数字钟专业课程设计方案报告.doc

黄石理工学院
电气和电子信息学院

《电子设计和实训课程设计任务书》

专业班级：

实训时间：二 周 / 班

分组情况：每组1～2人

指导老师：

（一）实训题目:直流稳压电源和多功效数字钟。
（二）实训目标:
1、巩固和加深学生对模拟电子技术，数字逻辑电路等课程基础知识了解，综合利用课程中所学到理论知识去独立完成一个实际课题。
2、依据课程需要，经过查阅手册和文件资料，培养学生独立分析和处理实际问题能力。
3、经过电路方案分析、论证和比较，设计计算和选择元气件，经过电路组装，调试和检测步骤，掌握电路分析方法和设计方法。
4、熟用常见电子元气件类型和特征，并掌握合理选择标准。
5、掌握电路图、PCB图设计方法，学会电路安装和调试。
6、掌握常见仪器、仪表正确使用方法，学会电路整机指标测试方法。
（三）实训要求
1、数字钟功效要求：正确计时，以数字形式显示时、分、秒时间，小时计时要求为“24翻1”，分和秒计时要求为60进位，要有校正时间电路。
2、直流稳压电源功效要求：输入220V交流电压，输出+5V直流电压。
（四）实训汇报：不少于5000字，A4幅面，统一复印封面和任务书。
① 封面、实训任务书
② 实训汇报目录及摘要
③ 直流稳压电源功效及原理叙述（电路原理图）
④ 数字钟功效及原理叙述（系统组成框图、电路原理图）
⑤ 各模块功效，原理，器件选择
⑥ 结果分析
⑦ 实训小节
⑧ 附录----参考文件
（五）时间安排：
第1周：直流稳压电源及撰写实训汇报；
第2周：多功效数字钟安装和调试。
（六）关键设备及器件:

多功效数字钟主体电路元器件清单
元件名称
元件型号
元件数量
元件封装
元件说明
电路板
通用板
1
22CM*14CM
3孔连在一起通用板（十行）
变压器
220V\9V
1
10W左右
降压变压器
电解电容
4.7uF
1
耐压16V\25V
极性电容
100uF
2
瓷片电容
0.1uF
1
104
无极性电容
0.01uF
3
103
无极性电容
电阻
2K
1
AXIAL0.4
电阻
1K
46
AXIAL0.4
电阻
3.3K
2
AXIAL0.4
电阻
100K
2
AXIAL0.4
电阻
电位器
200K
1
塑料封装
多圈调整电位器
集成芯片
CC4011
2
DIP-14
四2输入和非门
CC4511
6
DIP-16
锁存\译码\驱动
CC4518
3
DIP-16
10进制计数器
CC4081
1
DIP-14
四输入和门
NE555
1
DIP-8
定时器/8脚时基集成电路
芯片插槽
8孔
1

8孔芯片插槽
14孔
3

14孔芯片插槽
16孔
9

16孔芯片插槽
集成稳压器
7805
1
三端
集成稳压器
整流桥堆
2W10
1

整流
发光二极管

2

显示
显示管
共阴
6

七段共阴数码管
开关
小按钮开关
2
中等高度
按钮头要高一点
两相插头

1
带半米导线
带半米导线两相插头
备注/说明
以上为一套多功效数字钟主体电路元器件清单

电子设计和实训课程设计材料清单
导线
排线1米
（单股线芯）
焊锡
一卷
（大卷）
绝缘胶布
一卷

备注/说明
以上是以班为单位材料清单

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电气和电子信息工程学院

课程设计汇报

设 计：　 电子设计和实训课程设计
　　　专业名称：　　 电气工程及其自动化　　　
班 级：
　　　学　　号：　　　　　　　 　　　　　
姓 名：
指导老师：
设计时间： .12.14—.12.25
设计地点： K2—电子实习（2）室

