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1、上饶职业技术学院电子工程系课程设计 课程名称：电子技术应用模块 题目名称：数字钟兼钟控定时器 年 级：_06级_ 学生专业：应用电子技术学生学号：ZD06010037 26 指导教师：学生姓名： 技术职称：高级工程师2008年5月30日课程设计任务1 课程名称 电子技术应用模块2 课程性质 必选专业课3 适用年级 06级4 适用专业 应用电子技术5 设计题目 数字钟兼钟控定时器的设计6 实验要求 选开7 选题要求 最多组数3组 每组最多人数2人8 指导老师 吴国辉 职称 高级工程师9 设计目的9.1 进一步掌握模拟电子技术，数字电子技术等课程的知识在本课程设计中的应用；9.2 熟悉电路的设计过
2、程及设计方法；9.3 掌握课程设计的基本过程和课程设计报告的撰写方法。10 设计要求10.1 设计一个数字钟兼钟控定时器；10.2 能显示时间、包括AM、PM小时（12小时24小时）；10.3具有整点报时功能，白天报时整点时唱一首歌，夜间不报时；进一步掌握模拟电子技术，数字电子技术等课程的知识在本课程设计中的应用；10.4 能当闹时使用，并具有调整时，分的功能；10.5具有59分内任意时间倒计时定时功能。11 课程设计的进度安排11.1 2008年5日 1日，完成初稿；11.2 2008年5月18日30日，上交课程设计报告及实验样品。12 参考书目12.1 黄永定 主编 电子线路实验与课程设计
3、 北京 机械工业出版社 2005.8；12.2 谢自美 电子线路设计、实验、测试 武汉 华中科技大学出版社 ；12.3 高吉祥 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程 北京 电子工业出版社 2000年 。13 任务书下达时间 2008年4月28日课程设计评分标准（选开实验）姓名： 年级：06 级 专业：应用电子技术 班级：1班 总分：考核项目平 时 成 绩设 计 报 告总成绩考核内容态度、纪律（20%）设计报告书写和水平（80%）考核环节团结协作有钻研精神爱护公物文明卫生遵守纪律和制度摘要符合要求、语句通顺、内容充实、图表和曲线清晰符合规范、文字规范。方案选择、论证、设计、计算正确。分值66880
4、100评分评分教师： 评分时间： 年月 日课程设计评分标准（选开实验）姓名： 年级：06 级 专业：应用电子技术 班级：1班 总分：考核项目平 时 成 绩设 计 报 告总成绩考核内容态度、纪律（20%）设计报告书写和水平（80%）考核环节团结协作有钻研精神爱护公物文明卫生遵守纪律和制度摘要符合要求、语句通顺、内容充实、图表和曲线清晰符合规范、文字规范。方案选择、论证、设计、计算正确。分值66880100评分评分教师： 评分时间： 年月 日课程设计报告年级06级 专业 应用电子技术 班级1班 姓名 陆燕英 汪星莲指导老师 吴国辉 职称 高级工程师课程名称 电子技术应用模块课程性质 必选专业课设计
5、项目 数字钟兼钟控定时器的设计实验要求 选开1 设计目的1.1 进一步掌握模拟电子技术、数字电子技术等课程的知识在本课程设计中的应用；1.2 熟悉电路的设计过程及设计方法；1.3 掌握课程设计的基本过程和课程设计报告的撰写方法。2 设计要求2.1设计一个数字钟兼钟控定时器；2.2能显示时间、包括AM、PM小时（12小时24小时）；2.3具有整点报时功能，白天报时整点时唱一首歌，夜间不报时；2.4 能当闹时使用，并具有调整时，分的功能；2.5具有59分内任意时间倒计时定时功能。3 课程设计的进度安排3.1 2008年5月9日17日，完成初稿；3.2 2008年5月18日30日，上交课程设计报告及
