3Q2Q1Q0

Q3Q2Q1Q0

74LS90（4）

74LS90（5）

74LS92

（2）

74LS92

（1）

9

1

9

14

12

11

9

15

CPB

CPA

D3D2D1D0GCP

1Q

1RD

1CP

5

&

&

LD

74LS191

74LS74

1Q

38

38

38

38

38

38

BS2026

ga

ga

ga

ga

ga

ga

&

&

&

&

&

1Hz

10Hz

74LS48（6）

A3A2A1A0

74LS48（4）

74LS48（3）

74LS48

（2）

74LS48

（1）

74LS48（5）

Q3Q2Q1Q0

4

14

1

10

9

11

1D

＋5V

3.3k

1

3

2

5

3

2

6

7

&

&

1

1

U/D

R0

（1）

R9

（1）

R0

（1）

CPB

CPA

R0

（1）

CPB

CPA

R9

（1）

R0

（1）

CPB

CPA

A3A2A1A0

A3A2A1A0

A3A2A1A0

A3A2A1A0

A3A2A1A0

7

1

2

6

R9

（1）

R0

（1）

CPB

CPA

R9

（1）

R0

（1）

CPB

CPA

R9

（1）

R0

（1）

CPB

CPA

6

2

1

14

11

12

＋5V

500Hz

1kHz

1Hz

0.01F

校时脉冲

S1

S2

0.01F

3.3k

秒十位

进位脉冲

分十位

进位脉冲

1

1

3.3k

3电路的工作原理

七.PCB版图绘制和元件清单

1PCB版图见附页

2元件清单

元件序号

数量

备注

R

47

电阻

C

7

电容

LC5011

6

七段显示器

CD4511

6

译码器

CD4510

9

计数器

74LS08

1

二输入端四与门

74LS00

2

二输入端四与非门

74LS04

1

六反相器

7805

1

三端稳压块

按钮开关

2

八、安装与调试、性能测试与分析

1使用的主要仪器和仪表直流稳压电源一台、数字万用表一只、CD4510九只、CD4511六只、LED显示器六只、单刀双置开关两只、LE5551只、蜂鸣器1只；数字实验箱；电阻、电容若干。

2调试电路的方法和技巧

九、结论与心得

1、总结设计电路的特点和方案的优缺点,指出课题的核心及实用价值,指出改进意见.

2、收获和体会

经过两星期的辛勤工作,让我们知道了许多的东西,也让我们了解了许多在书本上所学不到的知识和技能,这为我们在以后的工作起了非常重要的作用.

十、参考文献

[1]康华光.电子技术基础[M].北京:

高等教育出版社.1980

[2]赵保经.COMS集成电路[M].北京:

国防教育出版社.1996

[3]权明富,齐佳音,舒华英.客户价值评价指标体系设计[J].南开管理评论,2004,7（3）:

17-18.

课程设计

评语

课程设计

成绩

指导教师

（签字）

年月日