數(shù)字時(shí)鐘基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　物理與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　數(shù)字鐘設(shè)計(jì)</b></p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　專　　業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化</p><p>　

2、　指導(dǎo)教師 </p><p>　　成 績(jī) </p><p>　　日　　期 2013.4.26 </p><p><b>　　數(shù)字鐘設(shè)計(jì)</b></p><p>　　摘要：數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的顯示裝置，與機(jī)械

3、式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。目前，數(shù)字鐘的功能越來(lái)越強(qiáng)，并且有多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。數(shù)字鐘適用于自動(dòng)打鈴、自動(dòng)廣播，也適用于節(jié)電、節(jié)水及自動(dòng)控制多路電器設(shè)備。它是由數(shù)子鐘電路、定時(shí)電路、放大執(zhí)行電路、電源電路組成。為了簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，數(shù)字鐘電路與定時(shí)電路之間的連接采用直接譯碼技術(shù)。具有電路結(jié)

4、構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、使用壽命長(zhǎng)、更改設(shè)定時(shí)間容易、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。從有利于學(xué)習(xí)的角度考慮，這里主要介紹以中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)數(shù)字鐘的方法。</p><p>　　關(guān)鍵詞：計(jì)時(shí) 自動(dòng) 譯碼 顯示</p><p>　　1　引言：近年來(lái)隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，各種中、大規(guī)模集成電路在數(shù)字系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信號(hào)處理等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。本次課程設(shè)計(jì)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)基本電路的應(yīng)

5、用和掌握，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)原理的指導(dǎo)下，初步具備基本電路的分析和設(shè)計(jì)能力，并掌握其應(yīng)用方法；自行擬定實(shí)驗(yàn)步驟，檢查和排除故障 、分析和處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果及撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)目的是培養(yǎng)學(xué)生初步掌握小型數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，包括選擇設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試等環(huán)節(jié)，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、提高實(shí)驗(yàn)技能的實(shí)踐。</p><p><b>　　2　方案論證： </b></p>

6、<p><b>　　2.1方案一</b></p><p>　　以石英晶體振蕩器為核心的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，原理圖如下:</p><p><b>　　2.2 方案二 </b></p><p>　　以555定時(shí)器為核心的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，原理圖如下:</p><p>　　從以

7、上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用了方案二。</p><p><b>　　3 結(jié)果與討論</b></p><p>　　3.1 元器件介紹</p><p>　　3.11 與非74LS00</p><p>　　3.12 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160</p>&

8、lt;p>　　3.13 譯碼器74LS48 </p><p>　　3.14 共陰極7段數(shù)碼管</p><p>　　陰極接地，在相應(yīng)段的陽(yáng)極接上正電源，該段即會(huì)發(fā)光。LED的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。</p><p>　　3 .2 數(shù)字鐘總體設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)字電子鐘需要顯示“時(shí)”、“分”、“秒”，它的

9、周期為24小時(shí)，“時(shí)”采用二十四進(jìn)制，“分”采用六十進(jìn)制，“秒”采用六十進(jìn)制。由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路，為“秒”計(jì)時(shí)器的個(gè)位提供周期為1s的方波脈沖，“秒”計(jì)時(shí)器通過(guò)串聯(lián)進(jìn)位方式與“分”位、“時(shí)”位進(jìn)行連接，計(jì)時(shí)器芯片為74LS160,再通過(guò)譯碼芯片74LS48，與數(shù)碼管進(jìn)行連接，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，總框圖如圖</p><p>　　3.3 數(shù)字鐘原理設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.

10、1 脈沖產(chǎn)生電路</p><p>　　由555多諧振蕩器電路產(chǎn)生，兩個(gè)電阻均為47K，電容分別為0.01uF，10uF</p><p>　　3.3.2 時(shí)間計(jì)數(shù)電路</p><p>　　一般采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器如74HC290、74HC390、74LS160等來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。本次設(shè)計(jì)中選擇74LS160。</p><p>　　

11、秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無(wú)需進(jìn)制轉(zhuǎn)換1Hz秒輸入即可。</p><p>　　秒十位計(jì)數(shù)單元為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將10進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路連接方法如圖所示 </p><p>　　十進(jìn)制-六進(jìn)制轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　分與秒計(jì)數(shù)單元相同；但是，整個(gè)時(shí)計(jì)數(shù)單元應(yīng)為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，不是１０的整數(shù)倍，因此需將個(gè)位和十位計(jì)數(shù)單元合并為一個(gè)整

12、體才能進(jìn)行24進(jìn)制轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3.3.3 校時(shí)電路</p><p>　　數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中。即為用COMS與或非門實(shí)現(xiàn)的時(shí)或分校時(shí)電路，In1端與低位的進(jìn)位信號(hào)相連；In2端與校正信號(hào)相連，校正信號(hào)可直接取自分頻器產(chǎn)生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信號(hào)；輸出

13、端則與分或時(shí)個(gè)位計(jì)時(shí)輸入端相連。當(dāng)開(kāi)關(guān)打向上時(shí)，因?yàn)樾Ｕ盘?hào)和0相與的輸出為0，而開(kāi)關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號(hào)可以順利通過(guò)與或門，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)開(kāi)關(guān)打向下時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。</p><p>　　實(shí)際使用時(shí)，因?yàn)殡娐烽_(kāi)關(guān)存在抖動(dòng)問(wèn)題，所以一般會(huì)接一個(gè)RS觸發(fā)器構(gòu)成開(kāi)關(guān)消抖動(dòng)電路，所以整個(gè)較時(shí)電路如下圖</p><p>　　帶有消抖電路的校