6、实验样品。数字钟兼钟控定时器的设计摘要 数字钟是采用数字电路实现时、分、秒数字显示的计时装置。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的使用，使得数字钟的精度、稳定性远远超过了机械式钟表。数字钟不仅能显示时间，还兼有定时器的功能。关键词 计数器 频率计 数字钟引言 自从产生了宇宙以来，时间和空气便伴相聚随而来。时间与我们每一个人都有着密不可分的关系，每个人都受到时间的影响。人类伊始，时间就掌控着我们的生存与发展，因此我们必须对时间有一个度量，让我们准确的掌握时间。计时工具的出现，它使时间与人的关系产生了改变，时间成了我们手里可以支配的东西。它的发展是非常迅速的，从原始的水滴、沙漏到机械式钟表到现
7、在普通用到的电子式钟表，尽管它们有简单或是繁复的外形，但是它们都只有只是完成一个任务计时功能。本次制作的数字钟兼控定时器主要采用LED数码达到对时间的显示，由60HZ信号产生电路、时钟IC、LED显示、整点报时电路、定时定闹电路、 控制电路等构成，完成一个具有整点报时、调整时，分等功能。运用数字电路设计出来的数字钟兼钟控定时器，不仅具有性能好、可靠性好、价格优惠等优点，还具有很强的市场竞争力，因而获得广泛应用。1方案论证数字钟可用中小规模集成电路制作，也可用大规模集成电路制作。若用中小规模集成电路制作，至少需要振荡器、分频器、计数器、显示器等电路，所用的元器件较多，仅计数器就需要好多块，虽然原
8、理简单，但所画出的原理图比较复杂，功能单一。如果用时钟专用的大规模集成电路制作。电路相对比较简单。如果仅显示时间之用，只需振荡器、时钟集成电路和显示器就能实现。因此本课题采、用时钟专用的大规模集成电路来设计制作。 数字钟专用集成电路有多种，有的没有定时功能，有的只有单定时功能。而本课题要求具有双定时功能，通过查找资料可知，选择集成电路LM8364较为合适。 LM8364除了用做数学钟外，还可兼做钟控定时器。这种钟控定时器具有24任意时间开、任意时间关、1h定时输出等功能，适合家庭某些电器每天一次的自动控制。用LM8364S设计的数字钟兼钟控定时器，电路简单，实用可靠，走时准确，制作容易。 数字
9、钟由60HZ信号产生电路、时钟IC、LED显示、整点报时电路、定时定闹电路、 控制电路等组成。数字钟兼钟控定时器框图1所控制电路整点报时电路60HZ信号产生电路时钟ICLED显示器定时定闹电路 图1 数字钟兼钟控定时器框图 图2 LM8364引脚功能11 时钟集成电路LM8364LM8364是日本三洋公司的产品，是采用PMOS工艺制成的大规模集成电路，电源电压范围宽（直接驱动LED显示，电源为6516V，驱动荧光数码管显示，电源为6512V）。LM8364的引脚如图2所示。LM8364具有如下特点：除实时显示“时/分”外，还可显示“月/日”；可按12h或24h方式工作，12h系统带有AM/PM
10、显示；可设置两个报警输出；有减法计时的定时功能，最大定时59min；在出现电源断电等故障时可全位“闪烁”显示。CR输入32级分频振荡12/24h选择月计数日计数50或60成形50/60Hz输入码交 换及输出驱动50/60Hz选择秒计数分计数时计数s Is报警输出报警比较报警与倒计时电路报警1关报警2关报警1时计数打盹报警1分计数倒计时输出倒计时减计数报警2分计数报警2时计数调h调min报警1显示报警2显示s显示倒计时显示 图3 LM8364内部电路框1.3 LM8364功能1)1脚CR输入：1脚输入 RC=150KR6800pF时，则产生f0=1600Hz的振荡，经内部32级分频后得到50Hz
