電子技術(shù)課程設(shè)計數(shù)字電子鐘的設(shè)計報告

1、數(shù)字電子鐘設(shè)計1 概述1.1 設(shè)計任務和要求設(shè)計任務：秒脈沖由555定時器構(gòu)成多諧振蕩器提供；時鐘具有計數(shù)與顯示功能，能夠精確計數(shù)以十進制的形式顯示“分”和“秒”； “分”采用24進制，“秒”采用60進制，從0000開始到2359再回到0000；設(shè)計要求：用Protus仿真軟件畫出電路原理圖并進行調(diào)試；選擇電器元件，并設(shè)置其相應參數(shù)；利用焊接技術(shù)進行電路安裝與調(diào)試，已達到最優(yōu)效果；1.2 設(shè)計目的 電子技術(shù)實習旨在培養(yǎng)學生的動手能力，把所學專業(yè)知識運用于實際中，使其培養(yǎng)專業(yè)技能和鞏固專業(yè)知識。其具體目的如下：1.更深一步熟悉手工焊錫的常用工具的使用及其維護與修理。 2.基本掌握手工電烙鐵的焊接

2、技術(shù)，能夠獨立的完成簡單電子產(chǎn)品的安裝與焊接。熟悉電子產(chǎn)品的安裝工藝的生產(chǎn)流程。 3.進一步熟悉proteus等仿真軟件的應用。 4.熟悉常用電子器件的類別、型號、規(guī)格、性能及其使用范圍，能查閱有關(guān)的電子器件圖書。 5.能夠正確識別和選用常用的電子器件，并且能夠熟練使用普通萬用表6.了解電子產(chǎn)品的焊接、調(diào)試與維修方法。8. 提高電路布局布線及檢查和排除故障的能力。2 設(shè)計過程2.1 數(shù)字電子鐘的構(gòu)成該數(shù)字電子鐘由秒脈沖、計數(shù)電路、顯示電路三大部分組成。一個將“分”和“秒”顯示于數(shù)碼管的計時裝置。秒計時器采用60進制，分計時器采用24進制。綜合其設(shè)計思路和實際操作的考慮，選用74LS160十進制

3、計數(shù)器，并采用同步置數(shù)的方法。時鐘脈沖由555多諧振蕩器產(chǎn)生，輸入頻率為1Hz的方波信號。74LS48和數(shù)碼管相連接構(gòu)成顯示電路。如下為設(shè)計框架圖：數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù) 碼管數(shù) 碼管譯碼器譯碼器譯碼器譯 碼器秒個位計數(shù)器秒十位計數(shù)器分十位計數(shù)器分十位計數(shù)器555定時器圖1 設(shè)計框架圖2.2 數(shù)字電子鐘單元電路設(shè)計2.2.1 時鐘脈沖根據(jù)設(shè)計任務和要求，需要設(shè)計一款秒脈沖信號發(fā)生器。聯(lián)系已學知識，可以運用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器提供秒脈沖信號。555定時器是一種功能強大的模擬和數(shù)字相結(jié)合的中規(guī)模器件，主要是通過外接電阻R和電容器構(gòu)成充、放電電路，實現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器及多些振蕩器等脈沖波形和

4、整形電路。如圖2中，由555定時器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過R1向放電端Dc放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在2/3Vcc和1/3Vcc之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波。在多諧振蕩器中，相關(guān)公式如下：輸出信號的時間參數(shù)是： T=tw1+tw2tw1=0.7（R1+R2）Ctw2=0.7R2C其中，tw1為VC由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的時間，tw2為電容C放電所需的時間。該課程設(shè)計中所需要產(chǎn)生頻率為1Hz的方波脈沖，根據(jù)實驗室所提供的元件，從

5、而對應的參數(shù)可以設(shè)置為R1=24K,R2=22K，C=22uF,得到周期約為1s。即產(chǎn)生秒脈沖信號發(fā)生器。1 5 2 6 5553 74 8CIIHDVCCVSSIRQR 圖2 555引腳分布圖2.2.2 計數(shù)電路1 計數(shù)器74LS16074LS160是4位二進制同步加法計數(shù)器，除了有二進制加法計數(shù)功能外，還具有異步清零、同步并行置數(shù) 、保持等功能。74LS160的引腳排列圖如圖3所示，CR是異步清零端，LD是預置數(shù)控制端，D0 ，D1，D2，D3是預置數(shù)據(jù)輸人端，P和T是計數(shù)使能端，C是進位輸出端，它的設(shè)置為多片集成計數(shù)器的級聯(lián)提供了方便。在數(shù)字電子技術(shù)課程中，我們經(jīng)常使用該芯片進行計數(shù)，所

