(精品論文)數(shù)字鐘制作報(bào)告

電子電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告 目錄1. 數(shù)字鐘的概述2. 數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)目的及要求3. 數(shù)字鐘的結(jié)構(gòu)原理圖4. 數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì) 4.1主體電路的設(shè)計(jì) 4.1.1秒脈沖電路的設(shè)計(jì)4.1.2時(shí)分秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)4.1.3譯碼及顯示電路的設(shè)計(jì)4.1.4校時(shí)電路的設(shè)計(jì)4.1.5上電復(fù)位設(shè)計(jì)4.1.6主體電路圖 4.2功能擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)5.總結(jié) 5.1設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及解決方法 5.2課程設(shè)計(jì)中的心得體會(huì) 1. 數(shù)字鐘的概述數(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)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命，并且可以實(shí)現(xiàn)更多的功能，如：定時(shí)控制、整點(diǎn)報(bào)時(shí)、鬧鐘、觸摸報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)等，在現(xiàn)實(shí)生活中，各種數(shù)字鐘已得到了非常廣泛的使用。數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)方法有許多種，例如,可用中小規(guī)模集成電路組成數(shù)字鐘，也還可以利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘等。這些方法都各有其特點(diǎn)，其中利用中小規(guī)模集成電路組建數(shù)字鐘，原理簡單，但由于集成電路集成度有限，對(duì)于需要實(shí)現(xiàn)較多功能的電路設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，對(duì)于制作者焊接和布線有較高的要求。用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電子鐘具有結(jié)構(gòu)簡單，并便于功能的擴(kuò)展，但需要涉及到匯編以及C語言編寫程序，對(duì)設(shè)計(jì)者有較高的要求。本次設(shè)計(jì)為用中小規(guī)模集成電路組成數(shù)字鐘。2. 數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)目的及要求（1） 數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)目的1) 進(jìn)一步掌握電子電路設(shè)計(jì)方法及相關(guān)設(shè)計(jì)軟件使用；2) 學(xué)會(huì)掌握和使用集成芯片和各種元器件，熟悉各類器件的引腳安排，掌握各芯片的邏輯功能及使用方法3) 掌握電子電路的設(shè)計(jì)制作和調(diào)試方法（2） 數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1) 設(shè)計(jì)數(shù)字鐘電路（每人一組，獨(dú)立完成） 基本功能：準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間；小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為24進(jìn)位，分和秒的計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)位；能快速校正時(shí)、分的時(shí)間。 擴(kuò)展功能：定點(diǎn)鬧時(shí)功能，比如在7時(shí)59分發(fā)出鬧時(shí)信號(hào)，持續(xù)時(shí)間為1分鐘；整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，比如計(jì)時(shí)到整點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲音，且?guī)c(diǎn)響幾聲。2) 提交設(shè)計(jì)報(bào)告（書面形式） 畫出所設(shè)計(jì)電路的結(jié)構(gòu)方框圖；分析各部分的工作原理；所含集成電路的管腳和功能說明；通過Multisim等軟件對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真，提交仿真電路原理圖（電子版）3) 制作數(shù)字鐘（兩人一組共同完成） 實(shí)現(xiàn)基本功能，給定統(tǒng)一的元器件，按照自己的設(shè)計(jì)方案在面包板上搭建實(shí)際電路，并達(dá)到設(shè)計(jì)要求。3. 數(shù)字鐘的結(jié)構(gòu)原理圖 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可建立數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖，如圖3-1所示，數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由主體基本電路和擴(kuò)展電路兩大部分組成，其中，主體基本電路完成數(shù)字鐘的基本計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)功能，擴(kuò)展電路包括數(shù)字鐘的定時(shí)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)等功能。 