数电报告

课程设计目的：

数电课设

（1）了解并熟悉《数字电 子电路》的一般设计方法； （2）掌握电子仿真元件的 接线、组装及调试方法 一、课题名称 《石英数字钟》

二、主要技术指标

⑴ 显示要求： 时、分、秒

⑵ 响闹要求：定时响闹

⑶ 电源要求：交、直流供电（数据保持），低功耗 ⑷ 误差要求：每天小于5秒 (5) 校正要求：手动

三、整机组成方框图

时分秒译码显示译码显示译码显示译码显示译码显示译码显示BCD模二计数器BCD模十计数器BCD模六计数器BCD模十计数器BCD模六计数器BCD模十计数器秒脉冲脉冲源整形分频器

四、单元电路设计

设计按以下次序进行

即：脉冲源、整形电路、分频器、计数器、译码、显示器、电源、辅助功能等环节。 由于集成电路的广泛应用，设计计算大大简化，重点是选择成熟的单元电路 1. 脉冲源设计

? 脉冲源是数字计时器的心脏，它能自动不停地产生脉冲信号，以供计时之用，其稳

定性和准确性对计时器起着至关重要的作用。

? 为了脉冲源的稳定性和准确性，常用石英晶体振荡器作脉冲源。一般情况下，晶振

频率愈高，准确度愈高，但所用分频器分频级数愈多，电路愈复杂，耗电量愈大。 ? 本次实习脉冲源电路的反向器由集成电路CD4060内的二个反向器提供。

R.C为时间元件,改变C值可调整晶振器振荡频率,本电路振荡频率为30720HZ。

整形电路设计：

由于晶振器输出的脉冲波形是不太规则的矩形波，要得到有规则的矩形波，须经整形电路整形。脉冲整形电路有：削波器、门电路、双稳态电路、施密特触发器等。图（3）为施密特触发器。

门G1，G2构成基本RS触发器，G3为非门。二极管起电平转移作用，用来产生回差。

2. 分频器设计

分频器可由触发器或计数器承担。一个触发器就是一个二分频器，N个触发器就是2×2×2……分频器；而用计数器分频，则按计数进制进行分频，如十进制计数器就是十分频器，M进制计数器为M分频器。

若晶振频率为32768HZ，要产生1HZ的秒脉冲，需要JK触发器（或计数触发器）的个数为2n=32768HZ，n=15。若用不同进制的计数器串接组成分频器，各计数器的进制等于晶振频率：即M1×M2…M=32768。因此分频器的设计，既可选用单个触发器串接组成，见图（4）；又可设计由不同进制计数器串接组成，见图（5）。本次实习分频器由集成电路CD4060来实现。 见图（6）。

CD4060为十四级二分频电路

本方案是将晶振产生的30720HZ的信号经九级二分频后，得到60HZ的信号作为脉冲源 (时基)信号。即从分开始计时。 3. 计数器设计

计数器是对时钟脉冲进行计时。以触发器为单元电路，根据进制按有权码或无权码来编码，采用有条件反馈原理来构成。

计数器设计步骤：（用触发器）

1、根据设计要求建立原始状态图

2、确定触发器的类型和数目，进行状态编码和分配，画出编码后的状态图 3、求状态方程和输出方程，并检查自启动 4、求驱动方程

5、画逻辑图

本实习直接运用集成电路MM5459内部计数电路。由分频器输出的60HZ时基信号送入MM5459内部计数电路。

当“小时”数的十位为2，个位为3时，只要“分”数位进位时，就应使“小时”数位归零，因此二十四进制计数器采用有条件反馈来设计（十二进制计数器也同理，但应在回零时，发出驱动AM，PM标志的信号。 ）

4. 译码器/驱动器

译码器是将编码器输出的每组二进制代码所代表的特定含义翻译出来，给出相应的输出信号（显示信息）。

用单元电路设计译码器一般过程：

1、设输入、输出代码，并设输出有效电平（高、低） 2、根据逻辑要求及附加条件列真值表 3、化简真值表，得出简化输出逻辑式

4、根据输出逻辑式画出用单元电路组成的译码器

4. 集成译码器/驱动器

本实习使用集成译码/驱动电路MM5459: 它是集译码、驱动电路为一体，60HZ时基信号12或24小时专用集成电路。各管脚功能见图所示。

译码器输出的显示信息经过驱动放大后提供给发光管显示。

图（12）

显示器设计

数字显示器件的种类很多，有荧光管，辉光管，发光二极管，液晶管等。电子数字计时器多选用七段笔划式数码显示器，图7（a）为发亮段，依发亮段不同，可显示0~9十个数字。

以发光二极管LED显示器为例，它的优点是亮度强，清晰，电压低（1.5v-3v)，有红、绿、黄等颜色。缺点是工作电流大，因此需要驱动器来点亮。LED的结构见图7（b）中的发光二极管。

