數(shù)碼管顯示的多功能數(shù)字鐘項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

- 1 - 數(shù)碼管顯示的多功能數(shù)字鐘 項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)一個數(shù)碼管顯示的多功能數(shù)字鐘 。 計(jì)要求 1、時鐘功能。具有顯示日、時、分、秒的功能。 2、具有快速較準(zhǔn)時、分、秒的功能。 3、具有整點(diǎn)報(bào)時的功能，在離整定 10自動發(fā)出鳴叫聲，步長 1s，每隔1s 鳴叫一次，前 4 響是低音，后 1 響為高音，共鳴叫 5 次，最后 1 響結(jié)束時為整點(diǎn)。 4、整點(diǎn)報(bào)時高音為 1000 5、計(jì)時準(zhǔn)確度，每天計(jì)時的誤差不超過 10s。 2 電路設(shè)計(jì)方案及其論證 路設(shè)計(jì)方案 1 理框圖 時計(jì)時電路 分計(jì)時電路時數(shù)碼顯示管 分?jǐn)?shù)碼顯示管 秒數(shù)碼顯示管譯碼管 譯碼管 譯碼管秒計(jì)時脈沖校時電路時校時分校時秒計(jì)時電路 - 2 - 圖 原理電路圖 1 3 - 圖 路設(shè)計(jì)方案 2 理框圖 方案 2的基本原理框圖和方案一相同。 理電路圖 1 4 - 圖 案論證 數(shù)字電子鐘由信號發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、數(shù)碼顯示管、校時控制電路組成。時鐘源產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號送進(jìn)秒計(jì)時器，通過六十進(jìn)制的秒計(jì)數(shù)器后產(chǎn)生一個 分脈沖，使分計(jì)數(shù)器計(jì)一次數(shù)，同樣通過分計(jì)數(shù)器產(chǎn)生一個時脈沖，使時計(jì)數(shù)器計(jì)一次數(shù)。最后一整個循環(huán)下來，通過反饋清零對數(shù)字鐘清零。在計(jì)數(shù)過程中計(jì)數(shù)器 - 5 - 的輸出端接譯碼器，將二進(jìn)制碼傳送到數(shù)碼顯示管，則可以顯示時間。校時電路則是通過開關(guān)來控制各個芯片的脈沖輸入端，需要校時時，該芯片接開關(guān)控制的單脈沖則可以通過一次次的單脈沖來校正時間。 3 單元電路的說明及各參數(shù)的計(jì)算 蕩電路 路原理圖 圖 諧振蕩器也稱無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，同時無需外加觸發(fā)脈沖，就能輸 出一定頻率的矩形波形。用 555實(shí)現(xiàn)多諧振蕩，需要具有一定參數(shù)的 2和電容進(jìn)行連接，并且接上 +5 振蕩周期： T=C,其中當(dāng) 3， 0， C=f=1 時電路 時電路所用芯片 74作原理 74 （ 1）二進(jìn)制計(jì)數(shù)：將計(jì)數(shù)脈沖由 7 4 L S 9 0Q 1Q 2Q 3 Q 0C P 0 C P 1 S 9 A S 9 B R 0 A R 0 555R 1R 2V 01 3 - 6 - 圖 2）五進(jìn)制計(jì)數(shù)：將計(jì)數(shù)脈沖由 由 出 圖 3） 8421 連 ,計(jì)數(shù)脈沖 7 4 L S 9 0Q 1Q 2Q 3 Q 0C P 0 C P 1 S 9 A S 9 B R 0 A R 0 7 4 L S 9 0Q 1Q 2Q 3 Q 0C P 0 C P 1 S 9 A S 9 B R 0 A R 0 7 4 L S 9 0Q 1Q 2Q 3 Q 0C P 0C P 1S 9 A S 9 B R 0 A R 0 B - 7 - 圖 4）用級聯(lián)（相當(dāng)于串行進(jìn)位）法和脈沖反饋法實(shí)現(xiàn)大容量計(jì)數(shù)器。 脈沖反饋：用 ， ， 1， 2， ， N 個計(jì)數(shù)脈沖 計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。 個： ， 在輸入第 過控制電路，利用狀態(tài) 信號，送給異步置 0端，使計(jì)數(shù)器立刻置 0，即實(shí)現(xiàn)了 級聯(lián)：將多個集成計(jì)數(shù)器（如 制）串接起來，以獲得計(jì)數(shù)容量更大的 N（ =制計(jì)數(shù)器。一般集成計(jì)數(shù)器都設(shè)有級聯(lián)用的輸入端和輸出端。異步計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)的方法：低位的進(jìn)位信號高位的 圖 秒計(jì)時原理 0 0 8 - 圖 的個位部分逢十進(jìn)一，為十進(jìn)制計(jì)數(shù)，十位部分逢六進(jìn)一，為六進(jìn)制計(jì)數(shù)，從而共同完成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)到 59 時清零并重新開始計(jì)數(shù)。