11、的时钟信号；1脚输入RC=130KR6800pF时，则产生f0=1920Hz的振荡，经内部32级分频后得到60Hz的时钟信号。用50Hz交流电源时，工频50Hz可作为时钟输入。2）4脚12/24h选择：悬空为12h工作，连接VDD为24小时（利用AM与PW及10小时b/a端）。3）6脚50/60Hz选择：悬空为12h工作，；连接VDD时用50Hz工作。 4）10脚秒显示输入：按SB6，分钟位置显示数字（功能示意图如图4所示）。5）18脚打盹输入：按SB7，显示“月/日”，且使两个报警输出停10分钟。6)8脚调小时：按SB2，可调小时。7）9脚调分钟：按SB3，可调分钟。8）5脚定开输入：按SB
12、1，显示定开时间，同时按SB2，可以调定开时间的“小时”时间；按SB1的同时按SB3，可以调定开时间的“分钟”时间。9）11脚定关输入：按SB4，显示定关时间，同时按SB2，可以调定关时间的“小时”时间；按SB4的同时按SB3，可以调定关时间的“分钟”时间。10）12脚倒计时输入：按SB5，显示59min，同时按SB3，可以调倒计时时间。倒计时间可设置为159min的某一数. 11）定开功能：到定开时间，42脚输出高电平，此时若按打盹输入SB7，则42脚输出变为低电平，维持10min后又变为高电平。42脚输出的高电平维持59min后自动变为低电平。当42脚为高电平时，按报警1关闭输入SB8，4
13、2脚变为低电平。12）定关功能：到定关时间，17脚输出高电平，此时若按打盹输入SB7，则17脚输出变为低电平，维持10min后又变为高电平。17脚输出的高电平维持59min后自动变为低电平。当17为高电平时，按报警2关闭输入SB9，17脚变为低电平。13)计时功能:按SB5，15脚输出高电平，到倒计时时间后，15脚输出变为低电平。为配合LM8364，应采用内部为共阴极且为单阴极连接的发光二极管显示屏，共阴单阴极LED显示屏的第一脚为公共阴极。2 电路设计2.1 60HZ信号产生电路数字钟走向是否准确在于60HZ信号的精确度。LM8364的第一脚可外接RC产生50/60HZ信号，用此方法精度较低
14、。图4所示的3种电路能产生60HZ精密信号。图4a的集成电路为MM5369；图4b用CD4060和与非门CD4012构成，用MM5369电路虽然方便，但CD4060比MM5369更容易买到；图4c用CD4060和反相器组成，CD4060是12级脉动进位二进制计数分频电路，其12脚Q8输出频率f60.01465201HZ，其误差Q2.44210。本数字钟采用图所示的电路作为时钟信号。a)b)c)图4 60HZ信号产生电路 CD4060为14位二进制串行计数器/分频器，其内部带有振荡器，可外接电阻和电容构成振荡器，也可以通过外接晶体构成高精度的振荡器。CD4060有14级计数级，但只引出10个输出
15、端。CD4060还有一个公共的清零端加一个高电平或正脉冲，即可使计数器输出全部为“0”电平，并迫使振荡器停振。CD4060外接32768HZ的晶体和电阻产生32768HZ的振荡信号，经内部电路分频后从13脚输出64HZ的信号，从CD4046的第3，2，1，5脚取出Q14（2HZ），Q13（4HZ），Q12（16HZ），Q10（16HZ）四个信号，使其每半秒封锁第2个与非门G2两次（即每秒可去掉4个脉冲），从而输出精密的60HZ信号。其工作波形如图所示。2.2 整点报时电路当数字钟显示59min变为00min，应整点报时。根据分析，十分位显示数字2，3，4，5时，十分位的g端始终是亮的；十分位显
16、示数字0与1时，十分位的g端是不亮的。因此，十分位的g端由亮变不亮只发生在59min变为00min时，这样就可用十分位的g端作为整点报时电路的触发信号。数字钟兼钟控定时器原理图如图所示。图中没标型号的二极管为IN4148，电解电容的耐压为16V整点报时由NE555构成的单稳态电路来控制。当十分位的g端变为不亮时，经微分限幅后触发IC1的第二脚，IC1的第三脚输出高电平，除法音乐片，奏响一首歌后停止。由于第三脚的输出接有光敏电阻，因此白天光敏电阻的阻值小，可触发音乐片，夜晚光敏电阻的 阻值很大，不能触发音乐片。没有触发时IC1的第二脚电压大于VDD/3（由R1，VD1，R2决定）第三脚输出低电平