圖3-1 數(shù)字鐘原理框圖整點(diǎn)報(bào)時(shí)定時(shí)控 制 擴(kuò)展電路 基本工作原理：用振蕩器產(chǎn)生的高脈沖信號(hào)經(jīng)過分頻器和3個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器后得到的信號(hào)（頻率1Hz）作為數(shù)字鐘的秒脈沖發(fā)生器，秒脈沖接入秒個(gè)位計(jì)數(shù)器，秒個(gè)位計(jì)數(shù)器計(jì)滿10后向秒十位計(jì)數(shù)器進(jìn)位，秒十位計(jì)數(shù)器計(jì)滿6后向分個(gè)位計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分個(gè)位計(jì)數(shù)器計(jì)滿10后向分十位計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分十位計(jì)數(shù)器計(jì)滿6后向小時(shí)計(jì)數(shù)器個(gè)位進(jìn)位，在小時(shí)計(jì)數(shù)器中按照“24小時(shí)制”的規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器（每次通電顯示器置0一次）。電子鐘計(jì)時(shí)與實(shí)際時(shí)間出現(xiàn)誤差時(shí)可以通過電路進(jìn)行校時(shí)、校分。4. 數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)4.1主體電路的設(shè)計(jì)4.1.1秒脈沖電路的設(shè)計(jì)數(shù)字電路中秒脈沖發(fā)生器是由振蕩器產(chǎn)生的，振蕩器是數(shù)字鐘的核心，振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度。一般電路中振蕩器可由石英晶體振蕩器或者555振蕩器構(gòu)成，本次設(shè)計(jì)采用555振蕩器與RC組成的多諧振蕩器做為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。 如圖4-1所示，振蕩器由555與R、C組成的多些振蕩器，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RP取適當(dāng)?shù)闹导纯傻玫筋l率為1HZ的秒脈沖。且RP具有實(shí)時(shí)微調(diào)電路工作頻率的功能，可隨時(shí)通過探針監(jiān)測頻率隨時(shí)調(diào)定頻率，從而使本電路獲得精確的脈沖頻率。圖4-1 555振蕩器4.1.2時(shí)分秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì) 數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路是用兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路和24進(jìn)制計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)可以用反饋清零法：當(dāng)計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)時(shí)，反饋門不起作用，只有當(dāng)進(jìn)位脈沖到來時(shí)，反饋信號(hào)將計(jì)數(shù)電路清零，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模的循環(huán)計(jì)數(shù)。以60進(jìn)制為例，當(dāng)計(jì)數(shù)器從00，01，02，59計(jì)數(shù)時(shí)，反饋門不起作用，只有當(dāng)?shù)?0個(gè)秒脈沖到來時(shí)，反饋信號(hào)隨即將計(jì)數(shù)電路清零，實(shí)現(xiàn)模為60的循環(huán)計(jì)數(shù)。下面將分別介紹我設(shè)計(jì)的60進(jìn)制分秒計(jì)數(shù)器和24進(jìn)制小時(shí)計(jì)數(shù)器。1) 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，電路圖如4-2所示 圖4-2 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器該段電路由兩片74LS90D和一個(gè)與門構(gòu)成，分別為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器的個(gè)位和6進(jìn)制的十位，兩者級(jí)聯(lián)構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到59時(shí)，在下一個(gè)秒脈沖作用下實(shí)現(xiàn)反饋清零，電路重新開始下一輪計(jì)數(shù)。其中個(gè)位U8為十進(jìn)制，十位U12為六進(jìn)制，個(gè)位的最高位QD聯(lián)到十位的INA端。個(gè)位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器經(jīng)過十個(gè)脈沖循環(huán)一次，每當(dāng)?shù)谑畟€(gè)脈沖來到時(shí)，QD由1變?yōu)?形成一個(gè)下降沿，使其觸發(fā)，使十位以此計(jì)數(shù)，經(jīng)過個(gè)位的六十個(gè)脈沖，十位的74LS90D輸出為0110，QB和QC此時(shí)同為1，通過與門后接通其置0端R01、R02，顯示器立即清零，個(gè)位和十位計(jì)數(shù)器都恢復(fù)為0000。達(dá)到六十進(jìn)制計(jì)數(shù)的效果。2) 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器如圖4-3所示。設(shè)計(jì)24進(jìn)制電路與60進(jìn)制電路原理基本相同，只是把原來60清零改為目前24清零即可。只是當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到23時(shí)，在下一個(gè)分進(jìn)位脈沖作用下實(shí)現(xiàn)反饋清零，重新開始下一輪計(jì)數(shù) 圖4-3 24進(jìn)制電路4.1.3 譯碼及顯示電路的設(shè)計(jì) 譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動(dòng)LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，其輸出是OC門輸出且低電平有效，專用于驅(qū)動(dòng)LED 七段共陽極顯示數(shù)碼管。