(論文)數(shù)電課程設(shè)計(jì)——數(shù)字鐘最新優(yōu)秀畢業(yè)論文資料搜集嘔血奉獻(xiàn)

數(shù)字鐘1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)數(shù)字鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時(shí)的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、無(wú)需機(jī)械傳動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。因而得到了廣泛的應(yīng)用。小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直恚蟮杰?chē)站、碼頭、機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所的大型數(shù)字電子鐘。本次課程設(shè)計(jì)要求以中規(guī)模集成電路為主，利用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字鐘。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)字電路綜合應(yīng)用能力，掌握數(shù)字電路的設(shè)計(jì)技巧，增強(qiáng)實(shí)踐能力，以及熟練掌握數(shù)字鐘的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試及故障排除的方法。1.2 設(shè)計(jì)要求數(shù)字鐘采用數(shù)碼管顯示，顯示范圍0時(shí)0分00秒23時(shí)59分59秒； 提出至少兩種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案，并優(yōu)選方案進(jìn)行設(shè)計(jì)； 有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；電路具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，報(bào)時(shí)聲響為四低一高，最后一響正好為整點(diǎn)； 并且要求走時(shí)準(zhǔn)確。 畫(huà)出電路原理圖（或仿真電路圖）；選擇元器件及參數(shù)，列出有相關(guān)元器件清單；自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題。編寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告，寫(xiě)出設(shè)計(jì)與制作的全過(guò)程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。2 總體概要設(shè)計(jì)數(shù)字鐘的電路組成方框圖如圖2.1所示。由圖可見(jiàn)，數(shù)字鐘由晶振分頻、計(jì)時(shí)、校時(shí)、鬧鈴設(shè)置、比較、鬧響延時(shí)、顯示選擇、譯碼顯示九個(gè)模塊組成，其中計(jì)時(shí)模塊是整個(gè)電路的核心，其他模塊可看作輔助電路，幫助完成增強(qiáng)功能。晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768z的脈沖，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。分頻器電路將32768z的高頻方波信號(hào)分頻后得到1Hz的方波信號(hào)，可以供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。同時(shí)可得得到2Hz的調(diào)節(jié)脈沖和512和1024Hz的報(bào)時(shí)脈沖。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。 時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器及時(shí)計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器或者24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，我們這里設(shè)計(jì)鬧響計(jì)數(shù)器為30進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由秒向的進(jìn)位信號(hào)驅(qū)動(dòng)，即鬧鈴鬧響最長(zhǎng)時(shí)間為30分鐘。 譯碼顯示電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD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夠的工作電流。顯示采用LED。比較模塊在鬧鈴時(shí)間與時(shí)鐘計(jì)數(shù)器時(shí)間相等時(shí)給出一個(gè)信號(hào)。鬧響延時(shí)在收到比較模塊的信號(hào)后給出最長(zhǎng)一個(gè)長(zhǎng)達(dá)三十分鐘的選通信號(hào)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)在整點(diǎn)時(shí)發(fā)出四低一高的報(bào)時(shí)響聲，并且鬧鈴開(kāi)啟的情況下到設(shè)置的鬧鈴時(shí)間時(shí)發(fā)出鈴聲。