图中R为限流电阻，为了减少显示器的功耗，常常采用间歇扫描，即利用人眼的视觉暂留现象，使应亮段按一定的速率间歇扫描点亮。

LED发光二极管显示屏，有两种驱动方式：一种是共阴极，要求译码器/驱动器输出高电平；另一种是共阳极，要求译码器/驱动器输出为低电平。

? 显示屏说明

由图可知，该显示屏为共阳极电路，要求译码器输出低电平。显示段分两组，实现间歇工作方式。

辅助功能说明

睡眠功能

20脚睡眠输出是直流信号，由18脚启动和关闭，由14脚调整至需要值，最大值59分钟倒计时。

响闹功能

17脚是内部振荡器RC输入端，该振荡信号一是作为外部时基的备用，二是作13闹输出的信号源。18脚有闹启动和闹关闭两种状态，高电平时闹关闭，低电平时闹取消，由电子自锁电路实现。

R8BF2K1F3R2CC5F1QA 电子自锁电路原理：

设初始状态为低电平，Q=0，通过R8使A=0，B=1，Q=0维持不变；此时F1输出高电平通过R2给C5充电，使C点为高电平，C=1。

当按动开关K1一下（闭合后断开），A=C=1，B=0，Q=1，通过R8使A=1，B=0，Q=1维持不变；此时C5上的电荷通过R2至F1输出端放电，使C=0。

再当按动开关K1一下， A=C=0，B=1，Q=0，通过R8使A=0，B=1，Q=0维持不变； C5又开始充电，如此重复。 ? 校时功能

14、15脚是操作控制端，若接高低电平各有不同的功能。值得注意的是所有输出端均为低电平有效。

校时电路原理：

将原计数器（如时、分、秒）的输入端断开，另接入频率较高的脉冲信号（1HZ~3HZ）到输入断，使其快速计数。本实习校时电路只从“分?个位输入，用二种速度校分直到时。

计时脉冲60S计时时个位分十位分个位校时1~3HZ ? 低功耗

为降低功耗，显示电路采用间歇驱动 方式。其原理如下：

输入60HZ的脉冲信号分两路提供给Q2 和Q3， 由于Q2和Q3轮流导通，将分别驱 动两组发光二极管，实现以30HZ的频率 显示笔划从而降低功耗的作用。 D4起降压作用（清屏）。

29 28 26Q3Q2R6BR5D4F4+VC60HZA ? 掉电保护

由电池DC及D5组成，当交流电停电时，直流电源向电路供电，维持计 时，但由于D3的隔断作用不显示，避免再次来电后重新调整，同时可降低 功耗。按动开关K5可短暂显示。

? 冒号（秒显示）

秒信号以冒号形式表示。由F5、F6组成的秒信号发生器产生秒信号，经Q4驱动放大后提供给发光二极管显示冒号。

五、电路原理总图

印制电路板：

六、电路的装配及调试

? （1）同学们需按电路的原理图，绘制出接线图。 ? （2）清查元器件个数。

? （3）用“万用表”检测元器件质量的好坏。

? （4）把元器件焊接在印制电路板上。

? （5）装配完后，同学们应该相互检查，改正错误。 ? （6）测试各点的工作电压，以判断其工作是否正常。 ? （7）因为该电路采用了大规模集成电路无需调整工作点，所以只需使用相应的功能

开关检验计时器的显示情况。

故障分析及排除

? 整机安装完毕后，若发现显示异常或其他故障，要学会根据电路原理分析判断故障

的问题所在，并将其排除。 总结：

附：十进制加法计数器

1. 电阻标称值（E24系列）

1.0；1.1；1.2；1.3；1.5；1.8；2.0；2.2；2.4；2.7；3.0；3.3；3.6；3.9；4.3；4.7；5.1；5.6；6.3；6.8；7.5；8.2；9.1；9.8。 电阻阻值为：

标称值×10 n（单位Ω、kΩ或MΩ）

2. 电阻功率标称值 1/16W（0.0625W）； 1/8W（0.125W）； 1/4W （0.25W）； 1W； 2W； 3W； 5W； 10W 等。

1/2W（0.5W）；

1. 电阻标称值（E24系列）

1.0；1.1；1.2；1.3；1.5；1.8；2.0；2.2；2.4；2.7；3.0；3.3；3.6；3.9；4.3；4.7；5.1；5.6；6.3；6.8；7.5；8.2；9.1；9.8。 电阻阻值为：

标称值×10 n（单位Ω、kΩ或MΩ）

2. 电阻功率标称值 1/16W（0.0625W）； 1/8W（0.125W）； 1/4W （0.25W）； 1W； 2W； 3W； 5W； 10W 等。

1/2W（0.5W）；

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