在本次試驗(yàn)中選用了74LS248D譯碼器。SEVEN_SEG_COM_K型號(hào)LED顯示數(shù)碼管的一端為七根“A/B/C/D/E/F/G”輸入線接陽極端，另一端CK則接地，從而形成閉合回路。七根輸入信號(hào)線對(duì)應(yīng)LED顯示數(shù)碼管相應(yīng)區(qū)域的亮暗，比如當(dāng)“A/B/C/D/E/F”得電信號(hào)，而“G不得電時(shí)，則數(shù)碼顯示管中則顯示“0”，因?yàn)镚控制中間段區(qū)域的亮暗，而其余六根則控制周邊電信號(hào)，以此顯示數(shù)字。 74LS248D譯碼器在Multisim軟件中的符號(hào)表示如左所示。其中譯碼輸入端口為：A/B/C/D共四個(gè)，譯碼輸出端口為：OA/OB/OC/OD/OE/OF/OG共七個(gè)，剩余三個(gè)為使能端，一般情況下接入高電位，它們共同決定了譯碼器當(dāng)前是否被允許工作。因而譯碼器的作用就是將一組輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為在某一時(shí)刻有一個(gè)確定的輸出信號(hào)，即確定的數(shù)值。通常在譯碼器與數(shù)碼管之間還加上一定阻值的電阻以起到保護(hù)的作用。4.1.4校時(shí)電路的設(shè)計(jì)校時(shí)電路的作用是：當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)時(shí)過程中出現(xiàn)誤差時(shí)，校正時(shí)間。校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具有的基本功能。此電子種具有時(shí)、分等校時(shí)功能。校時(shí)電路下圖所示。 其中選用了可復(fù)位開關(guān)，型號(hào)為PB_DPST，在上圖中為J1,J2，在不控制的狀況下自動(dòng)處于圖中的連接位置，與上接口保持閉合狀態(tài)安全接地，工作時(shí)按下開關(guān)使得下接口連通，放開后回到圖示位置?；蜷T的輸出端分別接分針個(gè)位和時(shí)針個(gè)位的INA端，這相當(dāng)于認(rèn)為增加一次脈沖使得分鐘個(gè)位或者時(shí)鐘個(gè)位數(shù)值加1。以此達(dá)到校時(shí)或者校分的效果。4.1.5上電復(fù)位的設(shè)計(jì)上電復(fù)位總圖如右所示：上電復(fù)位的作用：每次開始進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，LED數(shù)碼顯示管的開始時(shí)刻始終從0時(shí)0分0秒開始計(jì)時(shí)，起到了復(fù)位清零的作用，不然每次開始計(jì)時(shí)實(shí)驗(yàn)都將從上一次計(jì)時(shí)記錄中開始或是顯示亂碼。元器件：VCC5V電源、100歐姆電阻、電壓控制開關(guān)、非門和或門。原理：如右圖所示電壓控制開關(guān)J3，它不通電時(shí)保持圖中的連線狀態(tài)，當(dāng)通電一時(shí)，開關(guān)瞬間斷開，然后又復(fù)位閉合，使得35號(hào)線上傳過一個(gè) 低電平脈沖，通過非門得到一高電平脈沖，通過37號(hào)線連接各個(gè)數(shù)碼管置0端，是個(gè)數(shù)碼管顯示“0”4.1.6主體電路圖4.2功能擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì) 對(duì)于整點(diǎn)報(bào)時(shí)就是分種和秒鐘都為0的時(shí)候，即對(duì)于計(jì)數(shù)器的輸出都為0，將其全部通過或門最后連入蜂鳴器的低電平口，使蜂鳴器高電平口接5V電壓源即可。5. 總結(jié) 5.1設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及解決方法 1.很多元器件的找不到 其原因是：l 對(duì)軟件的使用不熟練，無法迅速尋得所需元器件l 對(duì)電子學(xué)相關(guān)知識(shí)的缺失專業(yè)英語不達(dá)標(biāo) 2.LED數(shù)碼顯示管在選用時(shí)一開始選用四管腳型，但多次使用發(fā)現(xiàn)容易亂碼，后換為八管腳數(shù)碼顯示器并添加譯碼器則可顯示正常數(shù)字。 其原因可能是：l 未添加譯碼器的四管腳LED數(shù)碼顯示器的工作應(yīng)用范圍有限l 輸入的電壓超過其工作范圍l 線路連接錯(cuò)誤解決方案：換用八腳管SEVEN_SEG_COM_K型號(hào)的顯示器，添加譯碼器，認(rèn)真連接線路，并加上集成電阻降壓3. 數(shù)碼管剛剛開始運(yùn)行時(shí)偶爾會(huì)顯示01 01 00原因：可能是軟件模擬不真實(shí)，使得顯示出錯(cuò)或者跳躍解決方法：再次運(yùn)行4. 在連接線路時(shí)，555定時(shí)器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生1KHZ信號(hào)，其后串聯(lián)三個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器7490N，理論上應(yīng)該輸出1HZ的電信號(hào)，但在Multisim軟件模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，始終無法得到1HZ，往往LED數(shù)碼顯示管經(jīng)過一兩分鐘才能顯示一次。 其原因可能是：對(duì)計(jì)數(shù)器的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)了解不夠，導(dǎo)致選用的計(jì)數(shù)器不合理解決方法：暫時(shí)將主電路的秒計(jì)數(shù)器輸入端口直接連接555多諧振蕩器的輸出端口。5.2 課程設(shè)計(jì)中的心得體會(huì)在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過程中，是我對(duì)先前學(xué)過的電工電子技術(shù)相關(guān)知識(shí)有了復(fù)習(xí)鞏固，更進(jìn)一步的熟悉了各類芯片的結(jié)構(gòu)，掌握了各芯片的工作原理、具體使用方法和接線要領(lǐng)。在連接六進(jìn)制、十進(jìn)制的進(jìn)位和十二進(jìn)制的接法中，熟悉了邏輯電路及芯片各引腳的功能，并且在電路出錯(cuò)時(shí)能自己快速較