多功能數(shù)字鐘課設(shè)報(bào)告

1、目錄第一章、摘要3第二章、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求3第三章、設(shè)計(jì)原理3第四章、單元電路的設(shè)計(jì).4第一節(jié)、基于NE555的秒方波發(fā)生器的設(shè)計(jì)4第二節(jié)、基于74LS160的1260進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì).5第三節(jié)、校時(shí)電路的設(shè)計(jì).7第四節(jié)、顯示電路的設(shè)計(jì).7第五章、設(shè)計(jì)總電路圖.8第六章、設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題及解決方案.9第七章、心得體會(huì)10第八章、附錄11第一章、摘 要由于現(xiàn)代社會(huì)的數(shù)字電子技術(shù)高速發(fā)展，電子鐘應(yīng)運(yùn)而生，又由于電子技術(shù)的不斷改進(jìn)，采用中規(guī)模的邏輯器件可以使電子鐘的體積變得很少，實(shí)用更加方便，應(yīng)用更加廣泛。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(guān)性，且

2、無(wú)機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。本實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字計(jì)時(shí)器，可以完成0分00秒11小時(shí)59分59秒的計(jì)時(shí)功能，并在控制電路的作用下有開(kāi)機(jī)清零、快速校分和報(bào)時(shí)功能。關(guān)鍵字：數(shù)字電子鐘 校時(shí) 報(bào)時(shí) 第二章、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 1、功能要求：（1） 基本功能:以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間，小時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)要求為“12翻1”，并要求能手動(dòng)快校時(shí)、快校分或慢校時(shí)、慢校分。（2）擴(kuò)展功能:定時(shí)控制，其時(shí)間自定；仿廣播電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)自動(dòng)報(bào)正點(diǎn)時(shí)數(shù)。2、設(shè)計(jì)步驟與要求：（1）擬定數(shù)字鐘電路的組成框圖，要求先實(shí)現(xiàn)電路的

3、基本功能，后擴(kuò)展功能，使用的器件少，成本低；（2）設(shè)計(jì)各單元電路，并用Multisim軟件仿真；（3）在通用電路板上安裝電路，只要求顯示時(shí)分；（4）測(cè)試數(shù)字鐘系統(tǒng)的邏輯功能；3、給定的主要器件：74LS00（4片），74LS160（4片）或74LS161（4片），74LS03（OC，1片），74LS04（2片），74LS20（2片），74LS48（4片），數(shù)碼管BS202（4只），發(fā)光二極管（2只），555（2片）。4、儀器和設(shè)備:穩(wěn)壓電源（或數(shù)字邏輯學(xué)習(xí)機(jī)），雙蹤示波器，數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)字通用板、撥線(xiàn)鉗和電烙鐵等。第三章、設(shè)計(jì)原理電路由振蕩器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時(shí)電路和報(bào)時(shí)電路組成。振

4、蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)作為秒脈沖，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器通過(guò)“時(shí)”、“分”、“秒”譯碼器顯示時(shí)間。校時(shí)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“分”或“時(shí)”上數(shù)值的控制，而不受秒十位是否進(jìn)位的影響 圖1數(shù)字電子計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)框圖第四章、單元設(shè)計(jì)原理第一節(jié)、基于NE555的秒方波發(fā)生器的設(shè)計(jì)用NE555芯片以及外圍電路搭建成一個(gè)多諧振蕩器，通過(guò)設(shè)計(jì)外圍電路的參數(shù)輸出方波頻率為1Hz，故稱(chēng)為秒方波發(fā)生器。由于脈沖的占空比對(duì)系統(tǒng)的影響不大，故把占空比設(shè)計(jì)為2/3。輸出方波用作計(jì)數(shù)器及D觸發(fā)器的clk信號(hào)。NE555定時(shí)器引腳圖如圖1所示，脈沖頻率公式：f=1（R1+2R2）C2選擇R1=10K，R2=10K，C=47F，Cf=0.0

5、1F,形成電路圖如圖2所示：圖2秒脈沖發(fā)生器圖3 示波器觀(guān)察秒脈沖發(fā)生器信號(hào)圖4 NE555引腳圖及功能表第二節(jié)、基于74LS160的1260進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)74LS160 是一個(gè)具有異步清零、同步置數(shù)、可以保持狀態(tài)不變的十進(jìn)制上升沿計(jì)數(shù)器，我們利用它來(lái)構(gòu)成1260進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74LS160資料如下圖所示：圖5 74LS160引腳圖圖6 74LS160模式選擇表（1）用74160實(shí)現(xiàn)12翻1功能數(shù)字鐘的時(shí)是從0到12再到1循環(huán)計(jì)數(shù)的，所以可以用用同步置數(shù)法設(shè)計(jì)12翻1計(jì)數(shù)器圖7 用整體置數(shù)法構(gòu)成的12進(jìn)制計(jì)數(shù)器（2）用74160實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器數(shù)字鐘的秒和分位都是從0到60循環(huán)計(jì)數(shù)的，所以可

