基于单片机实现的多功能数字钟毕业设计.docx
《基于单片机实现的多功能数字钟毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机实现的多功能数字钟毕业设计.docx（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
基于单片机实现的多功能数字钟毕业设计
电子技术综合设计
姓名：
学号：
专业：
电气工程及其自动化
题目：
多功能数字钟
专题：
电子技术综合设计
设计地点：
电工电子实验室
设计日期：
2011年10月
成绩：
指导教师：
2011年11月
设计日期：
2011年9月至2011年11月
设计专题：
电子技术综合设计
设计题目：
多功能数字钟
设计内容和要求：
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（用8K白纸手工画图）
3.EWB仿真图
60秒、60分、24小时----计数、译码、显示电路（计算机打印）
4.设计原理图
用PROTEL99设计原理图（计算机打印）
5.设计PCB版图
用PROTEL99设计PCB板图（计算机打印）
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：
2011年11月20日
摘要
数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的钟表。
实验用CC4518双四位BCD同步加计数器设计60进制，24进制计数器以实现60秒、60分、24小时归0的计数电路，CC4518为双位计数器，所以每个计数器分为十位和个位两部分，当秒计数器计数到60时向分计数器进位同时秒计数器归零，分计数器向时计数器工作原理同秒计数器，当时计数器计数到24时归零。
利用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）将时间的以显示。
用PROTEL99根据EWB中已经画好的仿真图进行相应的原理图绘制，当做完封装及检查无误后生成PCB板，完成整个电路软件方面的设计工作。
最后进行硬件的焊接。
先焊接具有计时、显示、校时功能的主板，之后焊接具有定点报时的扩展板，最终将主板与扩展板进行连接调试结束本次的电子综合设计实验。
关键词：
数字钟；EWB；PROTEL
1数字钟的基本组成及工作原理
数字钟的构成……………………………………………………………1
数字钟的工作原理………………………………………………………1
2数字钟的设计与制作
设计步骤与2.1.12.1.22.1.32.1.42.1.52.1.62.1.72.2.12.2.22.2.32.2.42.2.52.2.62.1.12.1.22.1.32.1.4
2.1.5
0”1”
数码管内部已将3端、8端连接在一起，所以使用时，3端接地，8端悬空）。
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
2.1.6整点报时电路
一般时钟都应具备整点报时电路功能，即在时间出现整点前数秒内，数字钟会自动报时，以示提醒。
其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波，较复杂的也可以是实时语音提示。
2.1.7秒脉冲发生器
555构成多谐振荡器（f=1HZ）
555芯片介绍
管脚图：
NE555功能表
555构成多谐振荡器电路图（f=1HZ）
参数计算
多谐振荡器的特点：
（1）不需外触发的自激振荡器；
（2）无稳定状态，均为暂稳态；
（3）矩形波中含有丰富的高次谐波，习惯称多谐振荡器。
工作原理
（1）Vcc通过R1、R2向C充电,在VC没有充电到2VCC/3之前,Vo保持1不变。
（2）当VC＝2VCC/3时→Vo由1翻转为0。
→T导通，→电容C经R2、T放电。
（3）当Vc降至VCC/3时，使得→Vo回到1，→T截止，→电容C再充电，进入循环
图555震荡电路波形图
数字钟仿真图
2.2.1cc4518功能