课程设计目录

一、 封面
二、 目录
三、 设计任务书
四、 数字钟设计和制作
1、 设计目标
2、 设计要求
3、 设计所需器材及工具
4、 设计方案及论证
① 设计逻辑框图及原理方框图
② “秒脉冲信号发生器”设计、原理图，芯片引脚排列图及功效表
③ 秒计数、译码/驱动及显示部分设计
④ 分计数、译码/驱动及显示部分设计
⑤ 时计数、译码/驱动及显示部分设计
⑥ 分时校准电路设计
5、 焊接技术及安装工艺
6、 调试步骤及故障排除
7、 附图
五、 稳压电源设计和制作
1、 设计目标及要求
2、 设计所需器材及工具
3、 设计内容及步骤
① 设计逻辑框图及电路原理图
② 常见电子仪表使用及注意事项
③ 常见电子元器件认识及测量
④ 通电调剂及故障排除
六、 设计小结
七、 设计参考资料

数字钟设计和制作
一、设计目标
经过设计和实践，制作出含有正确显示小时、分、秒数字钟，且能够校时。
二、设计要求
数字钟功效要求：正确计时，以数字形式显示时、分、秒时间，小时计时要求为“24翻1”，分和秒计时要求为60进位，要有校正时间电路。
三、设计所需器材和工具
多功效数字钟主体电路元器件清单
元件名称
元件型号
元件数量
元件封装
元件说明
电路板
通用板
1
22CM*14CM
3孔连在一起通用板（十行）
电解电容
4.7uF
1
耐压16V\25V
极性电容
瓷片电容
0.01uF
3
103
无极性电容
电阻
1K
46
AXIAL0.4
电阻
3.3K
2
AXIAL0.4
电阻
100K
2
AXIAL0.4
电阻
电位器
200K
1
塑料封装
多圈调整电位器
集成芯片
CC4011
2
DIP-14
四2输入和非门
CC4511
6
DIP-16
锁存\译码\驱动
CC4518
3
DIP-16
10进制计数器
CC4081
1
DIP-14
四输入和门
NE555
1
DIP-8
定时器/8脚时基集成电路
8孔
1

8孔芯片插槽
芯片插槽
14孔
3

14孔芯片插槽
16孔
9

16孔芯片插槽
7805
1
三端
集成稳压器
发光二极管

2

显示
显示管
共阴
6

七段共阴数码管
开关
小按钮开关
2
中等高度
按钮头要高一点
备注/说明
以上为一套多功效数字钟主体电路元器件清单

关键工具及附加材料：电烙铁、烙铁架、焊锡丝、松香、导线、绝缘胶布、透明胶带、镊子、钳子、数字万用表、吸锡器、剥线钳、一字起子一套等等。

四、设计方案论证
1、设计逻辑图及原理方框图

逻辑框图 原理方框图

由上图总体结构图可知，该设计大约能够分部分：秒脉冲产生部分、计数部分、显示部分、校时部分。在秒脉冲产生部分中，能够用振荡器或555定时器给予实现，为了确保正确性，优先选择振荡器，不过因为个人技术问题，我们选择了555定时器来产生秒脉冲；在计数电路中，我们采取CD4518计数器，4518为双BCD同时加法计数器。在显示部分，我们采取CD4511芯片结合数码管来实现。最终校时部分用四2输入和非门CD4011芯片结合瓷片电容来完成。

8
4
5
6
2
7
3
1
555
+VCC
uo
R1
R2
C
C1
+
–
uC
2、“秒脉冲信号发生器”设计、原理图、芯片引脚排列图及功效表
“秒脉冲信号发生器”设计、原理图

振荡器是数字钟关键部分。振荡器稳定性及频率正确度决定了数字钟计时正确程度，通常来说555产生出来秒脉冲不太稳定，不过因为某种原因，本试验采取555定时器。其中要求R1、 R2为100K电阻 C1为4.7mF、C2为0.01mF电容，Vcc为+5V电源,GND接地。
“脉冲信号发生器”是采取“555”定时器，所以下图为555芯片引脚图及功效表。