顯示選擇模塊在設(shè)置鬧鈴時(shí)選擇顯示置鬧時(shí)間,在平時(shí)顯示時(shí)鐘時(shí)間。譯碼顯示分頻器晶體振蕩器整點(diǎn)報(bào)時(shí)校時(shí)顯示選擇計(jì)時(shí)比較鬧響延時(shí)鬧鈴設(shè)置 1Hz2Hz512Hz1024Hz 圖2.1 總體電路設(shè)計(jì)方框圖3 單元模塊電路設(shè)計(jì)分析與方案論證3.1 時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生模塊時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生模塊是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心，它產(chǎn)生一個(gè)矩形波時(shí)間基準(zhǔn)源信號(hào)，其穩(wěn)定性和頻率精確度決定了計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確度，振蕩頻率愈高，計(jì)時(shí)精度也就愈高。分頻器采用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，以得到1s（即頻率為1Hz）的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。方案一：該部分電路可以用555定時(shí)器構(gòu)成，如圖3.1.1所示，是一個(gè)由555 定時(shí)器構(gòu)成的1Hz脈沖發(fā)生電路，脈沖信號(hào)從3號(hào)引腳輸出，通過(guò)改變電路中的電阻和電容可以得到不同頻率的脈沖。其計(jì)算方法是：tpl=R2Cln2；tph=（R2+R2）Cln2。圖3.1.1 秒脈沖發(fā)生器 方案二：圖3.1.2所示電路通過(guò)與CD4060的非門(mén)構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，這個(gè)電路中，非門(mén)U1與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，U2實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電 阻為非門(mén)提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門(mén)的功能近似于一個(gè)高增益的反相放大器。電容1、2與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)度相移，從而和非門(mén)構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。圖3.1.2 晶體振蕩電路晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專(zhuān)為數(shù)字鐘電路而設(shè)計(jì)，其頻率較低，有利于減少分頻器級(jí)數(shù)。其中C1、C2 為22pF，當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時(shí)，還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施。由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為20M。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。 555定時(shí)器和晶體振蕩器構(gòu)成的脈沖發(fā)生器相比，由于電阻電容及其自身的精度的影響，其精度相對(duì)差一些，穩(wěn)定度不讓晶振且電路要復(fù)雜些，所以本次設(shè)計(jì)采用晶體振蕩器。分頻器電路 通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到z的秒信號(hào)輸入，需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻。通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，一般采用多級(jí)2進(jìn)制計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，將32767z的振蕩信號(hào)分頻為1Hz的分頻倍數(shù)為32767（215），即實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)于15級(jí)2進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器可用多種方法構(gòu)成，在下面的計(jì)時(shí)部分還會(huì)講到。本設(shè)計(jì)中采用CD4060來(lái)構(gòu)成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實(shí)現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門(mén)，使用起來(lái)很方便，并且可以從它的3、4、5號(hào)引腳分別得到2Hz、512Hz、1024Hz的調(diào)整信號(hào)和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)信號(hào)。