電工電子綜合《課程設(shè)計》說明書-數(shù)字時鐘設(shè)計

1、學(xué) 號： 13課程設(shè)計題 目： 學(xué)院 (系)： 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 自動化0903班 指導(dǎo)教師： 工作單位： 武漢理工大學(xué) 題 目: 數(shù)字時鐘設(shè)計 初始條件：1 運用所學(xué)的模擬電路和數(shù)字電路等知識；2 用到的元件：實驗板、電源、連接導(dǎo)線、74系列芯片、555芯片或微處理器等。要求完成的主要任務(wù):1 設(shè)計一個有“時”，“分”，“秒”（23小時59分59秒）顯示且具有校時功能的電子鐘；2 擴(kuò)展功能：整點報時即在某分某秒能輸出某一音頻信號；3 嚴(yán)格按照課程設(shè)計說明書要求撰寫課程設(shè)計說明書。時間安排： 第1天 下達(dá)課程設(shè)計任務(wù)書，根據(jù)任務(wù)書查找資料

2、；第24天 進(jìn)行方案論證，軟件模擬仿真并確定設(shè)計方案； 第5天 提交電路圖，經(jīng)審查后領(lǐng)取元器件；第68天 組裝電路并調(diào)試，檢查錯誤并提出問題；第911天 結(jié)果分析整理，撰寫課程設(shè)計報告，驗收調(diào)試結(jié)果；第1214天 補充完成課程設(shè)計報告和答辯。指導(dǎo)教師簽名： 2011年 6月26日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 2011年 6月26日目錄引言31、設(shè)計意義及要求31.1設(shè)計意義31.2設(shè)計要求32、方案設(shè)計32.1 設(shè)計思路32.2設(shè)計方案:32.3方案比較：33、電路設(shè)計:33.1 秒脈沖信號發(fā)生器33.2 秒、分、時計時器電路設(shè)計：33.2.1 60進(jìn)制計數(shù)器33.2.2 24進(jìn)制計數(shù)器33.3

3、譯碼顯示電路33.4校時電路33.5整點報時電路34、調(diào)試與檢測34.1 調(diào)試中的故障及解決辦法34.1.1顯示電路跳變嚴(yán)重34.1.2報時器聲音小34.1.3小時十位亂碼34.1.4數(shù)字鐘顯示數(shù)字不完整34.2調(diào)試與運行結(jié)果：3結(jié)束語3參考文獻(xiàn)：3附錄:3附錄1主要元器件引腳圖及其功能表3附錄2：元器件清單3引言數(shù)字鐘是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。目前，數(shù)字鐘的功能越來越強，并且有多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。數(shù)字鐘適用于自動打鈴、自動廣播，也適用于節(jié)電、節(jié)水及自動控制多路電器設(shè)備。它是由數(shù)子鐘電路、定時電路、放大執(zhí)行電路、電源電路組成。為了簡化電路結(jié)構(gòu)，數(shù)字鐘

4、電路與定時電路之間的連接采用直接譯碼技術(shù)。具有電路結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、使用壽命長、更改設(shè)定時間容易、制造成本低等優(yōu)點。本文的設(shè)計是一款基于74LS90單片機數(shù)字鐘，通過7SEG 8管腳顯示器顯示。本文通過對一個基于單片機的、能實現(xiàn)時鐘控制、開關(guān)控制及鬧鈴功能數(shù)字鐘的設(shè)計學(xué)習(xí)，從而學(xué)習(xí)理解單片機在各方面的應(yīng)用。1、設(shè)計意義及要求1.1設(shè)計意義設(shè)計數(shù)字鐘是為了讓我們了解數(shù)字鐘的原理，加深對我們所學(xué)知識的了解和認(rèn)識、以及知識遷移的能力。而且通過數(shù)字鐘的制作我們可以親身實踐在實際制作中中小規(guī)模集成電路的作用以及使用方法。由于數(shù)字鐘包含組合邏輯電路和時序電路，通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與