3、秒计数、译码/驱动及显示部分设计
众所周知，秒、分、时分别为六十、六十、二十四进制(十二进制亦可)计数器那么“秒”和“分”计数器用两块十进制计数器级连来实现，它们个位为十进制，十位为六进制，这么，符合大家通常计秒数习惯。“时”计数也用两个十进制集成块，只是做成二十四进制，上述计数器均可用反馈清零法来实现。
秒计数采取两个数码管、两个CD4511和一个CD4518来实现，将“秒”信号送入“秒”计数器，秒计数器采取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”计数器时钟脉冲，进位脉冲最终用CD4081一个和门来实现。而CD4511芯片含有锁存\译码\驱动功效，能够外接电阻驱动七段口LED数码管显示出来，以下即为秒计数器设计原理图。

见附图中图①部分

4、分计数、译码/驱动及显示部分设计
分计数和秒计数原理差不多，也是采取两个数码管、两个CD4511和一个CD4518来实现，将“秒”计数器进位脉冲送入“分”计数器，每累计60分发出一个“时”脉冲信号，该信号将作为“时”计数器时钟脉冲，进位脉冲最终用CD4081又一个和门来实现，一样是采取CD4511来驱动七位LED数码管显示出来，以下即为分计数器设计原理图。

见附图中图②部分

5、时计数、译码/驱动及显示部分设计
时计数和分计数原理差不多，也是采取两个数码管、两个CD4511和一个CD4518来实现，将“分”计数器进位脉冲送入“时”计数器，不过是计数器采取是24进制、且不需要进位脉冲，一样是采取CD4511来驱动七位LED数码管显示出来，以下即为分计数器设计原理图。

见附图中图③部分

其中秒、分、时计数器全部用到芯片CD4511、CD4518、CD4081和数码管，下面就针对秒、分、时设计原理来介绍这些芯片引脚及功效。

①数码管是数字钟显示部分，由七段LED和一个点组成，其引脚图以下

②CD4511是BCD锁存/7段译码器/驱动器，常见显示译码器件，MAX7219和她功效差不多。

CD4511引脚功效： BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态是怎么样，七段数码管全部会处于消隐也就是不显示状态。 LE：锁定控制端，当LE=0时，许可译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时数值。LT：3脚是测试信号输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态怎样，七段均发亮全部显示。它关键用来检测数7段码管是否有物理损坏。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。
③CD4518是十进制双BCD同时加法计数器，内含两个单元加计数器，下图为CD4518引脚图及功效表。

④CD4081是四2输入和门电路，其结构和CD4011差不多，具体引脚图以下。

6、分时校准电路设计
分时校准电路原理是一样。均是采取瓷片电容103和和门电路用开关来实现，具体电路图以下。

日常计时状态下，开关处于断开状态，当需要校时时，按下开关，瓷片电容则放电，CD4011引脚1、2是低电平，3引脚输出高电平，此时8引脚送入时钟脉冲，则10输出低电平，那么4输出一定是高电平，而且这个高电平被送入CD45181号时钟引脚，此时“分”肯定加1，同理，若连续按下开关则“分”就会连续加1，即完成份校时。时校时电路原理和分校时是一样，不多做解释。

五、焊接技术及安装工艺
1、烙铁使用注意事项
①新买烙铁在使用之前必需先给它蘸上一层锡（给烙铁通电，然后在烙铁加热到一定时候就用锡条靠近烙铁头），使用久了烙铁将烙铁头部锉亮，然后通电加热升温，并将烙铁头蘸上一点松香，待松香冒烟时在上锡，使在烙铁头表面先镀上一层锡。
②电烙铁通电后温度高达250摄氏度以上，不用时应放在烙铁架上，但较长时间不用时应切断电源，预防高温“烧死”烙铁头（被氧化）。要预防电烙铁烫坏其它元器件，尤其是电源线，若其绝缘层被烙铁烧坏而不注意便轻易引发安全事故。
③ 不要把电烙铁猛力敲打，以免震断电烙铁内部电热丝或引线而产生故障。
④ 电烙铁使用一段时间后，可能在烙铁头部留有锡垢，在烙铁加热条件下，我们能够用湿布轻檫。如有出现凹坑或氧化块，应用细纹锉刀修复或直接更换烙铁头。