CD4060計(jì)數(shù)為最高為級(jí)進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將32767Z的信號(hào)分頻為2HZ，再經(jīng)過(guò)D觸發(fā)器74LS74可以將它分為1HZ的信號(hào)。如圖3.1.3所示，可以直接實(shí)現(xiàn)振蕩和分頻的功能。（注：11、10號(hào)引腳接晶振） 圖3.1.3 分頻電路3.2 時(shí)間計(jì)數(shù)模塊 時(shí)間計(jì)數(shù)模塊有時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個(gè)部分。時(shí)計(jì)數(shù)模塊一般為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器，其輸出為兩位8421BCD碼形式；分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)模塊為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為8421BCD碼?？梢杂煤芏喾N方法構(gòu)成計(jì)數(shù)器，如可預(yù)置BCD異步清除計(jì)數(shù)器74xx161、可預(yù)置四位二進(jìn)制異步清除計(jì)數(shù)器74xx160等，可用清零法或者置數(shù)法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 如圖3.2.1所示，本設(shè)計(jì)采用了74LS90 用兩塊芯片進(jìn)行級(jí)聯(lián)來(lái)產(chǎn)生60進(jìn)制、24進(jìn)制計(jì)數(shù)器和30進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74LS90為二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，只需將CKB與Q0相連，便可構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，所以無(wú)需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將0與CKB（下降沿有效）相連即可。0（下降沒(méi)效）與z秒輸入信號(hào)相連，3在其計(jì)數(shù)為8時(shí)跳變?yōu)楦唠娖?，?到0 的瞬間跳變?yōu)榈碗娖?，產(chǎn)生一個(gè)下降沿，可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與十位計(jì)數(shù)單元的CKA相連，無(wú)需其他輔助邏輯門(mén)，這是選擇7490的原因之一。圖3.2.1 秒60進(jìn)制計(jì)數(shù)器 秒十位計(jì)數(shù)單元為進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。7490的清零端有兩個(gè)，分別為，它們同時(shí)為高電平時(shí)有效，所以可將1、2分別接到R0（1）、R0（2）將進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其中2可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的CKA相連。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)單元基本同，也是分個(gè)位計(jì)數(shù)單元的3作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與分十位計(jì)數(shù)單元的CKA相連。不同的是，分個(gè)位計(jì)數(shù)單元的3、0和分十位計(jì)數(shù)單元的2、0相與后作為向上的進(jìn)位信號(hào)。這是為了在分校時(shí)時(shí)不向小時(shí)進(jìn)位，在校時(shí)部分還會(huì)提到。時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個(gè)位計(jì)數(shù)單元相同，但是根據(jù)任務(wù)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，所以要在兩塊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。24進(jìn)制計(jì)數(shù)功能的電路如圖3.2.2所示。圖3.2.2 時(shí)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器3.3 譯碼顯示模塊計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流本設(shè)計(jì)，選用74XX4511作為顯示譯碼電路，選用七段共陰LED數(shù)碼管作為顯示單元電路，圖3.3.1所示為秒部分的譯碼顯示單元，其他部分的譯碼顯示單元與之完全相同。其中電阻取值為300歐姆，起限流作用。這部分電路可以用7448、7447加共陰或共陽(yáng)數(shù)碼管組成，電路也差不多，方案選擇可以隨意。圖3.3.1 秒譯碼顯示電路3.4 校時(shí)模塊 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。通常，校正時(shí)間的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。