精簡(jiǎn)武漢理工數(shù)電課程設(shè)計(jì)--數(shù)字鐘

1、1數(shù)字鐘的構(gòu)成數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率(1hz)進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。秒計(jì)數(shù)器滿60后向分計(jì) 數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器滿60后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按照“24翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì) 數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。如圖11所示為數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖。圖11數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成梅圖時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì) 數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器， 而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421 bcd碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保 證數(shù)碼管正常工作提供足

2、夠的工作電流。顯示電路的組成主要是數(shù)碼管，數(shù)碼管由7個(gè)發(fā)光二極管組成，行成一個(gè)日字形，它 門可以共陰極，也可以共陽極，本設(shè)計(jì)中為共陰極七段顯示led數(shù)碼管。當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正，所以數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正 和時(shí)校正功能。對(duì)校時(shí)電路的要求是：在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；在分校正 時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。2數(shù)字鐘單元電路的設(shè)計(jì)2.1振蕩器電路設(shè)計(jì)vdd5vvddj>r9 100qu20vccnr ittxo ldisthrtricong198107b280 7< r12 22qlm555cm圖2-1 用555定吋器組成振蕩器的電路2.2時(shí)間計(jì)數(shù)單元

3、設(shè)計(jì)時(shí)間計(jì)數(shù)單元由時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個(gè)部分組成。時(shí)計(jì)數(shù)單元為24數(shù)器計(jì) 數(shù)，其輸出為兩位8421 bcd碼形式，分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為 8421 bcd碼。本實(shí)驗(yàn)采取了用兩塊74ls90芯片進(jìn)行級(jí)聯(lián)來產(chǎn)生60進(jìn)制和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 2.2.1集成異步計(jì)數(shù)器74ls9074ls90是異步二一五一十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，又可 以作五進(jìn)制和十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。如圖2-2為74ls90引腳圖，表2.1為74ls90的功能表。141312111098表2-1 74ls90的功能表輸入輸出功能清0置9時(shí)鐘qd qcqbqaroi、r02r91、r92in

4、a inb1 10xx0xx0 0 0 0清00xx01 1xx10 0 1置90xx00xx0j1qa輸出二進(jìn)制計(jì)數(shù)1 1qdqcqb輸出五進(jìn)制計(jì)數(shù)1qaqdqcqbqa 輸 出 8421 bcd 碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)qdqaqdqcqb 輸 出 5421 bcd 碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)1 1不變保持2.2.2用74ls90構(gòu)成秒和分計(jì)數(shù)器電路秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元為10計(jì)數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將qa與inb相連即可。ina與 1hz秒輸入信號(hào)相連，qd可作為進(jìn)位信號(hào)與十位計(jì)數(shù)單元的ina相連。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 為：將qb，qc分別與兩個(gè)

5、清零端r01, r02相連接。qc可作為進(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位的計(jì)數(shù) 單元的ina相連，如圖23所示。vccvcccp ro清零端r01r02vccqaqbqcqd> ina> inbro1ro 2vccqaqbqcqd12985_67100r91r92gnd6710r91r92gnd74ls90d圖23秒和分計(jì)數(shù)器的連接電路圖分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同，也是分 個(gè)位計(jì)數(shù)單元的qd作為進(jìn)位信號(hào)與分十位計(jì)數(shù)單元的ina相連，分十位計(jì)數(shù)單元的qc 作為進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的inb相連。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

6、轉(zhuǎn)換為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路連接方法為：將qb，qc分別與兩 個(gè)清零端r01, r02相連接。2.2.3用74ls90構(gòu)成時(shí)計(jì)數(shù)器電路時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元相同，但是要求整個(gè)時(shí)計(jì)數(shù)單元應(yīng)為24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，所以在兩塊74ls90構(gòu)成的100進(jìn)制中截取24,就得在24的時(shí)候進(jìn)行異步清 零。清零方法為：將兩片74ls90的兩個(gè)清零端r01和r02分別連接起來，再將時(shí)個(gè)位的 qb與r01相連，將時(shí)十位的qc與r02相連接。如圖2-4所示電路vcc2.2.4時(shí)間計(jì)數(shù)單元總電路如圖25所示電路為數(shù)字鐘的時(shí)間計(jì)數(shù)單元電路連接圖，從圖中可以看出，所有的置9端及接地端都接地，所有74ls90的v