CC4518实现计数
芯片功能介绍
CC4518为双BCD加计数器，该器件由两个相同的同步4级计数器组成。
计数器为D触发器。
具有内部可交换CP和EN线，用于在始终上升沿或下降沿加计数。
在单个单元运算中，EN输入保持高电平，且在CP上升沿进位。
CR为高电平时，计数清零。
计数器在脉动模式可级联，通过将Q3链接至下一计数器的EN输入端实现级联。
同时后者的CP输入保持低电平。
管脚图
cc4518功能表
极限参数波形图
2.2.2cc4511功能
芯片功能介绍
CC4511是BCD-7段所存译码驱动器，在统一单片结构上由COMOS逻辑器件npn双极型晶体管构成。
这些器件的组合，使CC4511具有底静态耗散和高抗干扰及原电源电流高达25mA的性能。
由此可直接驱动led及其它器件。
LT,BI,LE端分别检测显示。
亮度调节，存储或选通—BCD码等功能。
当使用外部多路转换电路时，可多路转换和显示几种不同的信号。
管脚图
2.2.3数字钟电路原理图
2.2.4EWB仿真图
2.2.5数字钟电路Protel设计图
2.2.6设计PCB图
12归1电路
3数字钟的焊接及注意事项
焊接元件清单
序号
型号
参数
数量（个）
备注
1
集成芯片
CC4518
3
2
CC4511
6
3
CC4060
1
4
CC4040
1
5
芯片座
16P
11
6
数码管
LG5011AH
6
7
晶振
32768
1
8
三极管
PNP（1015）
1
9
发光二极管
φ5
4
10
二极管
IN4007
4
11
4148
6
12
电解电容
100uF／16V
5
13
电容独石
104
12
14
电阻1/4W
1MΩ
4
15
220KΩ
4
100KΩ
1
16
470Ω
42
17
220Ω
2
18
微动开关
6*6*6
4
19
稳压电源座
φ空心座
1
20
电路板
焊接注意事项
1.检查印刷线路板，是否有断线、短路等。
2.第一步焊IN4148二极管（黑圈为负极），IN4007（IN4002）二极管（白圈为负极），两个二极管要平行在一条线上。
3.第二步焊限流电阻，电阻黄色为有效环需放在上方，同时摆放要整齐。
（为了保护发光数码管防止电流过大而损坏数码管需加，电源电压低可以取值小些，电源电压高可以取值大些）。
4.第三步焊集成电路座，座的缺口为标志，方向应该在左边。
5.电解电容须分清正负极，长脚为正短脚为负，独石电容不分正负极。
6.发光二极管有正负极之分，长脚为正短脚为负,不要接反。
7.安插集成芯片时要看清候型号，注意芯片缺口方向应该在左边，缺口对应的左下方为1管脚。
8.开关（K1）调整秒，开关（K2）调整分，开关（K3）调整小时，开关K4为暂
停，通过调整使时钟的秒、分、时走时与标准时间同步。
9.芯片功能简介：
CC4518为双四位BCD同步加计数器；CC4511为七段译码驱动/锁存器；CC4060为二进制14位计数分频器；CC4040二进制12位计数分频器；LG5011AH为共阴数码管。
10.数字钟焊好通电检查，如果数码管不亮，需检查整个地线是否通、3号管脚是否接地
11.显示不正常，需要用万用表检查每个芯片的工作电源，（红表笔放在14管脚、黑表笔放在7管脚）。
安装调试
在进行整体电路连接之前，应对各部分的电路进行逐一安装和调试。
（一）晶体振荡器的安装和调试
振荡电路输出接发光二极管，观察发光二极管的显示情况。
（二）计数器的安装和调试
1.按电路连线，输出可接发光二极管。
观察在CP作用下（CP为1HZ，可由555振荡电路提供）输出端发光二极管的状态变化情况，验证是否为六十进制计数器。
2.调试过程中要注意以下几个问题：
（1）根据HEF4518的功能表，当触发脉冲由CP端输入时，EN端应接高电平，此时CP上升沿触发；当触发脉冲由EN端输入时，CP输入端接底电平，此时CP下降沿触发。
（2）Cr为异步复位端，高电平有效。
当Cr为高电平时，计数器复位，正常计数时，应使Cr=0。
（三）译码显示电路的安装和调试
按电路在实验板上连线。
它是由十进制加法计数器CC4518，BCD-7段锁存译码/驱动器CC4511和LED七段数码管组成。
