电子设计与实训课程设计直流稳压电源和多功能数字钟.docx

黄石理工学院
电气与电子信息学院

《电子设计与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能数字钟。
（二）实训目的:
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本知识的理解，综合运用课程中所学到的理论知识去独立完成一个实际课题。
2、根据课程需要，通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析和解决实际问题的能力。
3、通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选用元气件，通过电路组装，调试和检测环节，掌握电路的分析方法和设计方法。
4、熟用常用电子元气件的类型和特性，并掌握合理选用原则。
5、掌握电路图、PCB图的设计方法，学会电路的安装与调试。
6、掌握常用仪器、仪表的正确使用方法，学会电路整机指标的测试方法。
（三）实训要求
1、数字钟的功能要求：准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间，小时计时要求为“24翻1”，分和秒的计时要求为60进位，要有校正时间电路。
2、直流稳压电源的功能要求：输入220V交流电压，输出+5V直流电压。
（四）实训报告：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 实训报告目录及摘要
③ 直流稳压电源的功能及原理论述（电路原理图）
④ 数字钟功能及原理论述（系统组成框图、电路原理图）
⑤ 各模块的功能，原理，器件选择
⑥ 结果分析
⑦ 实训小节
⑧ 附录----参考文献
（五）时间安排：
第1周：直流稳压电源及撰写实训报告；
第2周：多功能数字钟的安装与调试。
（六）主要设备及器件:

电气与电子信息工程学院

课程设计报告

设 计：　 电子设计与实训课程设计
　　　专业名称：　　 电气工程及其自动化　　　
班 级：
　　　学　　号：　　　　　　　 　　　　　
姓 名：
指导教师：
设计时间： 2009.12.14—2009.12.25
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、 数字钟的设计与制作
1、 设计目的
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”的设计、原理图，芯片引脚排列图及功能表
③ 秒计数、译码/驱动及显示部分的设计
④ 分计数、译码/驱动及显示部分的设计
⑤ 时计数、译码/驱动及显示部分的设计
⑥ 分时校准电路的设计
5、 焊接技术及安装工艺
6、 调试步骤及故障排除
7、 附图
五、 稳压电源的设计与制作
1、 设计目的及要求
2、 设计所需的器材及工具
3、 设计内容及步骤
① 设计逻辑框图及电路原理图
② 常用电子仪表的使用及注意事项
③ 常用电子元器件的认识及测量
④ 通电调剂及故障排除
六、 设计小结
七、 设计参考资料

数字钟的设计与制作
一、设计目的
通过设计与实践，制作出具有准确显示小时、分、秒的数字钟，且可以校时。
二、设计要求
数字钟的功能要求：准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间，小时计时要求为“24翻1”，分和秒的计时要求为60进位，要有校正时间电路。
三、设计所需器材与工具

主要工具及附加材料：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

由上图的总体结构图可知，该设计大概可以分部分：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，可以用振荡器或者555定时器予以实现，为了保证准确性，优先选用振荡器，但是由于个人技术问题，我们选用了555定时器来产生秒脉冲；在计数电路中，我们采用CD4518计数器，4518为双BCD同步加法计数器。在显示部分，我们采用CD4511芯片结合数码管来实现。最后的校时部分用四2输入与非门的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”的设计、原理图、芯片引脚排列图及功能表
“秒脉冲信号发生器”的设计、原理图

振荡器是数字钟的核心部分。振荡器的稳定性及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，一般来说555产生出来的秒脉冲不太稳定，但是由于某种原因，本实验采用555定时器。其中要求R1、 R2为100K的电阻 C1为4.7mF、C2为0.01mF的电容，Vcc为+5V电源,GND接地。
“脉冲信号发生器”是采用“555”定时器，所以下图为555芯片的引脚图及功能表。

3、秒计数、译码/驱动及显示部分的设计
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，它们的个位为十进制，十位为六进制，这样，符合人们通常计秒数的习惯。“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。
秒计数采用两个数码管、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，进位脉冲最终用CD4081的一个与门来实现。而CD4511芯片具有见附图中图①部分
译码/驱动及显示部分的设计
两个数码管、两个CD4511和一个CD4518来实现，将“秒”计数器的进位脉冲送入“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”计数器的时钟脉冲，进位脉冲最终用CD4081的又一个与门来实现，同样是采用CD4511来驱动七位LED数码管显示出来，以下即为分计数器的设计原理图。

见附图中图②部分

译码/驱动及显示部分的设计
两个数码管、两个CD4511和一个CD4518来实现，将“分”计数器的进位脉冲送入“时”计数器，但是是计数器采用的是24进制、且不需要进位脉冲，同样是采用CD4511来驱动七位LED数码管显示出来，以下即为分计数器的设计原理图。

见附图中图③部分

其中秒、分、时计数器都用到芯片CD4511、CD4518、CD4081和数码管，下面就针对秒、分、时的设计原理来介绍这些芯片的引脚及功能。

①数码管是数字钟的显示部分，由七段LED和一个点构成，其引脚图如下

②CD4511是BCD锁存/7段译码器/驱动器，常用的显示译码器件，MAX7219和他功能差不多。

CD4511引脚功能： 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的，七段数码管都会处于消隐也就是不显示的状态。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。LT：3脚是测试信号的输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮全部显示。它主要用来检测数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。
导线间距小于0.1mm 将无法进行蚀刻过程，因为如果蚀刻液在狭小的空间内不能有效扩散，就会导致部分金属不能被蚀刻掉。 UUy|/z%  
②如果导线宽度小于0.1mm ，在蚀刻过程中将会发生断裂和损坏。 L2[|g~  
③焊盘尺寸比孔的尺寸至少应大0.6mm 。 eLcP.;Z  ④合理放置较小元器件，以使其不会被较大的元器件遮盖。 ET1/oG<@  
⑤阻焊剂的厚度应不大于0.05mm。 q05_5  
⑥ 丝网印制标识不能和任何焊盘相交。 'x BBQP  
⑦电路板的上半部应该与下半部一样，以 "TA r\; [  达到结构对称。因为不对称的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的设计方法: r#wMd9])  
①用于产品原版胶片的翻拍照相机尺寸性能; ]?tsYXU j  
② 原图制表尺寸; w`6qT3v  
③最小的或最大的电路板操作尺寸; nmp(%;<exN  
④ 钻孔精度; NvWwj%6]  
⑤精良线形蚀刻设备。 .4A4\-Cqe  
直流稳压电源的功能要求：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