5、時序電路的原理及使用方法，以及各種電路之間是怎樣聯(lián)系起來的。1.2設(shè)計要求時制式為24小時制；采用LED數(shù)碼管顯示時、分、秒采用數(shù)字顯示。顯示時間從00:00:00到23:59:59；能夠?qū)崿F(xiàn)對分、時的校正；整點報時功能2、方案設(shè)計2.1 設(shè)計思路 數(shù)字電子鐘由信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示校時電路、整點報時電路等組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定 計時系統(tǒng)的精度，一般用555構(gòu)成的振蕩器加分頻器來實現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號送入“秒計數(shù)器”，該計數(shù)器采用60進(jìn)制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用60進(jìn)制

6、計數(shù)器，每累計60分，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”。“時計數(shù)器”采用24進(jìn)制計數(shù)器，可以實現(xiàn)一天24h的累計。譯碼顯示電路將“時、分、秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過六位LED顯示器顯示出來。整點報時電路是根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后去觸發(fā)音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。校時電路是來對“時、分、秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對調(diào)整。其數(shù)字電子鐘系統(tǒng)框圖如下:數(shù) 字 電 子 鐘 系 統(tǒng)2.2設(shè)計方案:方案1（小組方案）方案2(個人方案)2.3方案比較：相同點：都是基于74LS90的數(shù)字鐘設(shè)計方案，都擁有計時、校時、整點報時等功能。不同點：方案設(shè)計方向不同，方案1面向?qū)?/p>

7、物，因而在實際連接時更容易實現(xiàn)，而方案2則比較難以實現(xiàn)。校時電路設(shè)計思路不同，方案1校時電路利用74LS157選擇器實現(xiàn)進(jìn)位信號與連續(xù)脈沖信號的選擇，選擇進(jìn)位信號時電路正常計時，選擇脈沖信號時可進(jìn)行校時。而方案2中校時電路利用單刀雙擲開關(guān)切換輸入高低電平自制脈沖，從而達(dá)到校時的目的。整點報時電路設(shè)計不同，小組方案的報時電路會在接近整點的59分51秒到59秒，每隔一秒報時一次。個人方案中報時電路只會在00分00秒報時。方案選擇：顯然方案1優(yōu)于方案2，因而更適合來作為實物連接方案。3、電路設(shè)計:3.1 秒脈沖信號發(fā)生器秒脈沖信號發(fā)生器秒脈沖信號發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)

8、字鐘的質(zhì)量。由振蕩器產(chǎn)生秒脈沖信號。振蕩器: 通常用555定時器與RC構(gòu)成的多諧振蕩器，經(jīng)過調(diào)整輸出1Hz脈沖。其電路圖如圖2-1:輸出1HZ脈沖圖2-1 秒脈沖信號發(fā)生器3.2 秒、分、時計時器電路設(shè)計：秒、分計數(shù)器為60進(jìn)制計數(shù)器，小時計數(shù)器為24進(jìn)制計數(shù)器。實現(xiàn)這兩種模數(shù)的計數(shù)器采用中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90構(gòu)成。3.2.1 60進(jìn)制計數(shù)器由74LS90構(gòu)成的60進(jìn)制計數(shù)器，將一片74LS90設(shè)計成10進(jìn)制加法計數(shù)器，另一片設(shè)置6進(jìn)制加法計數(shù)器。兩片74LS90按反饋清零法串接而成。秒計數(shù)器的十位和個位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時還作為分計數(shù)器的輸入脈沖CP1。圖2-2 電路即可作