2、 焊接技术
（1） 通常握持电烙铁方法有握笔法和握拳法两种。
    ①握笔法。适适用于轻巧型烙铁如30W内热式。它烙铁头是直，头端锉成一个斜面或圆锥状，适宜焊接面积较小焊盘。
   ②握拳法。适适用于功率较大烙铁，我们做电子制作通常不使用大功率烙铁（这里不介绍）。
（2） 在印刷电路板上焊接引线多个方法。
    ①印刷电路板分单面和双面2种。在它上面通孔，通常是非金属化，但为了使元器件焊接在电路板上更牢靠可靠，现在电子产品印刷电路板通孔大全部采取金属化。将引线焊接在一般单面板上方法：
  ②直通剪头。引线直接穿过通孔，焊接时使适量熔化焊锡在焊盘上方均匀地包围沾锡引线，形成一个圆锥体模样，待其冷却凝固后，把多出部分引线剪去。
③直接埋头。穿过通孔引线只露出合适长度，熔化焊锡把引线头埋在焊点里面。这种焊点近似半球形，即使美观，但要尤其注意预防虚焊。

3、安装工艺
（1） 电路板设计和安装
①导线间距小于0.1mm 将无法进行蚀刻过程，因为假如蚀刻液在狭小空间内不能有效扩散，就会造成部分金属不能被蚀刻掉。 UUy|/z%  
②假如导线宽度小于0.1mm ，在蚀刻过程中将会发生断裂和损坏。  L2[|g~  
③焊盘尺寸比孔尺寸最少应大0.6mm 。 eLcP.;Z
 
④合理放置较小元器件，以使其不会被较大元器件遮盖。 ET1/oG<@  
⑤阻焊剂厚度应小于0.05mm。 q05_5  
⑥ 丝网印制标识不能和任何焊盘相交。 'x BBQP  
⑦电路板上半部应该和下半部一样，以 "TA r\; [  达成结构对称。因为不对称电路板可能会变弯曲。 nk9Kq\2f:  
（2）、以下所列限制条件决定了板面设计方法: r#wMd9])  
①用于产品原版胶片翻拍摄影机尺寸性能; ]?tsYXU j  
② 原图制表尺寸; w `6qT3v  
③最小或最大电路板操作尺寸; nmp(%;<exN  
④ 钻孔精度; NvWwj%6]  
⑤精良线形蚀刻设备。 .4A4\-Cqe  

六、调试步骤及故障排除
当完成数字时钟部分后，我们通电后发觉“分”个位数码管b中发光管二极管不亮，
对照数码管引脚图，我能够看到b中发光二极管对应是6号引脚，然后我们就用万用表二极管档测试该发光二极管，发觉该二极管是亮，说明数码管本身没问题。于是我就想可能是接线问题，便着手去找6号引脚对应接线，当我用万用表测试连线时，忽然发觉某一根连线两端电阻为无穷大（理论上应为0），于是我便找原因，发觉是一个焊点出现了虚焊，重新焊接后通电调试，发觉没有问题，故障完全排除。

七、附图
数字钟及稳压电源原理图

稳压电源设计和制作
一、设计目标及要求
经过设计和实践做出+5v直流稳压电源，为数字钟主体部分提供连续稳定电源。
直流稳压电源功效要求：输入220V交流电压，输出+5V直流电压，且电压稳定，能够使数字钟正常运行

二、设计所需器材及工具

直流稳压电源电路元器件清单
元件名称
元件型号
元件数量
元件封装
元件说明
变压器
220V\9V
1
10W左右
降压变压器
电解电容
100uF
2
耐压16V\25V
极性电容器
电阻
2K
1
AXIAL0.4
电阻
集成稳压器
7805
1
三端
集成稳压器
整流桥堆
2W10
1