数字万用表由于具有测量精确、取值方便、功能齐全等优点，因此深受无线电爱好者的欢迎、最普通的数字方用表一般具有电阻测量、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能，给实际检测工作带来很大的方便。但是，数字方用表由于使用不当，在实际检测时易造成表内元件损坏，产生故障。本人根据在课程设计中造成数字万用表损坏的实际情况，总结出数字万用表在使用中的注意事项如下：
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。因此，在使用万用表测量前一定要先检查测量档位是否正确。在使用完毕，将测量选择置于交流750V或者直流1000V处，这样在下次测量时无论误测什么参数，都不会引起数字万用表损坏．
     有些数字万用表损坏是由于测量的电压电流超过量程范围所造成的．如在交流20V档位测量市电，很易引起数字万用表交流放大电路损坏，使万用表失去交流测量功能。在测量直流电压时，所测电压超出量量程，同样易造成表内电路故障。在测量电流时如果实际电流值超过量程，一般仅引起万用表内的保险丝烧断，不会造成其它损坏。所以在测量电压参数时，如果不知道所测电压的大致范围，应先把测量档置于最高档，通过测量其值后再换档测量，以得到比较精确的数值。如果所要测量的电压数值远超出万用表所能测量的最大量程，应另配高阻测量表笔。如检测黑白彩电的第二阳极高压及聚焦高压。
       多数数字万用表的直流电压上限量程为1000V，因此测量直流电压时，最高电压值在1000V以下，一般不会损坏万用表。如果超出1000V，则很有可能造成万用表损坏。但是，不同的数字万用表的可测量电压上限值可能有所不同。如果测量的电压超出量程，可采取电阻降压的方法加以测量。另外，在测量40O～1000V的直流高电压时，表笔与测量处一定要接触好，不能有任何抖动，否则，除了可能会造成万用表损坏而使测量不准确外，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。（1）带有四个色环的其中第一、二环分别代表阻值的前两位数；第三环代表倍率；第四环代表误差。快速识别的关键在于根据第三环的颜色把阻值确定在某一数量级范围内，例如是几点几K、还是几十几K的，再将前两环读出的数"代"进去，这样就可很快读出数来。
下面介绍掌握此方法的几个要点：
①熟记第一、二环每种颜色所代表的数。可这样记忆：棕1，红2，橙3，黄4，绿5，蓝6，紫7，灰8，白9，黑0②当第二环是黑色时，第三环颜色所代表的则是整数，即几，几十，几百 kΩ等，这是读数时的特殊情况，要注意。例如第三环是红色，则其阻值即是整几kΩ的。
③记住第四环颜色所代表的误差，即：金色为5％；银色为10％；无色为20％。

（2）电解电容
不知道极性的电解电容可用万用表的电阻挡测量其极性。我们知道只有电解电容的正极接电源正（电阻档时的黑表笔），负端接电源负（电阻挡时的红表笔）时，电解电容的漏电流才小（漏电阻大）。反之，则电解电容的漏电流增加（漏电阻减小）。测量时，先假定某极为“+”极，让其与万用表的黑表笔相接，另一电极与万用表的红表笔相接，记下表针停止的刻度（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，表针最后停留的位置靠左（阻值大）的那次，黑表笔接的就是电解电容的正极。测量时最好选用R*100或R*1K档。 对于电容的质量和大小，可用万用表的电容档直接测量或根据个人经验，这里不多解释.
78系列的稳压电源的接法最简单，拿起7805有字的面向自己，左边是输入端（7805的输入端不要超过20V就行，超过了20V的话7805可能会过热而保护）如果电压比较高的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的要求输出就能出5V. 具体如下图所示

通过此次课程设计，总体来说，收获颇丰，无论是在培养自己的实验动手能力还是培养自己的性情方面。在此次的数字钟设计过程中,更进一步地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,六十进制的进位及二十四进制的接法中,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.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的,因此仿真图和电路连接图还是有一定区别的，所以在连接线路是就要求非常认真，要清楚了解各个连接点之间的关系，这样才能在实际焊接过程中得心应手，取得事半功倍的效果.在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的焊点所引起的.在焊接过程中，组员间配合的非常好，进度相当快，虽然在其中几个焊接中遇到几点非常困难的地方，但是还是被我们解决了，这就是团队的力量。在开始的设计和最后的调试过程是漫长的，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收集资料，又要在实验室验证，这个过程非常辛苦，但是也非常快乐。最后我们通过两个星期的艰苦奋斗，终于完成了数字表和直流稳压电源的制作，并调试成功，为此我们感到无比的自豪。

七、设计参考资料
[1] 康华光主编.电子技术基础-数字部分（第五版）.高等教育出版社,2006
[2] 数字电子技术《实验指导书》
[3] 杨素行主编.模拟电子技术简明教程 (第三版). 高等教育出版社，2005
[4] 谢自美主编.电子线路设计、实验、测试.华中理工大学出版社,2000
[5] 吕思忠主编.数子电路实验与课程设计.哈尔滨工业大学出版社,2001