秒計(jì)時的個位可以直接利用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74行計(jì)數(shù)，由 0 增加到 9 時，芯片輸出端 1001跳變到 0000，即最高位 在十位的計(jì)數(shù)器脈沖輸入端 而實(shí)現(xiàn)個位的十進(jìn)制計(jì)數(shù)和進(jìn)位功能。十位收到個位的進(jìn)位信號后計(jì)一次數(shù)，十位計(jì)數(shù)到 5時接下來的脈沖使其變成 6，一瞬間通過清零端反饋清零，秒計(jì)數(shù)集體清零，由于清零所需時間很短，所以顯示管上不會顯示出60，而是直接從 59跳到 00。 計(jì)時原理 分計(jì)時原理和秒計(jì)時原理一樣，同樣是通過兩塊 74聯(lián) 和反饋清零實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)。 計(jì)時原理 0 4 0 4 - 9 - 圖 自分計(jì)數(shù)電路的進(jìn)位脈沖使時的個位加一，十計(jì)數(shù)器由 0增加到 9產(chǎn)生向十位的進(jìn)位信號，該進(jìn)位信號即 在十位計(jì)數(shù)的脈沖輸入端，使十位計(jì)數(shù)，當(dāng)十位計(jì)數(shù)到 2，個位計(jì)數(shù)到 4時，通過反饋清零將計(jì)數(shù)器清零，同樣由于清零時間較短，顯示管上不會顯示 24，而是從 23便可以跳到 00。 示電路 顯示電路由譯碼器 74 碼器 74作原理 圖 4段譯碼器 /驅(qū)動器。 輸出端（ 高電平有效，可驅(qū)動燈緩沖器或共陰極 要求輸出 0 15 時，消隱輸入（ 為高電平或開路，對于輸出為 0 時還要求脈沖消隱輸入（ 高電平或者開路。當(dāng) 低電平時，不管其它輸入端 ,狀態(tài)如何， 為低電平。當(dāng) 地址端（ 為低電平，并且燈測試輸入端（ 高電平時， 沖消隱輸出（ 變?yōu)榈碗娖健．?dāng) a 。 引出端符號 : 碼地址輸入端 - 10 - 電平有效） /脈沖消隱輸出（低電平有效） 電平有效） 電平有效） 輸出 碼顯示管工作原理 7 段數(shù)碼管一般由 8 個發(fā)光二極管組成，其中由 7 個細(xì)長的發(fā)光二極管組成數(shù)字顯示，另外一個圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點(diǎn)。 當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點(diǎn)或一個筆畫發(fā)光?？刂葡鄳?yīng)的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符，盡管顯示的字符形狀有些失真，能顯示的數(shù)符數(shù) 量也有限，但其控制簡單，使有也方便。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極數(shù)碼管，陰極連在一起的稱為共陰極數(shù)碼管，如圖 圖 7段數(shù)碼管內(nèi)部字段 共陰極 共陽極 - 11 - 圖 7 段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 發(fā)光二極管（ 一種由磷化鎵（ 半導(dǎo)體材料制成的，能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯示器件。當(dāng)其內(nèi)部有一一電流通過時，它就會發(fā)光。 7 段數(shù)碼管每段的驅(qū)動電流和其他單個 光二極管一樣，一般為 510向電壓隨 發(fā)光材料不同表現(xiàn)為 等。 7段數(shù)碼管的顯示方法可分為靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示，下面分別介紹： （ 1） 靜態(tài)顯示 所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示某一字符時，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地尋能可截止。這種顯示方法為每一們都需要有一個 8 位輸出口控制。對于 51 單片機(jī)，可以在并行口上擴(kuò)展多片鎖存 74 靜態(tài)顯示器的優(yōu)點(diǎn)是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導(dǎo)通電注一定的情況下顯示器的亮度高，控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，僅僅在需要更新顯示內(nèi)容時， 樣大大節(jié)省了 高了 點(diǎn)是位數(shù)較多時，所需 I/件開銷太大，因此常采用另外一種顯示方式 動態(tài)顯示。 （ 2）動態(tài)顯示 所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描），對于顯示器的每一位而言，每隔一段時間點(diǎn)亮一次。雖然在同一時刻只有一位顯示器在工作（點(diǎn)亮），但利用人眼的視覺暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄 滅時的余輝效應(yīng)，看到的卻是多個字符“同時”顯示。