9、為秒計數(shù)器，也可作為分計數(shù)器。輸入信號圖2-2 60 進(jìn) 制 計 數(shù) 器3.2.2 24進(jìn)制計數(shù)器由74LS90構(gòu)成的二十進(jìn)制計數(shù)器，將一片74LS90設(shè)計成4進(jìn)制加法計數(shù)器，另一片設(shè)置2進(jìn)制加法計數(shù)器。即個位計數(shù)狀態(tài)為Qd Qc Qb Qa = 0100十位計數(shù)狀態(tài)為Qd Qc Qb Qa = 0010時，要求計數(shù)器歸零。通過把個位Qc、十位Qb相與后的信號送到個位、十位計數(shù)器的清零端，使計數(shù)器清零，從而構(gòu)成24進(jìn)制計數(shù)器。電路圖如圖1-3: 輸入信號圖1-3 24 進(jìn) 制 計 數(shù) 器3.3譯碼顯示電路譯碼電路的功能是將秒、分、時計數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用與驅(qū)動LED七段數(shù)

10、碼管的譯碼器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動器，輸出高電平有效，專用于驅(qū)動LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。若將秒、分、時計數(shù)器的每位輸出分別送到相應(yīng)七段譯嗎管的輸入端，便可以進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。電路圖如圖1-4所示。而74LS49為OC門輸出，這樣輸出時要加上拉電阻以保證輸出為高電平。電路圖如圖2-5所示。圖2-4 74LS48譯碼顯示電路圖2-5 74LS49譯碼顯示電路3.4校時電路校時電路是數(shù)字鐘不可缺少的部分，每當(dāng)數(shù)字鐘與實際時間不符時，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時間進(jìn)行校時。SW1、SW2分別是時校正、分校正開關(guān)。不校正時，SW1、SW2開關(guān)是打向上方的。當(dāng)校正時位時，需要

11、把SW1開關(guān)打向下方，就能使時位每秒進(jìn)一，根據(jù)需要確定撥動開關(guān)的時間，校正完畢后把SW1開關(guān)閉上。校正分位時和校正時位的方法一樣。其電路圖如圖2-6:秒進(jìn)位信號分進(jìn)位信號時輸出分輸出1HZ脈沖圖2-6 校 正 電 路3.5整點報時電路仿廣播電臺整點報時電路設(shè)計,每當(dāng)數(shù)字鐘計時快到整點時發(fā)出響聲,51秒開始，到59秒第5響結(jié)束。電路圖如圖2-7所示。圖2-7 整點報時電路4、調(diào)試與檢測4.1 調(diào)試中的故障及解決辦法4.1.1顯示電路跳變嚴(yán)重故障:剛開始接好校時電路時，只要輕輕碰一下面包板，數(shù)碼管顯示的數(shù)字就會發(fā)生跳變，這會使計時失去意義。解決方法：觀察發(fā)現(xiàn)，面包板的接線都是插入式的，并沒焊接，很

12、容易接觸不良，因此在受到震動或者觸碰，就會使計數(shù)脈沖發(fā)生改變，因此跳變嚴(yán)重。于是把跟校時電路有關(guān)的導(dǎo)線固定下來，尤其是校時用的開關(guān)SW1、SW2.固定之后還是偶爾出現(xiàn)跳變。理論上可以用鎖存器消除抖動。本次設(shè)計最后未采用。4.1.2報時器聲音小故障：鬧鐘響時聲音太小，二極管僅僅發(fā)出微弱的綠光。解決方法：通過上網(wǎng)查詢?nèi)龢O管參數(shù)知9018集電極電流為0.05A，而類似的一種三極管9013的為0.5A，于是決定換用9013型。最終在整點報時時鬧鐘聲音比較大，燈的亮度也比較高。4.1.3小時十位亂碼故障：當(dāng)接好小時個位以及分鐘、秒的個位和十位后，小時的十位總是在“8”和“9”之間來回跳變。解決放方法：重

13、新該部分的接線，還是不行，于是把小時十位的計數(shù)譯碼芯片74LS48和74LS90都拔下?lián)Q掉個位原來的，發(fā)現(xiàn)計數(shù)正常，說明芯片是完好的。則肯定是接線問題。仔細(xì)檢查每一根線，發(fā)現(xiàn)均正確。考慮是芯片管腳與面包板之間接觸不良，于是用萬用表檢查每個管腳和對應(yīng)的面包板的插孔是否接觸良好，最終檢查出來是小時十位的計數(shù)器74LS90的1和2號管腳并未接入面包板。然后用細(xì)導(dǎo)線插入二者的孔里面，從而保證接觸良好。發(fā)現(xiàn)計數(shù)正常了。問題解決。4.1.4數(shù)字鐘顯示數(shù)字不完整故障：數(shù)字鐘顯示亂碼，不按照進(jìn)制計數(shù)。甚至數(shù)碼管僅僅顯示一部分。解決方法：通過觀察數(shù)碼管亮度不夠，用萬用表測總電源電壓。僅3.1V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于芯片工作

