数模混合设计报告

数模报告

时钟电路的设计与制作

成都理工大学工程技术学院

专业：电子信息科学与技术

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指导教师：

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日期：

计时电路设计原理与制作

一、设计任务

设计并制作一个60秒计时电路，要求自制直流稳压电源，能够提供给数字时钟+5V的电压。同时具有手动复位的功能，能够产生一个1Hz的秒计时脉冲。并且具有进位功能能够显示出完整的24小时制的时钟电路，同时具有手动校时电路，能够对计时电路手动校正时间，校时电路包括对分、时校时。设计并仿真出时、分电路。

1、模拟电路部分设计要求

（1）制作输出电压可调的直流稳压电源，输出电压范围为 1.25～15V，通过电位器调节至5V。

（2）该直流稳压电源可供数字电路正常工作。

2、数字电路部分设计要求

（1）设计一个具有“时”、“分”、“秒”显示的电子钟（23小时59分59

秒）如图，应具有校时功能。

时分秒

..

..

二、设计思路

1、直流稳压电源：为时钟电路提供一个+5V 的电压，驱动时钟电路的正常工作。

2、脉冲产生模块：能够产生秒脉冲信号，从而实现对计时模块的控制。

3、计时循环模块：能够对时钟脉冲计数，并且能够对计数电路自动复位。

4、译码显示模块：用数码管将计数循环电路模块的状态转换为数字显示出来。

5、秒控制模块：实现对秒计时器的复位功能。

6、时、分校时模块：能够实现对电路中的时、分显示进行校时。

三、设计方案

1、直流稳压电源：通过变压器将220V的家庭用电降为电压更低的正弦交流电（如22V），然后通过电桥（整流电路，利用单向导电性能的整流元件）将正负交替变化的正弦交流电压转换成单方向的脉动直流电压，通过滤波电路尽可能的将单向脉动直流电压中的脉动部分（交流分量）减小，使输出电压成平滑的直流电压。再通过稳压芯片使输出的直流电压在电源发生波动或负载变化时保持稳定。常用的稳压芯片有7815、7805、7809、LM317等。

2、多谐振荡电路：多谐振荡器是一种能够产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波形发生器。多谐指矩形波中除了基波成分外，还有高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。具体地说，如果开始时多谐振荡处于0状态，那么它在0状态停留一段时间后将自动转入1状态，在1状态停留一段时间后又将自动转入0状态，如此周而复始，输出矩形波。通过对电容、电阻的计算来确定1秒的脉冲信号，实现对计数器的时钟控制，多谐振荡器在接通电源以后，不需要外触发信号，便能够自动产生矩形脉冲。多谐振荡器又很多种，例如对称

式多谐振荡器，非对称式多谐振荡器，石英晶体多谐振荡器，555定时器构成的多谐振荡器等。

3、计数器：计数器由触发器组成的时序电路，其功能式用触发器的状态记录输入端的时钟脉冲个数，它通常用于计数、分频、定时及产生数字系统的节拍脉冲灯，如40110、74LS160、74LS161、74LS190、74LS192等。

4、译码显示：常用的数码管有4输入和7输入的，计数器产生的二进制数字信号点亮数码管上的8段LED，从而更直观的形式显示出计数电路的BCD值。

5、秒控制：手动的给秒计数器一个复位信号，及在秒脉冲计数器的复位端手动的给一个高电平（这在后期制作电路板实物是会用到）。

6、时、分校时电路：能够手动的调节时、分电路的计数数值，从而通过数码管显示，及手动给入时、分计数器一个脉冲信号达到调节时、分计数器的计数。并通过数码管直观的显示出时间。

四、器件的选择

一、直流稳压电源

本次设计任务要求能够输出一个电压可以在1.25V~15V范围能可调节的电压，故选用LM317稳压芯片，通过电阻阻值来调节输出电压的大小，LM317是一个可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2V~37V时能够提供超过1.5A的电流，使用方便、应用广泛的集成稳压块，而且价格相对便宜。

稳压电源的输出电压可用图上的公式计算出来，但R1和R2的阻值不能随意设定，首先V0=1.25V~37V（高输出电压的317稳压块，其输出电压范围是V0=1.2V~15V），所以R2/R1的比值范围只能是0~28.6。

二、时钟电路

1、多谐振荡电路

与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电

子测量及自动控制等方面。

密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪

器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的功能

主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放

电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。

表1 555定时器的功能表

二、计数器

40110 为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能。40110 有2 个计数时钟输入端CPU 和CPD 分别用作加计数时钟输入和减计数时钟输入。由于电路内部有一个时钟信号预处理逻辑，因此当一个时钟输入端计数工作时，另一个时钟输入端可以是任意状态。40110 的进位输出CO 和借位输出BO 一般为高电平，当计数器从0～9 时，BO 输出负脉冲；从9～0 时CO 输出负脉冲。在多片级联时，只需要将CO 和BO分别接至下级40110 的CPU 和CPD 端，就可组成多位计数器。

三、时钟循环计数器

CD4017是5位Johnson计算器，具有10个译码输出端，CP，CR，INH输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH为低电平时，计算器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR为高电平时，计数器清零。Johnson 计数器，提供了快速操作，2输入译码选通和无毛刺译码输出。防锁选通，保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。

D4017引脚功能：CD4017内部是除10的计数器及二进制对10进制译码电路。CD4017有16支脚，除电源脚VDD及VSS为电源接脚，输入电压范围为3–15V之外，其余接脚为：A、频率输入脚：CLOCK(Pin14)，为频率信号的输入脚。B、数据输出脚：a、Q1-Q9(Pin3，