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(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中，而且在校正分鐘時(shí)應(yīng)截?cái)喾窒驎r(shí)的進(jìn)位信號(hào)，以免在校分的時(shí)候影響小時(shí)的狀態(tài)，從而引起對(duì)小時(shí)不必要的重新校正。圖3.4.1所示為本設(shè)計(jì)的校時(shí)電路。圖3.4.1 校時(shí)電路該電路采用2-3/2-2輸入端雙與或非門(mén)74LS51和其他輔助器件構(gòu)成，用2Hz脈沖信號(hào)作為校正信號(hào)在沒(méi)有按下校正按鈕時(shí)，封鎖2Hz校正信號(hào)，選通秒向分和分向時(shí)的進(jìn)位信號(hào)，當(dāng)按下時(shí)按鈕，進(jìn)位信號(hào)被封鎖，調(diào)整信號(hào)被選通，如果一直按著按鈕，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。在調(diào)分的時(shí)候，必須保證分向小時(shí)的進(jìn)位信號(hào)1h為低電平，否則當(dāng)點(diǎn)動(dòng)調(diào)分按鈕TMS時(shí)，小時(shí)計(jì)數(shù)部分會(huì)跟隨TMS產(chǎn)生的脈沖下降沿加計(jì)數(shù)，所以在上面的時(shí)間計(jì)數(shù)模塊里，分向時(shí)的進(jìn)位信號(hào)設(shè)置為分個(gè)位計(jì)數(shù)單元的3、0和分十位計(jì)數(shù)單元的2、0的相與，這樣就只有在分為59時(shí)，1h為高電平。非門(mén)U16：A和U16：B保證了電路為下降沿觸發(fā)。圖中的按鈕開(kāi)關(guān)處可加入消抖電路，消抖電路可以由RS鎖存器夠成，也可以用D觸發(fā)器構(gòu)成。由于在本設(shè)計(jì)中校時(shí)電路要求不高，加上為盡量減小電路大小，以便能在一塊面包板上做出實(shí)物，所以沒(méi)有加消抖電路沒(méi)有。消抖電路模型入圖3.4.2所示。圖3.4.2 校時(shí)去抖電路3.5 整點(diǎn)報(bào)時(shí)一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能，即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí)，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，較復(fù)雜的也可以是實(shí)時(shí)語(yǔ)音提示。根據(jù)要求，電路應(yīng)在整點(diǎn)前5秒鐘內(nèi)開(kāi)始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分55秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路給報(bào)時(shí)控制信號(hào)。報(bào)時(shí)電路選如圖3.5.1所示，選蜂鳴器為電聲器件。圖3.5.1 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路中蜂鳴器發(fā)出聲音的條件是時(shí)間在59分55秒到59分59秒期間，55到58秒每秒一次低音，59秒時(shí)為一次高音。而在這段時(shí)間內(nèi)，分不變，秒的十位也不變，因此可作為一個(gè)選通信號(hào)，在圖中，U40：A、B生產(chǎn)該信號(hào)，當(dāng)時(shí)間在59分55秒到59分58秒期間，由U43，74LS151產(chǎn)生低音信號(hào)蜂鳴器以512Hz發(fā)聲，當(dāng)時(shí)間為59分59秒時(shí)U41：A給出高音信號(hào)，蜂鳴器以1024Hz發(fā)聲。該電路還作為鬧鈴的發(fā)聲部分。該部分電路功能可完全由邏輯門(mén)構(gòu)成，其原理相同，其只有整點(diǎn)報(bào)時(shí)部分的電路如圖3.5.2所示，由圖可知，這個(gè)電路很復(fù)雜，元件繁多，在本設(shè)計(jì)中放棄不用。圖3.5.2 由邏輯門(mén)構(gòu)成的整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路還有一種實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能的方案，其基本思路如下：當(dāng)時(shí)間在59分55秒時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)時(shí)使RS觸發(fā)器置1,蜂鳴器開(kāi)始發(fā)出低音，當(dāng)時(shí)間在59分59秒時(shí)，再產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)時(shí)使另一個(gè)RS觸發(fā)器置1，蜂鳴器開(kāi)始發(fā)出高音，同時(shí)清零第一個(gè)RS觸發(fā)器，過(guò)后關(guān)閉蜂鳴器。這種用法在鬧鈴延時(shí)模塊用到，這里不給出具體實(shí)現(xiàn)方案的電路。3.6 置鬧模塊數(shù)字鐘在指定的時(shí)刻發(fā)出信號(hào)，或驅(qū)動(dòng)音響電路“鬧時(shí)”；或?qū)δ逞b置的電源進(jìn)行接通或斷開(kāi)“控制”。不管是鬧時(shí)還是控制，都要求時(shí)間準(zhǔn)確，即信號(hào)的開(kāi)始時(shí)刻與持續(xù)時(shí)間必須滿(mǎn)足規(guī)定要求。本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)一個(gè)鬧鈴，能在指定的時(shí)刻鬧響，并在無(wú)人干預(yù)的情況下持續(xù)半小時(shí)，期間可以關(guān)斷。