整流
发光二极管

1

显示
两相插头

1
带半米导线
带半米导线两相插头
备注/说明
以上为直流稳压电源电路元器件清单

三、设计内容及步骤
1、设计逻辑框图及电路原理图
逻辑框图 电路原理图

2、常见电子仪表使用及注意事项
这里关键介绍万用表使用及注意事项
数字万用表因为含有测量正确、取值方便、功效齐全等优点，所以深受无线电爱好者欢迎、最一般数字方用表通常含有电阻测量、通断声响检测、二极管正向导通电压测量。交流直流电压电流测量、三极管放大倍数及性能测量等。有些数字万用表则增加了电容容量测量、频率测量、温度测量、数据记忆及语音报数等功效，给实际检测工作带来很大方便。不过，数字方用表因为使用不妥，在实际检测时易造成表内元件损坏，产生故障。本人依据在课程设计中造成数字万用表损坏实际情况，总结出数字万用表在使用中注意事项以下：
数字万用表损坏在大多数情况下是因测量档位错误造成，如在测量交流市电时，测量档位选择置于电阻挡，这种情况下表笔一旦接触市电，瞬间即可造成万用表内部元件损坏。所以，在使用万用表测量前一定要先检验测量档位是否正确。在使用完成，将测量选择置于交流750V或直流1000V处，这么在下次测量时不管误测什么参数，全部不会引发数字万用表损坏．
     有些数字万用表损坏是因为测量电压电流超出量程范围所造成．如在交流20V档位测量市电，很易引发数字万用表交流放大电路损坏，使万用表失去交流测量功效。在测量直流电压时，所测电压超出量量程，一样易造成表内电路故障。在测量电流时假如实际电流值超出量程，通常仅引发万用表内保险丝烧断，不会造成其它损坏。所以在测量电压参数时，假如不知道所测电压大致范围，应先把测量档置于最高级，经过测量其值后再换档测量，以得到比较正确数值。假如所要测量电压数值远超出万用表所能测量最大量程，应另配高阻测量表笔。如检测黑白彩电第二阳极高压及聚焦高压。
       多数数字万用表直流电压上限量程为1000V，所以测量直流电压时，最高电压值在1000V以下，通常不会损坏万用表。假如超出1000V，则很有可能造成万用表损坏。不过，不一样数字万用表可测量电压上限值可能有所不一样。假如测量电压超出量程，可采取电阻降压方法加以测量。另外，在测量40O～1000V直流高电压时，表笔和测量处一定要接触好，不能有任何抖动，不然，除了可能会造成万用表损坏而使测量不正确外，严重时还可使万用表无任何显示．
在测量电阻时，应注意一定不要带电测量。

3、常见电子元件认识及测量
这里关键介绍色环电阻及电位器、电解电容、整流桥、三端稳压片等电子元件
（1）色环电阻及电位器
带有四个色环其中第一、二环分别代表阻值前两位数；第三环代表倍率；第四环代表误差。快速识别关键在于依据第三环颜色把阻值确定在某一数量级范围内，比如是几点几K、还是几十几K，再将前两环读出数"代"进去，这么就可很快读出数来。
下面介绍掌握此方法多个关键点：
①熟记第一、二环每种颜色所代表数。可这么记忆：棕1，红2，橙3，黄4，绿5，蓝6，紫7，灰8，白9，黑0
②当第二环是黑色时，第三环颜色所代表则是整数，即几，几十，几百 kΩ等，这是读数时特殊情况，要注意。比如第三环是红色，则其阻值即是整几kΩ。
③记住第四环颜色所代表误差，即：金色为5％；银色为10％；无色为20％。

