數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告(數(shù)字鐘)

1、南湖學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)課 題：數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)姓 名： 指導(dǎo)老師： 系 別： 機(jī)電系班 級： 學(xué) 號： 一、 設(shè)計(jì)任務(wù)（包括器件清單、任務(wù)功能描述與分析）1.1 器件清單： 型號數(shù)量（片、只）型號數(shù)量（片、只）74LS00374LS90574LS48474LS92274LS04174LS191174LS741數(shù)碼顯示器BS2024NE5551電容（20P*2,0.1*1,0.01*4）2,1,4發(fā)光二極管2電阻（2K,5.1K,3.3K,220）1,1,3,3可調(diào)電阻（10K）1按鍵21.2 任務(wù)功能：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； 為節(jié)省器件，其中秒的個(gè)位和時(shí)的十位

2、均用發(fā)光二極管指示，燈亮為1，燈滅為0； 小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為“12翻1”，分和秒的計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)位； 要求手動(dòng)慢校時(shí)，慢校分，快校時(shí)，快校分。功能分析： 振蕩器產(chǎn)生高穩(wěn)定的高頻脈沖信號，作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)（系統(tǒng)時(shí)鐘），再經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號。 秒個(gè)位發(fā)光二極管閃爍十次，秒十位進(jìn)位，秒十位進(jìn)位六次后，向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按照“12翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。 計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)可以用校時(shí)電路進(jìn)行校時(shí)、校分、校秒。二、 實(shí)驗(yàn)儀器電烙鐵、示波器、直流電源、數(shù)字萬用表、鑷子、剝線鉗三、 設(shè)計(jì)原理分析與電路設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)組成框圖分析如圖3

3、.1 多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖3.2 各部分電路設(shè)計(jì)(1) 振蕩電路與分頻電路根據(jù)要求，振蕩電路應(yīng)選擇555多諧振蕩器，本實(shí)驗(yàn)選用555構(gòu)成的多諧振蕩器，設(shè)振蕩頻率f0=1KHz，電路參數(shù)如圖3.2所示。該電路廣泛使用于各種需要頻率穩(wěn)定及準(zhǔn)確的數(shù)字電路，如數(shù)字鐘、電子計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信電路等。圖3.2 555振蕩器555多諧振蕩器的原理圖及工作波形如圖3.3： 圖3.3（2） 時(shí)間計(jì)數(shù)電路 一般采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。為減少器件使用數(shù)量，可選74LS90，其芯片引腳如圖3.4所示。74LS90有兩個(gè)清零端MR1、MR2和兩個(gè)置9端MS1、MS2，用74LS90構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)

4、數(shù)器非常方便，不需外加邏輯門電路用2片74LS90構(gòu)成的8421BCD碼100進(jìn)制計(jì)數(shù)器如圖3.5所示。圖中，將低位計(jì)器的最高位輸出脈沖信號作相鄰高位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖。圖3.4 74LS90 芯片引腳圖、圖3.5 兩片74LS90構(gòu)成的100分頻器74LS92是二六十二進(jìn)制計(jì)算器，即CP0和Q0組成二進(jìn)制計(jì)算器，CP1和Q3Q2Q1在74LS92中為六進(jìn)制計(jì)算器。其芯片引腳如圖3.6所示，其與74LS90構(gòu)成六十進(jìn)制如圖3.7.圖3.6 74LS92芯片引腳圖圖3.7 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器(3)譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元電路74LS47、74LS48為BCD7段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，其中，74LS47可用來驅(qū)動(dòng)共陽

5、極的發(fā)光二極管顯示器示器，而74LS48則用來驅(qū)動(dòng)共陰極的發(fā)光二極管顯示器。74LS47為集電極開路輸出，用時(shí)要外接電阻；而74LS48的內(nèi)部有升壓電阻，因此無需外接電阻(可以直接與顯示器 連接)。74LS48與數(shù)碼管的連接如圖3.8所示。其中，A3A2AlA0為8421BCD碼輸入端，ag為 7段譯碼輸出端。各使能端功能簡介如下： /LT 燈測試輸入使能端。當(dāng)LT0時(shí)，譯碼器各段輸出均為高電平，顯示器各段亮，因此，LT0可用來檢查74LS48和顯示器的好壞。 /RBI 動(dòng)態(tài)滅零輸入使能端。在LT1的前提下，當(dāng)/RBI0且輸入A3A2AlA0000時(shí)，譯碼器各段輸出全為低電平，顯示器各段全滅，