同樣采用74LS90構(gòu)成置鬧電路的分鐘和小時(shí)的M60和M24的計(jì)數(shù)電路，其構(gòu)成與時(shí)鐘計(jì)時(shí)部分完全相同，在這里主要介紹其控部分電路如圖3.6.1所示。圖3.6.1 置鬧的控制電路圖 當(dāng)按下鬧鈴設(shè)置使能按鈕ASE時(shí)可以設(shè)置鬧響時(shí)間，此時(shí)信號(hào)ase為高電平，作用于顯示選擇模塊，使顯示模塊顯示置鬧時(shí)間，AHS為鬧鈴小時(shí)設(shè)置，AMS為鬧鈴分鐘設(shè)置。AON為鬧鈴開(kāi)啟/關(guān)閉開(kāi)關(guān)，當(dāng)AON閉合時(shí)鬧鈴開(kāi)啟，發(fā)光二極管亮，只要時(shí)鐘時(shí)間和鬧鈴時(shí)間相等，鬧鈴就可以鬧響，并且如果沒(méi)有人手動(dòng)關(guān)閉，即彈起開(kāi)關(guān)AON，鬧鈴將連續(xù)叫30分鐘。3.7 顯示選擇模塊LED顯示器不但要顯示時(shí)間，設(shè)置鬧鈴的時(shí)候還要顯示鬧鈴，所以顯示是選擇顯示，需要顯示選擇模塊。該模塊可用二選一數(shù)據(jù)選擇器74LS157、4/2線(xiàn)使能輸入三態(tài)輸出六同相線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器74LS367等器件構(gòu)成。方案一：采用74LS367，其構(gòu)成如圖3.7.1所示。信號(hào)ase為鬧鈴設(shè)置使能信號(hào)，鬧鈴設(shè)置時(shí)為高電平，選通置鬧模塊的計(jì)數(shù)器信號(hào)進(jìn)行顯示。平時(shí)ase為低電平，U36、37、38輸出位高阻，U33、34、35被使能選通時(shí)鐘計(jì)時(shí)模塊的實(shí)時(shí)信號(hào)，顯示模塊顯示實(shí)際時(shí)間。方案二：采用74LS157，其構(gòu)成如圖3.7.2所示。信號(hào)ase接到74XX157的一號(hào)引腳上，平時(shí)為低電平，選通157的信號(hào)A，即時(shí)鐘計(jì)時(shí)模塊的時(shí)間信號(hào)。當(dāng)鬧鈴設(shè)置時(shí)為高電平，選通置鬧模塊的計(jì)數(shù)器值。比較圖3.7.2和圖3.7.1，可以明顯看出，用74157構(gòu)成的顯示選擇模塊要比用367構(gòu)成的簡(jiǎn)單，少用器件，而功能完全相同所以在本設(shè)計(jì)中采用方案二。圖3.7.1 用367構(gòu)成的顯示選擇模塊圖3.7.2 用157構(gòu)成的顯示選擇模塊3.8 比較模塊鬧鈴要響的充要條件是時(shí)間與鬧鈴時(shí)間相同（只要時(shí)和分都相同就行，所以需要比較四位分別為時(shí)高低位、分高低位），要知道時(shí)間與鬧鈴時(shí)間是否相同，就需要一個(gè)比較模塊來(lái)比較它們，所以鬧響的關(guān)鍵是比較模塊。這部分的電路如圖3.8.1所示。圖3.8.1 比較電路該電路由四片四位比較器74LS85組成，分別對(duì)鬧鈴和時(shí)鐘的時(shí)和分的個(gè)位和十位進(jìn)行比較，當(dāng)它們都相等時(shí)，四塊7485的QA=B輸出均為高電平，這時(shí)比較相等信號(hào)ateq為高，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)鬧響延時(shí)電路。該電路中的四輸入與非門(mén)如果用另一片7485代替，便可以得到時(shí)鐘時(shí)間與鬧鈴時(shí)間的大小，但在本設(shè)計(jì)中，無(wú)需該信號(hào)，所以直接用7421就行了。3.9 鬧響延時(shí)模塊在上面的比較模塊中，時(shí)鐘時(shí)間與鬧鈴時(shí)間相等的信號(hào)ateq為高電平的時(shí)間只能維持1s，如果直接用該信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，那鬧鈴鬧響就只能維持1s，為了讓鬧響時(shí)間延長(zhǎng)，設(shè)計(jì)了這個(gè)模塊，這個(gè)模塊中用到了在整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊中提到的RS觸發(fā)器的使用，具體電路如圖3.9.1所示。圖3.9.1 鬧響延時(shí)模塊由圖可知，該電路采用了兩片74LS 90構(gòu)成了一個(gè)30進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用秒向分的進(jìn)位信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，即每分鐘計(jì)數(shù)一次，計(jì)數(shù)到30時(shí)計(jì)數(shù)器清零。D觸發(fā)器的輸入端D接Q非，構(gòu)成T觸發(fā)器，輸出Q在其時(shí)鐘信號(hào)的上升沿發(fā)生翻轉(zhuǎn)。輸入信號(hào)ateq為比較模塊的輸出信號(hào)，當(dāng)鬧鈴時(shí)間與時(shí)鐘時(shí)間相等時(shí)為高電平。aon信號(hào)為置鬧模塊的一個(gè)輸出信號(hào)，當(dāng)鬧鈴開(kāi)啟時(shí)為高電平。D觸發(fā)器輸出信號(hào)ab為鬧響開(kāi)始信號(hào)，該信號(hào)接到整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊，作用于蜂鳴器，使之以512Hz發(fā)出聲音。