14、正電路</p><p>　　3.4 完整的原理圖如下</p><p>　　3.5 電路板制作</p><p>　　先在multisim上仿真，確認(rèn)無(wú)誤后。用Protel99se畫出SCH和PCB，完成后把PCB原理圖打印出來(lái)，然后把板子放到三氯化鐵溶液里氧化，等氧化完成后，接下來(lái)就開(kāi)始打孔，打完孔后，用去污粉洗凈板子，完成后，就可以進(jìn)行焊接了。</p>

15、<p>　　3.6 電路安裝、測(cè)試與調(diào)試</p><p><b>　　3.6.1 安裝</b></p><p>　　1）按原理圖連飛線，集成塊引腳方向預(yù)先彎好對(duì)準(zhǔn)板子的金屬孔，再小心插入。導(dǎo)線的剝線長(zhǎng)度與板子的厚度相適應(yīng)。焊接的時(shí)候注意不要與銅線接通。</p><p>　　2）導(dǎo)線的裸線部分不要露在板子的上面，以防短路，導(dǎo)線要插

16、入金屬孔中央。</p><p>　　3）按照原理圖接線時(shí)首先確保可靠的電源和接地。</p><p>　　4）注意芯片的控制引腳必須正確接好。</p><p><b>　　3.6.2 調(diào)試</b></p><p>　　1）檢查故障時(shí)除測(cè)試輸入、輸出信號(hào)外，要注意電源、接地和控制引腳。</p><p&g

17、t;　　2）要注意芯片引腳上的信號(hào)與板子上插座上信號(hào)是否一致（集成塊引腳與板子常接觸不良）。</p><p>　　3） 顯示管不亮，檢查各處接電源接地的地方是否有接。顯示管顯示不全，檢查顯示管和74LS48否有壞，檢查有無(wú)短接。</p><p>　　4）有顯示，不跳，檢查秒脈沖發(fā)生器，檢查74LS48和74LS160是否有錯(cuò)。</p><p>　　5）檢查是否進(jìn)位。

18、當(dāng)計(jì)數(shù)器不進(jìn)位時(shí)，應(yīng)檢查各部分級(jí)聯(lián)是否正確，以及連線是否正確。如果級(jí)聯(lián)出現(xiàn)問(wèn)題，則會(huì)導(dǎo)致計(jì)數(shù)器不進(jìn)位。在這部分應(yīng)注意級(jí)聯(lián)時(shí)，應(yīng)使上一個(gè)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的信號(hào)恰好對(duì)當(dāng)前的計(jì)數(shù)器產(chǎn)生一個(gè)脈沖，這樣計(jì)數(shù)器才會(huì)產(chǎn)生進(jìn)位。</p><p>　　6）校正時(shí)，如果不能明顯的區(qū)分原來(lái)的計(jì)數(shù)和校正后的計(jì)數(shù)時(shí)，應(yīng)檢查開(kāi)關(guān)與所加信號(hào)是否經(jīng)過(guò)與非門與非的合適。如果不恰當(dāng)，應(yīng)及時(shí)改正。</p><p><b>

19、　　4 課程設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　我們學(xué)習(xí)了數(shù)字電子電路和模擬電子電路，對(duì)電子技術(shù)有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過(guò)這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計(jì)，我們才把學(xué)到的知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合。從而對(duì)我們學(xué)的知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解，使我們進(jìn)一步加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的記憶。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過(guò)程中，我更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨(dú)立思考問(wèn)題的能力

20、和養(yǎng)成了通過(guò)查看相關(guān)資料來(lái)解決問(wèn)題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡(jiǎn)單的課程設(shè)計(jì)，但通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我們了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題，同時(shí)我們也掌握了做設(shè)計(jì)的基本流程，為我們以后進(jìn)行更復(fù)雜的設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)本身并不是有很重要的意義，而是同學(xué)們對(duì)待問(wèn)題時(shí)的態(tài)度和處理事情的能力。至于設(shè)計(jì)的成績(jī)無(wú)須看的太過(guò)于重要，而是設(shè)計(jì)的過(guò)程，設(shè)計(jì)的思想和設(shè)計(jì)電路中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，電路中各個(gè)部分的功能是如何實(shí)現(xiàn)的。各個(gè)芯片能夠完成什么樣的功

21、能，使用芯片時(shí)應(yīng)該注意那些要點(diǎn)。同一個(gè)電路可以用那些芯片實(shí)現(xiàn)，各個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能的區(qū)別。另外，我們?cè)O(shè)計(jì)要從市場(chǎng)需求出發(fā)，既要有強(qiáng)大的功能，又要在價(jià)格方面比同等檔次的便宜。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也對(duì)word</p><p><b>　　5 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù) [M].第五版.北京:高教出版社,2006年.</p>

22、<p>　　[2]陳曉文.電子線路課程設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004年.</p><p>　　[3] 趙景波. Protel99Se電路設(shè)計(jì)與制板. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2010.3</p><p>　　[4]胡玉建.Protel99SE原理圖與PCB及仿真[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006年.</p><p>　　[5]李景華.可