观察在CP作用下数码管的显示情况。
需要注意的是，CD4511正常工作时，LT =BI应为高电平，LE应为底电平。
（四）校时电路的安装和调试
将555电路输出接发光二极管。
拨动开关，观察在CP〈1HZ〉作用下，输出端发光二极管的显示情况。
通过调节555电路的微调电位器来进行时钟频率调节,以至和北京时间一致即可。
4扩展功能
数字钟闹时电路
仿电台报时电路
定点报时电路
5总结及体会
经过长达两个星期的课程设计，最终完成了多功能数字钟的设计。
其间遇到了许多问题，但最后都能顺利得到解决，此次课程设计我感受很深。
本次电子技术综合设计所研究的多功能数字钟，具有时、分、秒的显示、校准，定点报时功能。
采用石英晶体振荡器通过分频得到秒脉冲，通过用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，对于重新接通电源或走时出现的误差，利用脉冲开关对时间进行调整，然后经过CC4511七段译码驱动/锁存器及LG5011AH共阴数码管构成的译码及显示电路将时间显示出来。
另外，还添加了定点报时功能，由74LS273实现。
在此次的数字钟设计过程中,首先我熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。
在连接六进制,十进制,六十进制的进位及十二进制的接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。
其次，熟练的掌握了EWB,PROTEL软件的使用，能够掌握元件的调用，如何在PROTEL中画封装，设置单面板，PCB布线等等。
在设计电路的连接图中出错的主要原因大都是接线的错误所引起的。
只要细心点就不容易出错。
然后在焊接扩展板时，布线的好坏对最后功能的实现也有一定的影响，这要求我们在焊接之前就将电路的轮廓有大致的排列，不要盲目的去焊，这样可以起到事半功倍的效果。
当管脚坐都固定好后，应先将Vcc和Gnd连接好，这样方便接下来电路的连线，使管脚不宜出错。
焊接时不要急，等电烙铁足够热时再焊，防止由于电烙铁与板接触的时间太长而导致焊盘的脱落。
这次实验的遗憾是扩展板没有实现功能，由于急于求成的原因，没将原理图研究清楚就动手去焊接，导致有些走线错误，无法实现功能。
不过总体来说，此次课程对我帮助很大。
学会了许多软件的使用，以及体验到了论文的重要性及复杂性。
我将在今后的学习中更加积极刻苦！
6参考文献
[1]曹国清.数字电路与逻辑设计.徐州：
中国矿业大学出版社，1998
[2]华罗庚，王元.论一致分布与近似分析.中国科学.1973（4）：
339-357
[3]李明.物理学.北京：
科学出版社，1977，58-62
[4]许家林.岩层移动与控制的关键层理论及其应用[博士学位论文].徐州：
中国矿业大学，1998
[5]中华人民共和国国家技术监督局.GB3100-3102.中华人民共和国国家标准.北京：
中国标准出版社，1994-11-01
附录
附录1：
基本电路元器件清单：
序号
名称
型号
数量（个）
备注
1
电阻
470欧
42
2
220欧
2
3
220K欧
5
4
1M欧
4
5
二极管
IN4007
4
6
IN4148
6
7
晶振
32768
1
8
独石电容
104
12
9
电解电容
100uF/16V
5
10
数码管
LG5011AH
6
11
三极管
PNP（1015）
1
12
微动开关
6*6*6
4
13
发光二极管
ф5
4
红色（高亮）
14
芯片座
16P
11
15
芯片
4040
1
二进制12位计数分频器
16
4060
1
二进制14位计数分频器
17
4518
3
双4位BCD同步加计数器
18
4511
6
锁存/7段译码驱动器
19
稳压电源座
ф空心座
1
20
电路板
1
附录2：
扩展电路元器件清单
序号
名称
型号参数
数量（个）
1
集成芯片
74LS266
5
2
74LS273
3
3
74LS21
4
4
三极管
9013
2
5
音乐芯片
1
6
开关
1
7
芯片座
20-P
3
8
14-P
9
升级会员 