在鬧鈴沒(méi)有開(kāi)啟時(shí)，aon信號(hào)為低電平，清零計(jì)數(shù)器和D觸發(fā)器，輸出信號(hào)ab為低電平，蜂鳴器不鳴叫，計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)1min0無(wú)效，計(jì)數(shù)器保持為0。當(dāng)鬧鈴開(kāi)啟后，鬧鈴時(shí)間與時(shí)鐘時(shí)間不相等時(shí)，即ateq信號(hào)為低電平，D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)沒(méi)有上升沿，也就是說(shuō)沒(méi)有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所以Q即ab信號(hào)保持為低電平aon信號(hào)為高電平，有因?yàn)閍b信號(hào)仍為低電平，所以計(jì)數(shù)器仍為清零狀態(tài)。當(dāng)鬧鈴時(shí)間與時(shí)鐘時(shí)間相等時(shí)，D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)上升沿，輸出ab翻轉(zhuǎn)為高電平，蜂鳴器開(kāi)始鳴叫，計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)脈沖開(kāi)啟，一分鐘過(guò)后，鬧鈴時(shí)間與時(shí)鐘時(shí)間不再相等，D觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖變?yōu)榈碗娖?，產(chǎn)生一個(gè)下降沿，不過(guò)不影響其輸出信號(hào)ab，每分鐘加1，如果有在計(jì)數(shù)器加到30以前有人關(guān)閉鬧鈴，即彈起按鈕AON，則信號(hào)aon變?yōu)榈碗娖?，?jì)數(shù)器清零，D觸發(fā)器也清零。如果沒(méi)人關(guān)閉鬧鈴，則計(jì)數(shù)器一直計(jì)數(shù)，直到計(jì)到30時(shí)，由與非門(mén)U17:B產(chǎn)生一個(gè)低電平，也使D觸發(fā)器清零，信號(hào)ab變?yōu)榈碗娖?，封鎖計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)脈沖從而實(shí)現(xiàn)鬧鈴在半小時(shí)后自動(dòng)關(guān)閉。4 組裝調(diào)試4.1 使用的主要儀器及儀表由于條件艱苦，在整個(gè)調(diào)試過(guò)程中使用的調(diào)試工具只有一塊萬(wàn)用表和5V電源一個(gè)。4.2 調(diào)試電路的方法和技巧進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，要達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模〉脻M(mǎn)意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不僅取決于電路原理和測(cè)試方法的正確性，而且還與電路安裝的合理性緊密相關(guān)。本設(shè)計(jì)選擇在面包板上調(diào)試，由于使用時(shí)，可將元器件簡(jiǎn)單地在插件電路板上插入或拔出，可快速地改變電路布局，元器件可長(zhǎng)期重復(fù)使用。安裝與調(diào)試過(guò)程應(yīng)按照先局部后整機(jī)的原則，根據(jù)信號(hào)的流向逐塊調(diào)試，使各功能塊都要達(dá)到各自技術(shù)指標(biāo)的要求，然后把它們連接起來(lái)進(jìn)行統(tǒng)調(diào)和系統(tǒng)測(cè)試。調(diào)試包括調(diào)整與測(cè)試兩部分，調(diào)整主要是調(diào)節(jié)電路中可變?cè)骷蚋鼡Q器件，使之達(dá)到性能的改善。測(cè)試是采用電子儀器測(cè)量相關(guān)點(diǎn)的數(shù)據(jù)與波形，以便準(zhǔn)確判斷設(shè)計(jì)電路的性能。 在裝配前必須對(duì)元器件進(jìn)行性能參數(shù)測(cè)試，測(cè)試完后再在面包板上安裝。 要熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能，那么在電路出錯(cuò)時(shí)便能準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正了。 在沒(méi)有示波器的情況下可用法光二極管粗略測(cè)試管腳輸出脈沖，從而根據(jù)理論判斷電路是否正常工作。 通電后不要急于測(cè)量電氣指標(biāo)，而要觀察電路有無(wú)異常現(xiàn)象，例如有無(wú)冒煙現(xiàn)象，有無(wú)異常氣味，手摸集成電路外封裝，是否發(fā)燙等。如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)斷電源，待排除故障后再通電。注意器件管腳的連接，“懸空端”、“清零端”、“置1端”要正確處理。下面有幾種故障排除法：1)信號(hào)尋跡法尋找電路故障時(shí)，一般可以按信號(hào)的流程逐級(jí)進(jìn)行。在電路的輸入端加入適當(dāng)?shù)男盘?hào)，用示波器或電壓表等儀器逐級(jí)檢查信號(hào)在電路內(nèi)各部分傳輸?shù)那闆r，根據(jù)電路的工作原理分析電路的功能是否正常，如果有問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)處理。