7、cc都接上電源。vcc12vccqaqbccqdrolr02dj_12r91r92gn 二74ls90d1426rolro2vcc qa qb qcqd1tr91r92gnc74ls91fevccqaq3qcqdrolro2r91r92gnl74lsd(fe圖2-5 數(shù)字鐘的時(shí)間訃數(shù)單元電路連接圖2.3譯碼顯示單元電路設(shè)計(jì)2.3.3譯碼顯示電路譯碼顯示電路由共陰極譯碼器74ls48和七段數(shù)碼管led組成°74ls48和lg5011ah的連接圖如圖29所示。74ls48lg5011ah圖29,譯碼顯示電路3數(shù)字鐘的實(shí)現(xiàn)電路及其工作原理數(shù)字鐘的完整電路圖如圖3-1所不：數(shù)字鐘的工作原理：

8、首先給秒個(gè)位的ina端輸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)（此信號(hào)即為 555脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)。（1）j3, j4開關(guān)都打向上邊時(shí)，數(shù)字鐘開始計(jì)數(shù)，其中，秒、分為60進(jìn)制計(jì)數(shù)，時(shí) 為24進(jìn)制計(jì)數(shù)。（2）j3打向上邊，j4打向下邊時(shí)，可以進(jìn)行校分功能：手動(dòng)產(chǎn)生單次脈沖作校時(shí)脈 沖，即每撥動(dòng)校時(shí)開關(guān)j1 一個(gè)來回，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，多次撥動(dòng)開關(guān)j1就可以進(jìn)行準(zhǔn)確 校時(shí)。（3）j3打向下邊，j4打向上邊吋，可以進(jìn)行校吋功能，其方法與校分的方法相同。0tg1r2>r3、r4j、r5jr6<110!.<11ol：11ol<>110；. <<14|68697270|7

9、1 £ .u18u14u12 74ls48du11 74ls48du10 74ls43d74ls48d37u8 74ls43du7 74ls48d<壯j uttrr74ls90d74ls90d74ls9od74ls90d74ls9odj4vdd5v vddvocika3:xuml74ls90dc1二 z10uf$220lm555cmvdd 100；,vddj1b u23a 74ls00nu24b 74ls0cnvdd5v r104電路的安裝與調(diào)試安裝與調(diào)試步驟：按照?qǐng)D3.1所示的數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖，先將秒個(gè)位、秒十位、分 個(gè)位、分十位、時(shí)個(gè)位、時(shí)十位分級(jí)焊接，在經(jīng)過調(diào)試沒有出現(xiàn)

10、問題后再將它們一一逐級(jí) 級(jí)聯(lián)，級(jí)聯(lián)后再進(jìn)行整體計(jì)時(shí)電路的調(diào)試，若此電路能夠進(jìn)行正常計(jì)數(shù)，那么一個(gè)完整的 計(jì)時(shí)電路就出來了。最后分別進(jìn)行秒脈沖發(fā)牛器及調(diào)時(shí)電路的安裝，經(jīng)調(diào)試沒有出現(xiàn)問題, 再將它們與計(jì)時(shí)電路連接。最后進(jìn)行整體電路（即數(shù)字鐘）的調(diào)試。在焊接實(shí)物與調(diào)試這個(gè)階段，出現(xiàn)了比較多的問題，但是經(jīng)過我們幾個(gè)人的討論及分 析，最終找到了解決方案。首先，在剛開始焊板子的時(shí)候，由于不熟悉，不小心把管腳焊錯(cuò)，甚至將整個(gè)底座的 極性搞反，導(dǎo)致電路不工作。解決方法就是用吸錫器把焊錯(cuò)地方的錫先吸走，再一個(gè)人拿 烙鐵，一個(gè)人拔底座，將底座弄出來重新焊上去。其次，由于芯片接觸不良的問題，用萬用表歐姆檔檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)

