1、数模混合课程设计设计报告时钟电路设计学 校： 成都理工大学工程技术学院系 别： 电子信息与计算机工程系姓 名： hejing 学 号： 专业班级： 通信工程 2 班 指导教师： 李 华 兵 2011-10-12时钟电路设计何靖 指导老师：李华兵一、课题名称：时钟电路设计二、内容摘要：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,广泛用于个人家庭,车站, 码头,办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品。本次设计是设计一个利用直流稳压电源供电的数字电子钟，具体由以下几个功能模块组成：直流稳压电源、震荡分频器
2、、计数器、译码显示器等组成，实现了数模混合设计一个具有“时” 、 “分” 、 “秒”显示的电子时钟，能够进行校时功能。关键词：数模混合 555 定时器；多谐振荡器；分频器；计数器；数字钟三、设计内容及要求震荡分配器 计数器 译码显示器直流稳压电源 数字电子钟1、模拟电路部分设计要求(1)要求输出直流电压正 5V，最大输出电流 500mA，稳压系数=0.05.(2)该直流稳压电源可供数字电路正常工作。2、数字电路部分设计要求(1)设计一个具有“时” 、 “分” 、 “秒”显示的电子钟，应具有校时功能。(2)方案设计时可充分发挥所学，可进行功能扩展，尽量选用中小规模集成电路设计。3、电路仿真要求利
3、用 Multisim2001 软件对不同设计方案的电路进行仿真分析，根据仿真结果选择最佳方案，体现到设计报告中。4、电路原理图要求：利用 Protel99se 绘制指导书上所提供的模拟电路和数字电路的原理图，按照所提供元器件封装，进行 ECR 检查无误后生成网络表。5、PCB 绘图要求：（1）采用单面板制图，板框尺寸为长 14cm，宽 9cm。模拟电路除变压器外，其余均和数字电路画在一张 PCB 图上，注意模拟地和数字地要一点接地，应留出变压器二次电压的输入接口，直流稳压电源的输出接口。（2）焊盘之间只允许走一根铜膜线。（3）信号线，电源线及地线的最小铜膜线宽度为 40mil。（4）要求所有元
4、件焊盘孔直径为 0mil，外径 80mil。（5）安全间距设置为 20mil。（6）才用人工布局的方式对元件进行布局，采用自动布线和手动布线相结合的方式布线。6、电路制作及调试要求：（1）制作输出电压可调的直流稳压电源，输出电压范围为1.2515V。（2）制作电子钟的“秒”显示部分，数码显示管从 059 循环显示。（3）调试时应采用分步调试方法，先焊接完模拟电路部分的元件，将输出电压调节至 5V 然后再焊接数字电路电路元件，最后上电调试，排除故障。四、比较和选定设计的系统方案，画出系统框图利用 555 定时器组成的多谐振荡器产生稳定度较高的高频方波信号，然后经分频电路，将高频方波分频为 1HZ
5、 的秒脉冲波，输入到六十进制的秒计数器，秒计数器和分计数器都是有一个个位十进制十位六进制，当秒计数器的十位在清零时也向分六十进制的计数器个位发一个脉冲使分计数器加 1，当分计数器的十位在清零时也同时向二十四进制时和十二进制计数器的个位发一个脉冲，使其加 1。将时，分，秒计数器的输出端分别接上译码器和显示器，最大显示值为 23 小时 59 分 59 秒，再输入一个秒脉冲后，显示复零。并且能实现 12 与24 的时时转换和上下午显示电路。利用校准电路分别对时，分校准电路进行设计。整点报时电路如下图所示。图中 QD1QA1 代表秒计数器个位 BCD 码，Q D2QA2 代表秒计数器 BCD 码，QD
6、3QA3 代表分计数器个位 BCD 码，Q D4QA4 代表分计数器十位 BCD 码。每当分计数器累计计数到 59min，与非门 M2 的输出为 “1”即QA3QD3QA4QC4=“1”，持续时间是一分钟，到了 59min50s 时，与非门 M4 输出为“1” ，持续时间为 10s。我们若令 M4 的输出为 A，由分频器引入的500Hz、1000Hz 的方波信号为 B、C。从图中可见 M6 的输出为；M7 的输出为 。于是 M8 在 59min51s、53s 、55s、57s 时ABD1 AQD1输出 500Hz 音频信号。在 59min50s 时输出 1000 的信号，音响持续 1s 钟，在
7、1000Hz 音响结束时刻为整点，即该计数器每运行到整点差 10s 时便自动发出呜叫声。原理图绘制过程：方案设计原理图设计系统仿真布局，布线PCB 后分析制作 PCB系统实现元件符号库仿真元件库印制板生产工艺流程：制生产底片选材下料片钻孔 孔金属化 贴膜图形转移电镀取膜蚀刻表面蚀刻检验五、单元电路设计、参数计算和器件选择电路模拟部分：12J1CON23 21V VADJIN OUTU1 LM317C10.1UR1240C21U+5VAGNDBOT3TOP1TAP2 W15K1 23 4JP1HEADER 2X2VCCGND+12V. .电路数字部分：（电路中各个元器件参数如上图中元件参数为准）
8、TRIG2OUT34CVOLT 5THOLD 6DISCHG 781RESET VCCGNDU2NE555+C310U C40.1UR247KR347KVCCGNDCLK14 CLK/EN13RESET15Q0 3Q1 2Q2 4Q3 7Q4 10Q5 1Q6 5Q7 6Q8 9Q9 11Cout 12U3 CD4017Ba 1b 15c 14d 13e 12f 3g 2Qbo 11Qco 10CPu9CPd7R5TE4LE6VCC16GND8U5CD40110GNDa 1b 15c 14d 13e 12f 3g 2Qbo 11Qco 10CPu9CPd7R5TE4LE6VCC16GND8U4