顯示器亮度既與點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于 8位，則控制顯示器 公共極電位只需一個 8位 I/O 口（稱為掃描口或字位口），控制各位 示器所顯示的字形也需要一個 8 位口（稱為數(shù)據(jù)口或字形口）。 動態(tài)顯示器的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件資源，成本較低，但在控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，要保證顯示器正常顯示， 占用了低了 時顯示亮度較靜態(tài)顯示器低。 綜合以上考慮，由于數(shù)字鐘時分秒的現(xiàn)實(shí)只需 6個數(shù)碼管，又考慮到芯片工 - 12 - 作效率與電源效率，本設(shè)計(jì)采用靜態(tài)顯示，為共陰極顯示。 時電路 校時電路功能是在其他計(jì)時功能正常 的情況下對時（分、秒）進(jìn)行手動校時。 圖 作原理是當(dāng) 關(guān)打向上方，電路正常計(jì)時；當(dāng)開關(guān) 關(guān) 向接地端時產(chǎn)生單脈沖后，需校時的芯片計(jì)數(shù)增加一，每上下?lián)軇右淮?校時的芯片技術(shù)加一，直到校時到所需時間。 時分秒各個校時電路原理相同，再次不再贅述。 需校時的芯片 C P S 2 - 13 - 4 硬件電路的設(shè)計(jì)及其制作與調(diào)試 路仿真出現(xiàn)的問題和調(diào)試過程 仿真使用的系統(tǒng)是 該軟件平臺下將設(shè)計(jì)好的電路圖仿真出來，由于該軟件仿真功能比較強(qiáng)大，在電路的連接，原件的選擇都 很全面，所以仿真過程中出現(xiàn)的問題都不難解決。 主要問題有生振蕩的時候需要設(shè)定電容電阻的值，以達(dá)到產(chǎn)生的方波為1是在已有的理論知識的基礎(chǔ)上得到的理論值放到仿真系統(tǒng)中后不能達(dá)到需要的效果。 圖 件制作出現(xiàn)的問題和調(diào)試過程 在檢測面包板狀況的過程中 ,出現(xiàn)本該相通的地方卻未通的狀況 ,后經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)是由于萬用表筆尖未與面包板內(nèi)部垂直接觸所至 . 在檢測 74動電路的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示的狀況 ,經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)主要是由于接觸不良的問題 ,其中包括線的 接觸不良和芯片的接觸不良 ,在實(shí)驗(yàn)過程中 ,數(shù)碼管有幾段二極管時隱時現(xiàn) ,有時會消失 V 電源對數(shù)碼管進(jìn)行檢測 ,一端接地 ,另一端接觸每一段二極管 ,發(fā)現(xiàn)二極管能正常顯示的 ,再用萬用表歐姆檔檢測每一根線是否接觸良好 ,在檢測過程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時能接通 ,有時不能接通 ,把接觸不好的線重新接過后發(fā)現(xiàn)能正常顯示了 用萬用表歐姆檔檢測有幾個引腳本該相通的地方卻未通 ,而檢測的導(dǎo)線狀況良好 ,其解決方法為把 74芯片拔出 ,根據(jù)面包板孔的的狀況 - 14 - 重新調(diào)整其引腳 ,使其正對于孔 ,再用力均勻地將芯片插入 面包板中 ,此后發(fā)現(xiàn)能正常顯示 。 在連接校正電路的過程中 ,出現(xiàn)時和分都能正常校正時 ,但秒?yún)s受到影響 ,特別時一較分鐘的時候秒亂跳 ,而不校時的時候 ,秒從 40 跳到 59,然后又跳回 40,分和秒之間無進(jìn)位 ,電路在時 ,分 ,秒進(jìn)位過程中能正常顯示 ,故可排除芯片和連線的接觸不良的問題 校正電路的連線沒有錯誤 ,后用萬用表的直流電壓檔帶電檢測秒 的 十位的 B, ,發(fā)現(xiàn) 時有電壓時而無電壓 ,再檢測秒到分和分到時的進(jìn)位端 ,發(fā)現(xiàn)是由于秒到分的進(jìn)位未拔掉所至 。 由于在仿真過程中沒辦法考慮所設(shè)參數(shù)是否合理 ，所以發(fā)現(xiàn)在硬件實(shí)現(xiàn)過程中電路中設(shè)定的 50和 43的電阻以及 電容沒辦法完全沒到相同的，所以，為了買元件方便，就改變了硬件的參數(shù)，但是為了達(dá)到振蕩電路 1買的電阻和電容盡量達(dá)到可以滿足公式 =1的要求即可。 - 15 - 7474輯圖、功能表 5 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 在做課程設(shè)計(jì)的時候，我深深地體會到了知識有限是多么的讓人痛苦，所以，我今后要多學(xué)習(xí)知識，正所謂技多不壓身，學(xué)校提供了機(jī)會讓我們 學(xué)習(xí)，我們就 - 16 - 該將其放在心上。 本次課程設(shè)計(jì)是本人到目前為止覺得最有意義也是收獲最大的一次實(shí)習(xí)。