17、假设忽略二极管的VD1的压降，根据IC1的第二脚电压要求，应满足R1/（R1+R2）1/3 即2R1R2 取R2为51K，但R1取值不能过大，否则整点时将无法触发单稳态电路，这里取R1为30KR3与C2的取值应保证输出暂稳态的时间tp小于音乐片一首歌的时间，这里取R3为30K，C2为33uF/16V的电解电容，则tp为tp=1.1R3C2=1.13010003310-6S=1.1S 音乐片选择HL9300F，R6选390光敏电阻选择暗暗电阻大于10M的元器件。2.3 定时定闹电路 根据双定时功能，如定开时间到，则继电器常开触点闭合，如定关时间到，则继电器常开触点断开。定时定闹电路应为RS或JK
18、触发器，图中IC3A和IC3B构成基本RS触发器，C8和C34组成微分电路（它们的取值要根据经验来定），从而保证电源接通瞬间或非门IC3的第1脚为高电平，第3脚输出低电平，三极管VT截止，蜂鸣器不会响，继电器不会吸合。当定开定闹的时间到时，数字钟集成电路LM8364的第42脚输出高电平，使RS触发器置高电平，IC3的第3脚输出高电平，蜂鸣器响，继电器吸合。当定关时间到时，LM8364的第17脚输出高电平，RS触发器复位，VT1截止，继电器断开。倒计时：按SB5，LM8364的第15脚输出高电平，同时按SB3，则调整倒计时时间，第15脚输出的高电平使VT1导通 ，继电器吸合；当倒计时时间到时，第
19、15脚输出低电平，继电器断开。2.4 误报时控制电路VD1VD15和IC5及或非门是为了防止调整时间时产生误报时、继电器误动作 或钟误闹。调小时/分钟、调定开/定关时间、调倒计时间可能会出现十分位的g段由亮变不亮的情况。为了防止误报时，调时间时，触发IC5的第2脚，由IC5构成的单稳态电路的输出反相后使IC1复位，从而不能触发音乐片。调各种时间时可能经过定开/定关的时间，为了防止蜂鸣器误响或继电器误动作，调时间时，IC5的第3脚输出的高电平加到LM8364的第14脚和第16脚，从而保证开输出和定关输出为低电平，使VT1截止，保证继电器不会误动作，蜂鸣器不响。R32与C9的取值方法与R3与C2相
20、同，时暂稳态的时间取12min。整点报时和定闹共用一个蜂鸣器，整点报时蜂鸣器唱歌，定闹时蜂鸣器发出蜂鸣声。3系统电路4.调试方法1) 接通电源，观察显示屏上的秒点是闪烁，用频率计测量计测试LM8364的第7脚输入信号的频率是否为60HZ。2) 按SB2,观察能否调“小时”(按住SB2可快调“小时”): 按SB3,观察能否调分钟。3) 整点报时按SB3,将分钟设置59MIN,然后听一下分钟从59MIN变00MIN时蜂鸣器能否奏一首歌。若不能,用万用表测IC1的第2脚电压,分钟从59min变为00min时，第2脚电压，分钟从59min变为00min时，第2脚电压应从高电平变为低电平，IC1的第2脚
21、输出应从低电平变为高电平。若IC1的第3脚能从低电平变为高电平，再检查音乐片电路，测量音乐片的电源电压是否为3V、音乐片及音乐片上所焊的三极管是否烧坏、蜂鸣器是否损坏。不能整点报时的主要原因是IC1的第2脚没有负脉冲触发信号，可通过调整R1和R2的阻值之比使负脉冲触发第2脚。没有触发时IC1的第2脚电压应大于VDD/3，触发时应小于VDD/3。本电路中对R1,R2的阻值要求比较严格。另一主要原因是音乐片烧坏。由于音乐片比较容易烧坏，因此一定要检查音乐片的电源电压是否为3V（不能太高），而且触发端的电压也不能太高。 4）定开/定关，按SB1设置定开时间，按SB4设置定关时间。定开时间到时，用万用