9、CD40110VCCVCCGNDGNDabfcgde76421910abcdefg5 dpdpGND 3GND 8X1 SM420501Kabfcgde76421910abcdefg5 dpdpGND 3GND 8X2SM420501KR5300R6300GNDGNDR4470VCC1122H1LEDGNDS1SW-SPST.六、画出完整的电路图，并说明电路的工作原理电路原理图如下：PCB 板图制作：电路工作原理：通过模拟电路二脚插针给电路通电，并调节电位器使输入数字电路的电压为 5V。给 CD4017，CD4011，NE555 输入+5V 电压，通过 555定时器 3 脚给任意一个 4011
10、 脉冲，使 4011 与数码管相连，通过脉冲的给入，使 ag 管脚出现高电平，以驱动晶体管显示个位数字，当给入九个脉冲时，10脚输入一个高电平至 4017 和另一 4011,当输入 6 个高电平时， 4017 的 5 脚输出高电平，并给 15 脚和 4011 的 5 脚输入高电平进行复位，使十位数码管到六十清零，或按按钮开关进行复位清零，LED 灯显示电路导通状况。七、利用 Multisim 软件对电路进行必要的仿真分析（三个单元电路仿真）虚拟电路部分仿真：555 计时器电路仿真：数码管显示仿真：数字电路显示仿真：八、制版、组装、调试的内容。（1）使用的主要仪器和仪表数字电源，数字万用表，热转
11、印机，打印机，钻孔机，电烙铁（2）调试电路的方法和技巧当腐蚀完并打孔后，用数字万用表分别测试各条电路导通状况，若有断路用焊锡连接或钻孔以加跳线连接。后用电烙铁完成整个电路元器件焊接，上电调试，调节电位器使输出电源为 5V 左右。（3）测试的数据和波形并与计算结果比较分析（4）调试中出现的故障、原因及排除方法若出现数码管无数码显示或显示错乱，可能是数码管或 4011 器件有坏，应更换器件，若无数字跳动，则应检查 555 定时器及周围电路错误或器件有坏，若 LED 灯不亮，可能是电路有误或是正负极接错，若电位器的调节不能改变输入电源大小，应检查电路原理图是否针脚号连接有误，若数码管显示的数值不是六
12、十进制，则应更换 4017 器件。（5）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，提出改进意见和展望。该电路设计较为简单，使用元器件较少，多为简单元器件，该课程制作重心在于电路板的绘制与前不同在于能够更从基础做起，完成一整套电路板的制作，从绘制电路图到制作 PCB 板，打印 PCB 图及热转印铜板，再到腐蚀、打孔、焊接、测试，到最后完成时钟电路板的设计和制作。经历了从无到有、从陌生到熟悉的制作过程，但如果设备增加，能够完整的制作一个可以用以实际生活的可靠性能高的电子时钟就更好了。九、列出系统需要的元器件十、列出参考文献1崔建明.电工电子 EDA 仿真技术M.北京:高等教育出版
13、社.2004.12李忠波，袁宏.电子设计与仿真技术M.北京:机械工业出版社.2004.73高有堂，朱清慧.电子设计与实战指导M.北京:电子工业出版社 2007.44何喜才.常用集成电路简明速查手册M.北京:国防工业出版社.2006.85朱定华，陈林，吴建新.电子电路测试与实验M.北京:清华大学出版社.2005.76谢自美.电子线路设计实验测试M.武汉:华中科技大学出版社.2000.7十一、收获、体会通过这次数模混合课程设计课程的学习，我认识了我们以前所学的电路方面的知识只是理论基础，书上所讲的分析步骤需要很大的变通。在这次实践当中，我逐渐的培养了这一方面的能力，开阔了我的思维，而且也让我学到许
14、多书上没有的东西以及对书上知识加深了认识和应用。在这次课程设计学习过程当中，我学习了 Protel 99se 绘图，Multisim2001 软件仿真， Word 排版，Excel 制表等，虽然原来学习过一些计算机方面的知识，但是操作不是很熟练。便捷的计算机在我手下运作起来显得很笨拙，多亏了老师的耐心教导，以及同学们的热心帮助。使我的操作能力也有了一个相应的提高。这次实习也使我对专业有了新的认识，看到了未来的发展前途。还有就是，在做本次实习的过程中，我感触最深的就是要完成设计需要查阅大量的设计资料。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。我们是在做电路设计实习，但我们不是艺术家，他们可以抛开实际尽情在幻想的世界里翱翔，而我们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。 在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：单片机、模拟和数字电路、数字电子技术知识等。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学，我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。 总之，通过这次实习，不仅使我对所学的知识有了新的认识，而且提高我考虑问题和分析问题的全面性以及动手操作的能力，使我的综合能力有了一个很大的提高。这所有的提高都离不开指导老师的耐心辅导以及同学们的热心帮助，我衷心的感谢李老师和同学们！