6、以用用異步清零法設(shè)計(jì)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器作為秒和分的計(jì)數(shù)器。圖8 用整體清零法構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器第三節(jié)、校時(shí)電路當(dāng)剛接通電源或時(shí)鐘走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，都需要進(jìn)行時(shí)間的校準(zhǔn)。校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具有的基本功能，一般電子鐘都有時(shí)、分、秒校時(shí)功能。為使電路簡(jiǎn)單，這里只進(jìn)行分和小時(shí)的校準(zhǔn)。校時(shí)可采用快校時(shí)和慢校時(shí)兩種方式。校時(shí)脈沖采用秒脈沖，則為快校時(shí)；如果校時(shí)脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供則為慢校時(shí)。本圖采用按鍵構(gòu)成慢校時(shí)電路。當(dāng)按鍵按下時(shí)，由高電平給時(shí)/分的CLK提供脈沖信號(hào)，使之工作。當(dāng)按鍵松開(kāi)時(shí)，由進(jìn)位信號(hào)提供脈沖信號(hào)給CLK。因此每按一次慢校時(shí)一次。圖9 校時(shí)電路第四節(jié)、顯示電路的設(shè)計(jì)目的是將計(jì)數(shù)器送來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)

7、譯碼器顯示出來(lái)。本系統(tǒng)用共陰極七段數(shù)碼管來(lái)顯示譯碼器輸出的數(shù)字。因?yàn)閿?shù)碼管有兩種：共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管，而74LS48譯碼器對(duì)應(yīng)的是共陰極數(shù)碼管。數(shù)碼管及74LS48資料如下圖所示： 圖10 74LS48引腳圖及功能表 圖11 共陰極數(shù)碼管引腳圖圖12 顯示電路第五章、設(shè)計(jì)總電路圖圖13 總電路圖第六章、設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題及解決方案1、仿真軟件：本實(shí)驗(yàn)選用multisim軟件進(jìn)行仿真。 （1）要根據(jù)實(shí)際情況合理選用芯片、電子元件及器件。multisim軟件中的芯片以及電阻電容等各種器件豐富，但是實(shí)驗(yàn)室不一定有仿真圖中使用過(guò)的元器件，所以設(shè)計(jì)電路時(shí)要考慮實(shí)驗(yàn)室是否有這些元器件。如在仿真過(guò)程中

8、我使用multisim中的555定時(shí)器向?qū)ё詣?dòng)生成1Hz脈沖發(fā)生器，而實(shí)驗(yàn)室并沒(méi)有其中的電阻電容型號(hào)，則焊實(shí)物的時(shí)候又需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有阻值重新設(shè)計(jì)脈沖發(fā)生器。（2）總體仿真結(jié)果不對(duì)時(shí)，分單元對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測(cè)。仿真過(guò)程中，用計(jì)算所得的555參數(shù)進(jìn)行連接電路時(shí)，沒(méi)有得到顯示結(jié)果，于是用示波器對(duì)555電路脈沖進(jìn)行觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有得到理想的時(shí)鐘脈沖波形，則說(shuō)明555脈沖發(fā)生器電路參數(shù)需要進(jìn)行修改，最后我使用multisim自動(dòng)生成的555脈沖發(fā)生電路。仿真過(guò)程中出現(xiàn)進(jìn)位不對(duì)的現(xiàn)象，12翻1出現(xiàn)了12翻2的現(xiàn)象，而后檢查發(fā)現(xiàn)是因?yàn)?4LS160是同步置數(shù)，CLK應(yīng)該接在同一脈沖信號(hào)上。仿真過(guò)程中共陰極

9、數(shù)碼管沒(méi)有連接上拉電阻，導(dǎo)致數(shù)碼管不顯示，連接上拉電阻后顯示正常。（3）multisim中仿真時(shí)間與實(shí)際時(shí)間的差別 對(duì)電路總體進(jìn)行仿真時(shí)，發(fā)現(xiàn)仿真過(guò)程中秒的跳轉(zhuǎn)要很長(zhǎng)時(shí)間，跟實(shí)際中的1s中差距很大，但是秒計(jì)數(shù)脈沖是由1HZ的函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的，后來(lái)了解到這是由于multisim中仿真步進(jìn)時(shí)間設(shè)置的關(guān)系，仿真時(shí)間與實(shí)際時(shí)間并不是同步的，這并不會(huì)影響實(shí)際焊接電路后的計(jì)數(shù)時(shí)間，也就是說(shuō)實(shí)際焊接后秒的跳轉(zhuǎn)仍然是設(shè)定的1s。因此在仿真時(shí)我使用CLOCK-VOLTAGE信號(hào)發(fā)生器給系統(tǒng)提供1Hz脈沖，使仿真時(shí)秒的顯示與實(shí)際時(shí)間一樣。 2、焊電路板過(guò)程中的問(wèn)題 （1）芯片的布局 芯片的布局不僅要求美觀(guān)更重要的