11、有幾個(gè)引腳木該相通的 地方卻未通，而檢測(cè)的導(dǎo)線狀況良好,其解決方法為把芯片拔出，根據(jù)板子孔的的狀況重新 調(diào)整其引腳，使其正對(duì)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。在檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電路的過稈中發(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(shí)隱時(shí)現(xiàn)，有時(shí)會(huì)消失。用5v電源對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)每一根線是否接觸良好， 在檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時(shí)能接通，有時(shí)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。在進(jìn)行分

12、十位的調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的七段顯示中有一段不亮，檢查電路發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管 與譯碼管相連接的七個(gè)應(yīng)該是200q的電阻，有一個(gè)卻誤焊上了 100q。解決方法就是將 那個(gè)電阻換上正確阻值的電阻。在測(cè)試校準(zhǔn)電路時(shí)發(fā)現(xiàn)撥動(dòng)一次脈沖開關(guān)，計(jì)數(shù)器并不能準(zhǔn)確加1,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)加2 的現(xiàn)象。究其原因發(fā)現(xiàn)僅僅由開關(guān)構(gòu)成的校準(zhǔn)電路有抖動(dòng)現(xiàn)象，使得計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)不準(zhǔn)確。 解決方法就是在原有的校準(zhǔn)電路中加焊一個(gè)防抖動(dòng)電路，用基本rs觸發(fā)器就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。5課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì)，我明口了一個(gè)道理:無論做什么事情，都必需養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真，善思的 工作作風(fēng)我這畢業(yè)設(shè)計(jì)由于我采用的是數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)的，所以電路較復(fù)雜，但是容易

13、理解. 每一部分我都能理解并且能有多種設(shè)計(jì)方法.時(shí)間很緊，這一周又在忙碌中過去了，經(jīng)過一周的數(shù)電課程設(shè)計(jì)，我從原先看見 電路圖就一頭霧水到現(xiàn)在能夠設(shè)計(jì)復(fù)雜的數(shù)字鐘電路，并且能夠?qū)崿F(xiàn)電路的仿真與實(shí) 物板的制作與調(diào)試，之間的巨大變化著實(shí)令人吃驚。但是這種進(jìn)步來之不易，因?yàn)檫@ 期間我遇到了很多的困難，發(fā)現(xiàn)了很多的問題，正是在解決問題的期間我才慢慢地熟 悉了數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的基礎(chǔ)知識(shí)，才慢慢學(xué)會(huì)了如何去按照給定的要求設(shè)計(jì)出合適 的電路，作出電路的實(shí)物并對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試。本次課程設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用本學(xué)期所學(xué)到的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)來設(shè)計(jì)一個(gè)符 合要求的數(shù)字鐘，本次設(shè)計(jì)不僅要求我們要掌握數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的基

14、礎(chǔ)知識(shí)， 還要求我們對(duì)數(shù)字鐘的各個(gè)組成部分的原理，包括振蕩器的原理、計(jì)數(shù)器的原理、譯 碼驅(qū)動(dòng)原理和校時(shí)原理都有深刻的理解和掌握，本次課程設(shè)計(jì)最重要的是要求我們能 夠運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)將幾種單元電路組合起來，并且能夠根據(jù)給定性能指標(biāo)求解電路中 的參數(shù)，最后在實(shí)踐方而還要求我們要有一定的動(dòng)手能力，能夠根據(jù)電路圖買到我們 所需的原件，制作出電路板，并調(diào)試電路板。課設(shè)的這段日子真的是給我留下了很深的印彖。我總結(jié)出，在每次課設(shè)中，遇 到問題最好的辦法就是請(qǐng)教別人，因?yàn)槊總€(gè)人掌握的情況都不一樣，一個(gè)人不可能做 到處處都懂，必須發(fā)揮群眾的力量，復(fù)雜的事情才能夠簡(jiǎn)單化。這一點(diǎn)我深有體會(huì)， 在很多時(shí)候，我遇到的困難或許別人之前就遇到過，向他們請(qǐng)教遠(yuǎn)比自己在那邊摸索 來得簡(jiǎn)單，來得快。雖然我現(xiàn)在已經(jīng)初步學(xué)會(huì)了如何設(shè)計(jì)符合要求的數(shù)字鐘