直流稳压电源及数字钟电路设计1Word文件下载.docx
《直流稳压电源及数字钟电路设计1Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流稳压电源及数字钟电路设计1Word文件下载.docx（8页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
3.24小时为一个周期；
4.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”、“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。
5）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
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。
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、C2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5~20pF，C2为30pF。
C1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1MΩ~10MΩ。
本设计中取10MΩ。
较高的反馈电阻有利于提高振荡频率的稳定性。
图2晶体振荡器电路
因为，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到１Hz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。
图3CD4013B的管脚图
本设计中采用CD4060来构成14级分频电路。
图4是CD406的管脚图。
CD4060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（CP0）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
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CP来触发，则
接高电平；
若用
来触发，则CP接高电平。
有4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。
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，其输出状态与时钟无关，仅取决于输入的BCD码。
CD4511的管脚图如图6所示,D～A为BCD码输入端,a～g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a~g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。
若要显示十进制数的十个数码0~9，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300Ω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3~18V的直流稳定电压，一般在5V左右。
这就要求我们设计一个直流稳压电源，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。
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。
6参考文献
[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
升级会员 