14、電壓5V.換用新電池后，數(shù)碼管7段二極管均發(fā)光。而且，CP信號也正常觸發(fā)秒個位計數(shù)器。整個電路正常工作。4.2調(diào)試與運行結(jié)果： 經(jīng)調(diào)試，數(shù)字鐘計時電路能正常運行，校時電路尚存在一定的抖動，整點報時電路工作正常接近整點時開始報時。結(jié)束語 設(shè)計中，我們通過個人方案的設(shè)計初步了解了數(shù)字鐘設(shè)計的各種要求，過小組討論最終擬定了便于實物連接的小組方案。通過；個人方案與小組方案的對比我了解到了仿真模擬與面向?qū)嵨锏脑O(shè)計有很大的區(qū)別，仿真模擬中有很多實物無法實現(xiàn)的功能器件如信號發(fā)生器，仿真設(shè)計中只需一個系統(tǒng)提供的信號源，而實際中很可能沒有一個現(xiàn)成的信號源這就需要利用555來自行設(shè)計，而面向?qū)嵨锏脑O(shè)計則把這些問題

15、一一考慮了進(jìn)去。本次課程設(shè)計最大的難點則是實物連接，連接時我們不僅僅需要耐心的連接好每一根線，有時候我們還需要根據(jù)連接后的效果對設(shè)計方案進(jìn)行一些具有針對性的修改，比如說連接完成后計時器校時電路有明顯的抖動，這時為了完善數(shù)字鐘，增添一個防抖電路就是必須的了。實物連接的過程讓我體會到了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。參考文獻(xiàn)：1 唐華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高等教育出版社，20022 張慶雙，電子元器件的選用與檢測，機械工業(yè)出版社，20033 趙保經(jīng)，中國集成電路

16、大全，國防工業(yè)出版社，19854 高吉祥，電子技術(shù)基礎(chǔ)試驗與課程設(shè)計，電子工業(yè)出版社，20025 呂思忠，數(shù)字電路實驗與課程設(shè)計，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20016 謝自美，電子線路設(shè)計、試驗、測試，華中理工大學(xué)出版社，20037 趙志杰，集成電路應(yīng)用識圖方法，機械工業(yè)出版社，20038 童本敏，TTL集成電路，電子工業(yè)出版社，19859于海生，微型計算機控制技術(shù)，清華大學(xué)出版社，1999.610黃正謹(jǐn)?shù)染帲C合電子設(shè)計與實踐，東南大學(xué)出版社，2002.3附錄:附錄1主要元器件引腳圖及其功能表（1）74LS90引腳圖及功能表：（2）74LS157引腳圖及其功能表：附錄2：元器件清單型號功能備注74LS04六反向器一片74LS08四個2輸入與門一片74LS49譯碼器四片74LS48譯碼器二片74LS157八選四數(shù)據(jù)選擇器二片74LS90二-五-十進(jìn)制計數(shù)器六片555定時器產(chǎn)生時間延遲和多種脈沖信號一片晶體管NPN型 一個電阻15k二個 22一個 1k二十八個LED顯示器六塊電鍵二個電容100uF一個 14uF一個本科生課程設(shè)計成績評定表姓 名劉峻臣性 別男專業(yè)、班級自動化0903課程設(shè)計題目：數(shù)字鐘課程設(shè)計答辯或質(zhì)疑記錄：問題一：怎么辨別數(shù)碼管顯示器是好是壞？答：如果將其各管腳都接高電平時各燈