22、表测LM8364的第42脚电压应为高电平，测IC3的第3脚电压应为高电平，三极管VT1导通。SB6闭合（波段开关处于定时位置）时，继电器吸合，SB7闭合时，蜂鸣器叫。定关时间到时，测LM8364的第17脚，其输出应为高电平，而且RS触发器复位，三极管VT1截止，继电器断开。5） 倒计时按SB5，用电压表测LM8364的第15角输出为高电平，继电器吸合。按SB5同时按SB3，可设置倒计时时间，倒计时时间到时，再测LM8364的第15脚电压是否为低电平，此时继电器断开。6） 调整分钟时间，使分钟时间经过59min和00min（如原来时间为AM2:30,现调整为AM3:10）,听蜂鸣器是否唱歌。闭合
23、SB7（拨段开关处于定闹位置），设置定开时间，使时间经过定开时间（如原来时钟时间为AM2:30,设定开时间为AM4:30,将时钟时间改为AM5:40）,听蜂鸣器是否鸣叫。用同样的方法设置定关时间，调整时钟时间，使时钟时间经过定关时间，测量LM8364的第17脚电压是否为低电平。以上各项调整完毕后，观察数字钟走时是否准确，这项工作需要较长时间（如1个月或3个月或更长时间）才能完成。如果走时不准，可调节微调电容进行调整。根据长期实践，利用图制作的数字钟兼钟控时器，走时准确，工作可靠，整点报时时间为早上7点至傍晚7点。5.小结本电路所设计的数字钟是采用数字电路实现时、分、秒数字显示的计时装置。由于数
24、字集成电路的发展和石英晶体振荡器的使用，使得数字钟的精度、稳定性远远超过了机械式钟表,同时由于使用了PMOS工艺制成的大规模集成电路，因此用LM8364设计的数字钟兼钟控定时器，电路较简单，实用可靠，走时准确，但由于设计时，有些阻值电容取值不是很理想，出现一点点偏差，在调试过程中修整以后，基本上实现了所要求的功能。6. 参考书目7.1 黄永定 主编 电子线路实验与课程设计 北京 机械工业出版社 2005.87.2谢自美 电子线路设计、实验、测试 武汉 华中科技大学出版社 7.3高吉祥 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程 北京 电子工业出版社 2000年 元件清单序号名称型号规则单位数量位号1电
25、阻4.7K只2R35 R362电阻5.1K只1R43电阻20K只1R334电阻30K只2R1 R35电阻51K只1R26电阻100K只1R347电阻1M只1R318电阻3M只1R319电容.103只3C1 C3 C1010有解电容33uF只5C2 C5 C8 C7 C911有解电容4.7Uf/16v只1C412二极管IN4007块15VD1VD1513三极管9013块1VT114晶振32.768HZ块1JT15四-2输入与非门4002块2IC6A IC6B16与非门4001块4IC3AIC3D17锁相环4046块1IC218集成电路LM8364块1IC419555振荡NE555块2IC1 IC
26、521开关5SB1SB5心得体会通过这次课程设计我学到了很多东西，尤其是做好一件事实在是不容易，特别是在准备不足的情况下，更是难上加难。幸运地是在课程设计过程中我得到了广大老师和同学的帮助，特别是得到了吴国辉老师的大力支持与讲解！他严谨的治学态度和对问题的分析方法以及解决问题方法，使我一生受用！同时我也学会了怎么在浩瀚如海的大堆资料里搜集自己所需要的东西，怎样与人沟通去完成一件事。 然而我也看到了自身地不足，专业知识不是很过硬，缺乏对问题地分析能力，因此从现在开始我要认真地学好专业知识以及其他相关知识，充实自己。致谢词感谢我们的导师吴国辉老师，他渊博的知识，严肃的科学态度，严谨的治学精神，灵活的思维方式，耐心、细致的指导，给予了我们莫大的帮助和支持。您循循善诱的教导和不拘一格的思路，给予我们启迪，使我们在自己的学业上更上一层，丰富了我们的经验，充足了我们的知识，再次致谢我们的导师吴国辉老师