10、是考慮電路連接的方便性。我在最開(kāi)始只考慮到了芯片布局的美觀(guān)性，而忽略了連線(xiàn)，導(dǎo)致最后的連線(xiàn)非?；靵y，引腳沒(méi)有一一對(duì)應(yīng)，后來(lái)出現(xiàn)問(wèn)題檢查起來(lái)也很費(fèi)勁。 （2）合理利用萬(wàn)能版 要學(xué)會(huì)利用這塊萬(wàn)能板的走線(xiàn)，比如板子過(guò)孔都是三個(gè)過(guò)孔相連的。焊接之前我沒(méi)有考慮到這一點(diǎn)，沒(méi)能使連線(xiàn)有效地減少。并且由于沒(méi)有充分了解三個(gè)過(guò)孔相連得性質(zhì)，出現(xiàn)了不同引腳的線(xiàn)焊在三個(gè)相連的過(guò)孔之中的情況，導(dǎo)致連接錯(cuò)誤。（3）標(biāo)記芯片管腳 由于仿真電路圖與實(shí)際芯片引腳圖并不一樣，需要一遍一遍地把引腳圖與芯片對(duì)應(yīng)起來(lái)，因此焊接的過(guò)程十分漫長(zhǎng)，同時(shí)也容易出錯(cuò)。因此固定好每塊芯片的管座以后在管腳旁邊標(biāo)好引腳的標(biāo)號(hào)，這樣能夠幫助我們更加準(zhǔn)確

11、的把每根導(dǎo)線(xiàn)焊道它該焊到的地方，同時(shí)也減少了我們看電路圖紙的頻率，節(jié)約了時(shí)間，減小了錯(cuò)誤焊接的概率。 （4）合理安排焊接順序 整個(gè)數(shù)字鐘最核心最基礎(chǔ)的部分應(yīng)當(dāng)是秒脈沖的產(chǎn)生了。如果秒脈沖發(fā)生器沒(méi)有連接好，整個(gè)電路就不會(huì)有任何結(jié)果。所以首選選擇焊接秒脈沖發(fā)生器。之后再按照設(shè)計(jì)的總體電路圖，從底層開(kāi)始逐層連接。 （5）焊接技巧問(wèn)題 由于是第一次焊板子，因此焊接過(guò)程中出現(xiàn)了滴焊錫過(guò)多與其他孔連接在一起，或者焊錫過(guò)少?zèng)]有真正連接好的問(wèn)題。另外面包板的焊孔表面覆銅是導(dǎo)電的，而我在焊接過(guò)程中沒(méi)有注意到這個(gè)問(wèn)題，為了節(jié)省導(dǎo)線(xiàn)使用電阻電容的引腳直接焊在焊孔上導(dǎo)致不該相連的地方出現(xiàn)接觸導(dǎo)電。第七章、心得體會(huì)課程

12、設(shè)計(jì)是一個(gè)非?？简?yàn)?zāi)托暮图?xì)心的過(guò)程。做仿真設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要查閱許多資料來(lái)確定方案，有了大致方案后開(kāi)始畫(huà)圖設(shè)計(jì)又會(huì)遇到很多細(xì)微的問(wèn)題需要解決，如某個(gè)芯片引腳該懸空還是如何連接，一根線(xiàn)的錯(cuò)誤就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)果的不正確，因此需要對(duì)所用的知識(shí)理解透徹才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。整個(gè)連接完成后并不能夠輕易地出現(xiàn)結(jié)果，仍然需要耐心的分單元檢查，檢查過(guò)程中需要尋求替代方案來(lái)排查究竟是哪個(gè)部分出了問(wèn)題，再進(jìn)一步解決這個(gè)單元的問(wèn)題。焊實(shí)物的過(guò)程是一個(gè)更加考驗(yàn)?zāi)托牡倪^(guò)程。起初拿到板子只考慮到了整體布局的美觀(guān)性而忽略了布線(xiàn)的方便性，焊接過(guò)程并不像仿真過(guò)程改線(xiàn)十分方便。布局錯(cuò)誤給之后的焊接過(guò)程增加了很多本該可以避免的麻煩。為了保證焊接思路的不間斷，我選擇一次性把各個(gè)部分焊完，而長(zhǎng)時(shí)間的專(zhuān)注其實(shí)也會(huì)導(dǎo)致麻木從而造成焊接錯(cuò)誤，因此合理安排利用時(shí)間，勞逸結(jié)合也是必要的。板子焊接完成后同樣沒(méi)有得到正確的結(jié)果，重頭到尾檢查又是一次極其考驗(yàn)?zāi)托牡倪^(guò)程，需要把每個(gè)引腳的連接檢查一遍，確保沒(méi)有連錯(cuò)、多連或者少連。硬件連接完全正確后，仍然要檢查邏輯顯示是否正確。因此焊板子的過(guò)程比仿真設(shè)計(jì)更具考驗(yàn)性。另外學(xué)會(huì)與同學(xué)進(jìn)行討論也是保證這次課設(shè)成功的重要部分。因?yàn)槊總€(gè)人有不同的知識(shí)盲點(diǎn)，相互討論的過(guò)程就是發(fā)現(xiàn)自己盲點(diǎn)比且更正的過(guò)程，這比一個(gè)人思索很久而不得更有效率。第八章、附錄1、元件清單編號(hào)元件名稱(chēng)參數(shù)數(shù)量1共陰極數(shù)碼管4