（2）电解电容
有点解电容在电容表面标有“—”号，即是为负极，另一边则为正极
不知道极性电解电容可用万用表电阻挡测量其极性。我们知道只有电解电容正极接电源正（电阻档时黑表笔），负端接电源负（电阻挡时红表笔）时，电解电容漏电流才小（漏电阻大）。反之，则电解电容漏电流增加（漏电阻减小）。测量时，先假定某极为“+”极，让其和万用表黑表笔相接，另一电极和万用表红表笔相接，记下表针停止刻度（表针靠左阻值大），然后将电容器放电（既两根引线碰一下），两只表笔对调，重新进行测量。两次测量中，表针最终停留位置靠左（阻值大）那次，黑表笔接就是电解电容正极。测量时最好选择R*100或R*1K档。 对于电容质量和大小，可用万用表电容档直接测量或依据个人经验，这里不多解释.
（3）整流桥
（1） 判别引脚极性
　 将数字万用表置于二极管档，把黑表笔固定接某一引脚，再用红表笔分别接触其它三个引脚，假如三次显示中两次为0.5～0.7V，一次为1.0～1.3V，则黑表笔所接引脚则为全桥直流输出端正极，另一端则肯定是直流输出端负极，假如所得不是上述结果，可将黑表笔改换一个引脚反复以上测试步骤，直至得出正确结果为止。
（2） 判别性能
　 在上述判别引脚极性测量中，任意相邻两引脚间（即任何一只二极管）导通电压应在0.5～0.7V内，四只二极管导通电压越靠近越好，而在反偏测量时，仪表必需显示溢出符号“1”。对于全桥内部某只二极管短路性故障，可采取以下技巧进行判别：红表笔接d端，黑表笔接c端，应显示1.0～1.3V；测量a、b端两次（交换表笔）均应显示溢出符号“1”。若所测结果和上述范围不符，则表明被测全桥内部肯定有短路性故障。

（4） 三端稳压片
通常三端稳压片为78xx和79xx系列，我们常见有7805、7812、7905等。78表示正，79表示负，05和12分别表示输出5V和12V直流稳压电源，如7805即表示+5V直流稳压电源。我此次课程设计用是7805整流桥堆，下面将以7805为例来说明。
78系列稳压电源接法最简单，拿起7805有字面向自己，左边是输入端（7805输入端不要超出20V就行，超出了20V话7805可能会过热而保护）假如电压比较高话最好在前面接电阻，中间是地，右边是输出，只有你输入端满足了它要求输出就能出5V. 具体以下图所表示

4、通电调试及故障排除
在完成+5V直流稳压电源后通电调试，我们发觉电源发光二极管是连续亮，经用万用表直流电压档测试后，确定输出电压为+5V左右，误差很小，电压也很稳定，所以直流稳压电源通电调试成功，无任何故障。

六、设计小结
经过此次课程设计，总体来说，收获颇丰，不管是在培养自己试验动手能力还是培养自己性情方面。在此次数字钟设计过程中,更深入地熟悉了芯片结构及掌握了各芯片工作原理和其具体使用方法.在连接六进制,十进制,六十进制进位及二十四进制接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚功效,那么在电路犯错时便能正确地找犯错误所在并立即纠正了.在设计电路中,往往是先仿真后连接实物图,但有时候仿真和电路连接并不是完全一致,所以仿真图和电路连接图还是有一定区分，所以在连接线路是就要求很认真，要清楚了解各个连接点之间关系，这么才能在实际焊接过程中得心应手，取得事半功倍效果.在设计电路连接图中犯错关键原因全部是接线和芯片接触不良和接线焊点所引发.在焊接过程中，组员间配合很好，进度相当快，即使在其中多个焊接中碰到几点很困难地方，不过还是被我们处理了，这就是团体力量。在开始设计和最终调试过程是漫长，有时我们为了一个问题要找很长时间，甚至要熬夜、顾不上吃饭等，我们既要在计算机前搜集资料，又要在试验室验证，这个过程很辛劳，不过也很愉快。最终我们经过两个星期艰苦奋斗，最终完成了数字表和直流稳压电源制作，并调试成功，为此我们感到无比自豪。

七、设计参考资料
[1] 康华光主编.电子技术基础-数字部分