調(diào)試電路時(shí)也可以從輸出級(jí)向輸入級(jí)倒推進(jìn)行，信號(hào)從電路最后一級(jí)的輸入端加入，觀察輸出端是否正常，然后逐級(jí)將適當(dāng)信號(hào)加入前面一級(jí)電路輸入端，繼續(xù)進(jìn)行檢查。這里所指的“適當(dāng)信號(hào)”是指頻率、電壓幅值等參數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足電路要求，這樣才能使調(diào)試順利進(jìn)行。2)對(duì)分法把有故障的電路分為兩部分，先檢查這兩部分中究竟是哪部分有故障，然后再對(duì)有故障的部分對(duì)分檢測(cè)，一直到找出故障為止。采用“對(duì)分法”可減少調(diào)試工作量。3)對(duì)比法將有問(wèn)題的電路狀態(tài)、參數(shù)與相同的正常電路進(jìn)行逐項(xiàng)對(duì)比。此方法可以較快從異常的參數(shù)中分析出故障。4)替代法把已調(diào)試好的相同的單元電路代替有故障或有疑問(wèn)的單元電路（注意共地）。這樣可以很快判斷故障部位。有時(shí)元器件的故障不很明顯，如電容漏電、電阻變質(zhì)、晶體管和集成電路性能下降等。這時(shí)用相同規(guī)格的優(yōu)質(zhì)元器件逐一替代實(shí)驗(yàn)，就可以具體地判斷故障點(diǎn)，加快查找故障點(diǎn)的速度，提高調(diào)試效率。5)靜態(tài)測(cè)試法故障部位找到后，要確定是哪一個(gè)或哪幾個(gè)元件有問(wèn)題，最常用的是靜態(tài)測(cè)試法和動(dòng)態(tài)測(cè)試法。靜態(tài)測(cè)試法是用萬(wàn)用表測(cè)試電阻值、電容漏電、電路是否斷路或短路，晶體管和集成電路各引腳電壓是否正常等。這種測(cè)試是在電路不加信號(hào)時(shí)進(jìn)行的，所以叫靜態(tài)測(cè)試。通過(guò)這種測(cè)試可發(fā)現(xiàn)元器件的故障。6)動(dòng)態(tài)測(cè)試法當(dāng)靜態(tài)測(cè)試法還不能發(fā)現(xiàn)故障原因時(shí)，可以采用動(dòng)態(tài)測(cè)試法。測(cè)試時(shí)在電路的輸入端加上適當(dāng)?shù)男盘?hào)再測(cè)試元器件的工作情況，觀察電路的工作狀況，分析、判斷故障原因。4.3 調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法經(jīng)過(guò)兩天的認(rèn)真設(shè)計(jì)與仿真調(diào)試，一個(gè)完整的數(shù)字鐘方案順利產(chǎn)生，為了驗(yàn)證自己的方案是否可行，開(kāi)始了電路的安裝于調(diào)試。拿到元器件后，對(duì)各元器件進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)數(shù)碼管有兩段式壞的，換成另外一個(gè)，其余的符合要求。 1)起初數(shù)碼管未接限流電阻，其他組的同學(xué)有出現(xiàn)燒毀數(shù)碼管的情況，于是在在制作過(guò)程中又補(bǔ)接限流電阻，但由于面包板空間有限，因此便用錫焊將限流電阻與導(dǎo)線(xiàn)直接焊在一起，于是焊接點(diǎn)便裸漏在外面，導(dǎo)致焊點(diǎn)會(huì)互相接觸，使數(shù)碼管經(jīng)常不能正常顯示。因此在上電后要注意不能使焊點(diǎn)相互觸碰。2）在制作完成后，發(fā)現(xiàn)整板電路都不能正常工作，上電后電源很快就會(huì)發(fā)燙，電源指示燈變暗，馬上斷開(kāi)電源，用萬(wàn)用表測(cè)得正負(fù)極電源輸入端電阻為零，判斷為短路，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是因?yàn)槊姘迳嫌袔着挪蹇资窍嗤ǖ?，?dǎo)致在接線(xiàn)時(shí)直接把電源和接地的線(xiàn)連在一起，造成了短路。迅速改正了這個(gè)低級(jí)錯(cuò)誤。3）改正2）中的錯(cuò)誤后，發(fā)現(xiàn)秒不能向分進(jìn)位，直接用1Hz的脈沖信號(hào)接入分計(jì)數(shù)器的驅(qū)動(dòng)脈沖輸入端，計(jì)數(shù)器正常工作，判定為校時(shí)電路出了問(wèn)題，經(jīng)仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)74ls51接錯(cuò)了一根導(dǎo)線(xiàn)，立即更正。4）電路工作時(shí)數(shù)碼管顯示會(huì)以很快的速度亂跳，估計(jì)為某幾條導(dǎo)線(xiàn)連接不牢，經(jīng)用觸碰不同地方的方法仔細(xì)檢查后，的確發(fā)現(xiàn)有幾條導(dǎo)線(xiàn)連接不牢，換上新的導(dǎo)線(xiàn)后問(wèn)題得以解決。經(jīng)過(guò)不斷調(diào)試后，電路運(yùn)行的很好，達(dá)到了預(yù)期。只是由于面包板太小，鬧鈴部分不能接上去，算是一個(gè)小遺憾 5 設(shè)計(jì)總結(jié)及改進(jìn)展望 經(jīng)過(guò)為期兩周的日夜奮戰(zhàn)，我們成功的完成了老師布置的任務(wù)。我們的數(shù)字鐘能完成以下功能：走時(shí)準(zhǔn)確；采用數(shù)碼管顯示，能顯示范圍0時(shí)0分00秒23時(shí)59分59秒； 具有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；電路具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，報(bào)時(shí)在59分55秒開(kāi)始，聲響為四低一高，最后一響正好為整點(diǎn)；電路還具有設(shè)計(jì)要求以外的鬧鈴功能，可以方便地設(shè)置鬧鈴時(shí)間，鬧響后可以手動(dòng)關(guān)閉，在沒(méi)人關(guān)閉的情況下，最多鬧30分鐘，30分鐘后自動(dòng)停止。