6、而當(dāng)輸人數(shù)據(jù)為非零數(shù)碼時(shí)，譯碼器和顯示器正常譯碼和顯示。利用此功能可以實(shí)現(xiàn)對無意義位的零進(jìn)行消隱。 /BI 靜態(tài)滅零輸入使能端，只要BI0，不論輸入A3A2AlA0為何種電平，譯碼器4段輸出全為低電平，顯示器滅燈(此時(shí)/BIRBO為輸入使能)。 /RBO 動(dòng)態(tài)滅零輸出端。在不使用/BI功能時(shí)，BIRBO為輸出使能(其功能是只有在譯碼器實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)滅零時(shí)RBO0，其它時(shí)候RBO1)。該端主要用于多個(gè)譯碼器級聯(lián)時(shí)，實(shí)現(xiàn)對無意義的零進(jìn)行消隱。實(shí)現(xiàn)整數(shù)位的零消隱是將高位的RBO接到相鄰低位的RBI，實(shí)現(xiàn)小數(shù)位的零消隱是將低位的RBO接到相鄰高位的RBI。 圖3.8 74LS48與數(shù)碼管的連接圖 (4)校時(shí)

7、電路。根據(jù)要求，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)信號與校正信號可以隨時(shí)切換的電路接入其中。校時(shí)電路如3.9圖。圖3.9 ?！皶r(shí)”、?！胺帧彪娐沸枰⒁獾氖?，校時(shí)電路是由與非門構(gòu)成的組合邏輯電路，開關(guān)Sl或S2為“0”或“1”時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，接電容C1、C2可以緩解抖動(dòng)。必要時(shí)還應(yīng)將其改為去抖動(dòng)開關(guān)電路。3.3 系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)3.4 系統(tǒng)PCB版圖設(shè)計(jì)PCB設(shè)計(jì)版圖實(shí)物圖：四、 系統(tǒng)制作1. 按照要求設(shè)計(jì)電路并畫出原理圖；2. 給數(shù)碼管畫封裝；3. 生成網(wǎng)絡(luò)表；4. 檢錯(cuò)并導(dǎo)入PCB板；5. 進(jìn)行元器件合理布局并手工布線；6. 領(lǐng)取器件

8、并按照實(shí)際器件適當(dāng)調(diào)整封裝；7. 打印輸出；8. 制作電路板；9. 焊接元件；10. 系統(tǒng)調(diào)試。五、 系統(tǒng)測試1) 由圖3.1所示的數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖按照信號的流向分級安裝，逐級級聯(lián)，這里的每一級是指組成數(shù)字鐘的各功能電路。2) 級聯(lián)時(shí)如果出現(xiàn)時(shí)序配合不同步，或尖峰脈沖干擾，引起邏輯混亂，可以增加多級邏輯門來延時(shí)。如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端Vcc加濾波電容。通常用幾十微法的大電容與0.01uF的小電容相并聯(lián)。3) 畫數(shù)字鐘的主體邏輯電路圖。經(jīng)過聯(lián)調(diào)并糾正設(shè)計(jì)方案中的錯(cuò)誤和不足之處后，再測試電路的邏輯功能是否滿足設(shè)計(jì)要求。最后畫出滿足

9、設(shè)計(jì)要求的總體邏輯電路圖。由于實(shí)驗(yàn)器材有限，則其中秒計(jì)數(shù)器的個(gè)位和時(shí)計(jì)數(shù)器的十位可以采用發(fā)光二極管指示，因而可以省去2片譯碼器和2片數(shù)碼顯示器。4) 選擇測量儀表與儀器，對電路進(jìn)行實(shí)際測量與調(diào)試，調(diào)整電路參數(shù)，并解決存在的問題或電路故障等。通過我的調(diào)試過程，總結(jié)主要從以下幾個(gè)方面調(diào)試：a) 用示波器檢測555輸出信號波形和頻率，波形應(yīng)為方波頻率為1000Hz。若為出現(xiàn)，則首先檢查電路圖是否正確，器件是否連接正確，器件參數(shù)是否正確，芯片是夠是好的，直到顯示的信號滿足要求，否則后期的工作沒有意義了。b) 接著信號送入分頻器，用同上的方法測試每片74LS90輸出的頻率是否正確，第一片輸出波形應(yīng)為方波

