石英数字钟课程设计PPT课件

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1、1石英数字钟石英数字钟第1页/共36页2 要求显示要求显示： 时、分、秒（上午、下午）时、分、秒（上午、下午） 小时用“12翻1”，分钟按“60进位”。 响闹要求响闹要求：定时响闹：定时响闹 电源要求：电源要求：交、直流供电（数据保持），低功耗交、直流供电（数据保持），低功耗 误差要求：误差要求：每天小于每天小于5秒秒(5)(5) 校正要求：手动校正要求：手动 第2页/共36页3 第3页/共36页41.系统工作原理 振荡器产生稳定的高频脉冲信号作为数字钟的时间基准(60s) ，再经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器计满60秒后向分计数器进位，分计数器计满60分后向小时计数器进位，用计数器按照“12

2、翻1”的规律计数。计数器的输出经译码器送至显示器。若计时出现误差时，则可以用校时电路进行校时、校分、校秒。第4页/共36页5第5页/共36页6BCD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模十计数器译码显示译码显示译码显示译码显示译码显示译码显示时分秒脉冲源整形分频器秒脉冲第6页/共36页72.电路原理：见原理方框图（1） 变压器将交流220V电压，变为双7.5V交流低电压，经全波整流后路经D4供显示屏驱动电路，而另一路经滤波后供主电路。由于时钟需要脉冲源，我们选用了JT，R1，C3和CD4060内部的两个反相器组成的晶体振荡器，目的是为了提脉冲源的稳定

3、度，而脉冲源产生的波形不是规则的矩形波，因此，需经整形器整形后，送到下一级，由于脉冲信号源的频率较高，经CD4060九级分频及计数后变换低频脉冲信号。由13脚得到60HZ的脉冲信号一路送入MM5459的19脚， 另一路去控制由F4，Q2，Q3组成的显示屏驱动电路。由于F4的反相作用，使Q2，Q3和时基信号交替导通，形成间歇点亮显示屏，使它工作在正常状态。 当60HZ的信号从MM5459的19脚进入后，由控制电路各部分电路的正常工作经译码与驱动电路去控制显示屏各个应亮的端。 F1，F2，F3，R2，R8，C5，K1组成了一个“电子自锁式开关”，每控一次K1，F2的输出状态会改变，一路去控制MM5

4、459的18脚，另一路去驱动显示屏右下点的发光二极管以指示该功能的工作状态。“亮”表示“闹钟时间已设置”，“灭”表示“闹设置取消”。 R7，Q1，FMQ组成闹输出放大电路，控制信号由MM5459的13脚输出。当响闹时，按下K5可使闹暂停并延时九分钟再闹，还可多次使用报时延时，响闹总时长59分钟。 第7页/共36页8 设计按以下次序进行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第8页/共36页91.1. 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

5、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由集成电路CD4060内的二个反向器构成。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。第9页/共36页101.脉冲源设计 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

6、。二极管起电平转移作用，用来产生回差。第10页/共36页112.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222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M1M2M=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CD40

7、60来实现。 见图（6）。第11页/共36页122.分频器设计 CD4060为十四级二分频电路 本方案将晶振产生的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。第12页/共36页133.计数器设计 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 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。 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

8、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。 ）第13页/共36页14第14页/共36页154.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第15页/共36页

9、16图（7） 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。4.集成译码器/驱动器第16页/共36页17MM5459集成电路简介 它是集译码/驱动电路为一体，它是60HZ时基24小时专用集成电路，见图7。1-4，6-12，22十三个端子是显示笔划输出的，1脚是四个笔划，其余每脚输出二个笔划，16脚为正电源，5脚为负电源，20脚睡眠输出是直流信号，由17脚动和关闭，由13脚调整至需要值，最大值59分钟倒计时。17脚是内部振荡器RC输入端，该振荡信号一是作

10、为外部时基的备用，二是13闹输出的信号源。在我们选用的这套套件没有用20脚的睡眠功能。19脚为时基信号输入脚。14、15、18脚是操作控制端，若接高低电平各有不同的功能。值得注意的是所有的输出端均为低电平有效。第17页/共36页185. 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09十个数字。 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

11、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。第18页/共36页19 显示屏说明5. 显示器设计 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。第19页/共36页20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

12、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。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。QCBK1R2R8F1F2F3C5A第20页/共36页21辅助功能说

13、明 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（1HZ3HZ）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校时计时时个位分个位分十位13HZ第21页/共36页22辅助功能说明 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）。R62

14、9 28 2660HZR5F4Q2Q3D4A+VCB第22页/共36页23辅助功能说明 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） 由于MM5459无秒信号输出，故用F5，F6，R3，R4，C4组成秒信号发生器，经Q4去驱动放大后提供给发光二极管显示中间的“冒号”闪动显示冒号。 第23页/共36页24（1）确定整流二极）确定整流二极管（全波整流）管（全波整流）6. 6. 整流滤波电路设计额定整流电流：最高反向工作电压：05 . 0 IIDM22UURM

15、2第24页/共36页25（2）确定滤波电容）确定滤波电容容量：LRTC2)53(100IURL耐压：05 . 1 UU式中，T = 10 ms （全波脉动电流周期）6. 6. 整流滤波电路设计第25页/共36页26五、电路原理总图五、电路原理总图第26页/共36页27印印制制电电路路板板第27页/共36页28六、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

16、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。第28页/共36页29六、电路的装配及调试 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。故障分析及排除第29页/共36页30七、实习报告内容七、实习报告内容 （1）撰写课程设计报告。 a.要求结合电路原理，分析电路及电路故障。 b.结合实习，谈谈素质教育对你的影响。 c.谈谈实习对今后工作的影响，以及今后的打 算。 （2）准备答辨。第30页/共36页31电阻标称值（电阻标称值（E24系列）系列）1.0；1.1；1.2；1.3；1.5；1.8；2.0；2.2；2.4；

17、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、k或M）第31页/共36页32使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有！第32页/共36页33使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有！第33页/共36页34使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有！第34页/共36页35电阻功率标称值电阻功率标称值1 / 1 6 W （ 0 . 0 6 2 5 W ） ；） ； 1 / 8 W（0.125W）；）； 1/4W （0.25W）；）； 1/2W（0.5W）；）； 1W； 2W； 3W； 5W； 10W 等。 第35页/共36页36感谢您的观看！第36页/共36页