其實(shí)在開(kāi)始的時(shí)候，我是準(zhǔn)備在完成以上功能后，再增加以下功能;鬧鈴的“打盹”功能，也就是在設(shè)置為“打盹”模式下，鬧鈴會(huì)在鬧一定時(shí)間后停一段時(shí)間，然后再鬧一段時(shí)間，讓主人有一段打盹的時(shí)間。時(shí)鐘的秒表功能，在按下某個(gè)鍵后可以當(dāng)秒表使用，用完后恢復(fù)時(shí)鐘功能，并且不需要重新校時(shí)。由于在課程設(shè)計(jì)期間還有考試等，時(shí)間有限，不能將上述功能實(shí)現(xiàn)，總的來(lái)說(shuō)，這次課程設(shè)計(jì)是非常成功的，我們也從中學(xué)到了不少東西。6元器件清單工具器件：萬(wàn)用表一塊鑷子一把面包板一塊導(dǎo)線(xiàn)若干電源一個(gè)元件清單：Category,Reference,ValueResistors,R1,1kResistors,R2,1kResistors,R3,1kResistors,R4,1kResistors,R5,1kResistors,R6,1kResistors,R7,510Resistors,R14,300Resistors,R15,300Resistors,R16,300Resistors,R17,300Resistors,R18,300Resistors,R19,300Resistors,R20,300Resistors,R21,300Resistors,R22,300Resistors,R23,300Resistors,R24,300Resistors,R25,300Resistors,R26,300Resistors,R27,300Resistors,R28,300Resistors,R29,300Resistors,R30,300Resistors,R31,300Resistors,R32,300Resistors,R33,300Resistors,R34,300Resistors,R35,300Resistors,R36,300Resistors,R37,300Resistors,R38,300Resistors,R39,300Resistors,R40,300Resistors,R41,300Resistors,R42,300Resistors,R43,300Resistors,R44,300Resistors,R45,300Resistors,R46,300Resistors,R47,300Resistors,R48,300Resistors,R49,300Resistors,R50,300Resistors,R51,300Resistors,R52,300Resistors,R53,300Resistors,R54,300Resistors,R55,300Integrated Circuits,U1,74LS90Integrated Circuits,U2,74LS90Integrated Circuits,U3,74LS90Integrated Circuits,U4,74LS90Integrated Circuits,U5,74LS90Integrated Circuits,U6,74LS90Integrated Circuits,U22,74LS90Integrated Circuits,U24,74LS90Integrated Circuits,U29,74LS90Integrated Circuits,U30,74LS90Integrated Circuits,U31,74LS90Integrated Circuits,U32,74LS90Integrated Circuits,U7,74HC4511Integrated Circuits,U8,74HC4511Integrated Circuits,U9,74HC4511Integrated Circuits,U10,74HC4511Integrated Circuits,U11,74HC4511Integrated Circuits,U12,74HC4511Integrated Circuits,U13,4060Integrated Circuits,U14,74LS74Integrated Circuits,U15,74LS51Integrated Circuits,U16,74LS04Integrated Circuits,U21,74LS04Integrated Circuits,U17,74LS00Integrated Circuits,U18,74LS11Integrated Circuits,U19,74LS32Integrated Circuits,U44,74LS32Integrated Circuits,U20,74LS21Integrated Circuits,U40,74LS21Integrated Circuits,U42,74LS21Integrated Circuits,U23,74LS85Integrated Circuits,U25,74LS85Integrated Circuits,U26,74LS85Integrated Circuits,U27,74LS85Integrated Circuits,U28,74LS157Integrated Circuits,U46,74LS157Integrated Circuits,U47,74LS157Integrated Circuits,U49,74LS157Integrated Circuits,U41,74LS08Integrated Circuits,U45,74LS08I