10、頻率為100Hz，第二片輸出波形為方波頻率為10Hz，第三片輸出波形應(yīng)為方波頻率為1Hz。一片一片的檢查，如為出現(xiàn)正確的波形則應(yīng)一片一片地調(diào)試，檢查電路圖是否連接正確，焊接是否標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)一個(gè)引腳地把關(guān)，直至輸出正確波形為止，這是發(fā)光二極管應(yīng)該每秒閃爍一次。c) 當(dāng)分頻器調(diào)試正常后，觀察數(shù)碼管的顯示是否正常。對照原理圖檢查計(jì)數(shù)器和譯碼驅(qū)動(dòng)74LS48是否正常工作。一般情況下數(shù)碼管是有顯示的。d) 測試校時(shí)電路是否能工作，通過按鍵操作，觀測數(shù)碼管是否按照要求變化，若沒有反應(yīng)，則應(yīng)檢測1Hz的脈沖是否輸入，按鍵是否連接正確，并測試74LS00與74LS04是否能正常工作。直到按鍵操作使數(shù)碼管有響應(yīng)為

11、止。六、 總結(jié)數(shù)字鐘作為一個(gè)實(shí)用電子系統(tǒng)，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。掌握數(shù)字鐘的基本原理，研究并不斷改進(jìn)系統(tǒng)的功能。這些是我們初涉者們努力的方向。本系統(tǒng)采用石英晶體振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、顯示器和校時(shí)電路組成。由LED數(shù)碼管來顯示譯碼器所輸出的信號。實(shí)現(xiàn)了數(shù)字鐘時(shí)、分、秒顯示，手動(dòng)較時(shí)、校分的功能。有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用性能。而數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)開拓了我們的視野，鍛煉了我們的動(dòng)手能力。我想就整個(gè)制作數(shù)字鐘的過程做一些總結(jié)。如何設(shè)計(jì)原理圖，如何檢錯(cuò)，如何進(jìn)行PCB單面板的布線，如何制作單面板，如何調(diào)試電路，每一環(huán)節(jié)都不能忽視，而且每一環(huán)節(jié)都應(yīng)為下一環(huán)節(jié)做打算，不應(yīng)開始沒弄好就想下面怎么做這么做就行了，這樣給后期工

12、作帶來的難度更大。第一步也是最關(guān)鍵的一步就是原理圖的設(shè)計(jì)，首先要保證原理圖是正確的，否則后面做的都是無用功，畫原理圖雖然不難，但是絕對不能忽視。接著導(dǎo)入PCB板，而導(dǎo)入PCB板時(shí)必須確保無誤。而手工布線時(shí)，擺放好元件也是很重要的，為布線提供方便。而布線時(shí)又要考慮到板子做出來的效果，將焊盤盡量調(diào)大，線盡量布粗，電源線和地線要比信號線稍微粗一點(diǎn)，而且盡量避免線經(jīng)過焊盤，以免焊接時(shí)出現(xiàn)短路。布線很煩很亂很耗時(shí)間，很容易泄氣，但是一定要堅(jiān)持，否則前功盡棄。制作PCB板時(shí)要避免出現(xiàn)斷線，斷線給調(diào)試帶來很大不便，腐蝕工作也要做好。焊接器件時(shí)要使板子進(jìn)盡可能的美觀，并且焊好每一個(gè)結(jié)點(diǎn)。調(diào)試是收尾工作，卻也是決定成敗的關(guān)鍵，調(diào)試成功了便制作成功了，如果調(diào)試不成功，則看不到效果。這也是最讓人遺憾的。調(diào)試最是讓人頭痛也是最耗時(shí)間的事情。這也是動(dòng)手能力最強(qiáng)的工作，需要耐心，需要毅力，這個(gè)過程也能使我們更進(jìn)一步熟悉電路板，并理解電路設(shè)計(jì)原理，否則是沒法調(diào)試的，要一級一級地調(diào)試，其實(shí)只要前期做得好，調(diào)試工作就不難。該清楚每一級輸出情形，按照這個(gè)情形去調(diào)試，直到滿足要求，而要考慮到的因素很多。我覺得最先要做的是保證測量儀器是好的，否則會(huì)做很多無用功甚至陷入深淵，接著首要的是確保地線跟電源線正確輸