6、以對該芯片有一定程度的了解。此次數(shù)字電子鐘設(shè)計剛好可以將所學知識運用于實際。選擇74LS160芯片是計數(shù)電路中很好的方法。其引腳分布圖如下：16 15 14 13 12 11 10 974LS1601 2 3 4 5 6 7 8VccrCOQ0Q1Q2Q3CTtLDGNDDDDCTprD3CRCPD0D1D2圖3 74LS160的引腳排列圖2 秒、分計數(shù)器電路設(shè)計秒、分計數(shù)器分別為60和24進制計數(shù)器，分別由兩片74LS160構(gòu)成。秒計數(shù)器中，將其中一片74LS160設(shè)置成十進制加法計數(shù)器，及個位計數(shù)狀態(tài)Q3Q2Q1Q0=1001，另一片設(shè)置成6進制加法計數(shù)器。采用反饋清零串接而成，計數(shù)器的十

7、位和個位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時還作為下一級計數(shù)器的出入脈沖。在分計數(shù)器中，將其中一片74LS160設(shè)置成4進制加法計數(shù)器，即個位計數(shù)狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0011，另一片設(shè)置成3進制加法計數(shù)器，十位計數(shù)狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0010。采用反饋清零串接而成，計數(shù)器的十位和個位，輸出脈沖用作自身清零。60進制和24進制圖示分別如下：Q0 Q1 Q2 Q3 RCO74LS160D0 D1 D2 D3 EP ET CLK LD MR7400Q0 Q1 Q2 Q3 RCO74LS160D0 D1 D2 D3 EP ET CLK LD MRCP圖4 60進制Q0 Q1 Q2 Q3 RCO74

8、LS160D0 D1 D2 D3 EP ET CLK LD MR7400Q0 Q1 Q2 Q3 RCO74LS160D0 D1 D2 D3 EP ET CLK LD MRCP圖5 24進制2.2.3 顯示電路1 譯碼器74LS48 為了使數(shù)碼管顯示十進制，必須將十進制的代碼經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動器點亮顯示器對應的段。譯碼器的功能是：對應于某一組數(shù)碼輸入，相應的幾個輸出端有有效信號輸出。74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，輸出高電平有效信號用以驅(qū)動共陰極顯示器。其引腳分布圖如圖6所示。16 15 14 13 12 11 10 974LS481 2 3 4 5 6 7 8Vccr

9、YfYgYaYbYcYdGNDDDDA0A3A2LTBIRBIYeA1圖6 74LS160的引腳排列圖2 共陰極顯示器 LED數(shù)碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。當數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，所以將會顯示從0到9不同的數(shù)字。通過計數(shù)就會顯示不同的數(shù)值。 FEABCDG 圖7 數(shù)碼管引腳圖 譯碼器和數(shù)碼管相對應的字段連接，比如a與Ya相對應連接。這就構(gòu)成了簡單的譯碼顯示電路。2.3 仿真調(diào)試 此次課程設(shè)計的首要任務便是運用Protus仿真軟件對電路原理圖進行仿真，大二開始我們就已經(jīng)接觸Protus仿真軟件，但是運

10、用較少。這次仿真不僅可以使我們鞏固已學的操作知識，同時也在原有基礎(chǔ)上對仿真有了更進一步了解。 開始運用仿真軟件時，顯得有些生疏，慢慢的經(jīng)過自己摸索和同學指導，對其操作逐漸熟練。從開始的查找器件，必須清楚電子元器件的代碼（即英文表示）到聯(lián)系再到最后的運行，每一步都需要細心且耐心的對待。雖然原理圖很簡單，但是自己真正著手進行仿真時需要花費很多時間。這其中最需要時間的便是布局問題，由于缺乏練習的經(jīng)驗，我沒有先構(gòu)思如何布局就直接畫圖，所以之后很多器件不好放置，導致仿真失敗。后來經(jīng)過自己的思考和參考同學的電路，合理放置電子元器件，這才使仿真過程進行順利。當然，原理圖畫好后，運行出了些小問題，比如說無脈沖

11、信號、分計數(shù)器不計數(shù)等小問題，經(jīng)過仔細檢查，發(fā)現(xiàn)問題后及時糾正，最后才達到理想的效果：設(shè)計正確、運行正常、布局合理。2.4 電路安裝及調(diào)試過程2.4.1 電路焊接焊接技巧：1、初步確定電源、地線的布局 2、善于利用元器件的引腳3、善于設(shè)置跳線，可以簡化連線，而且要美觀得多4、善于利用元器件自身的結(jié)構(gòu) 數(shù)字電子鐘焊接中線路較多，如果布線不合理的話，很容易導致焊接出現(xiàn)問題，比如虛焊或者兩個引腳焊接到一塊，這都會影響到調(diào)試的過程。在焊接過程中，有部分導線是多股線，這直接影響著焊接的效果，在起初的焊接中，由于自己耐心不夠，急于求成，導致許些點出現(xiàn)虛焊的情況，這對后來的調(diào)試產(chǎn)生了不必要的麻煩。發(fā)現(xiàn)問題后

12、，我開始慢慢調(diào)整心態(tài)，耐心的進行焊接，所以與之前比較，有了明顯的進步。2.4.2 調(diào)試過程 按照指導老師建議的調(diào)試方法，即焊接一部分就進行調(diào)試，而不是等全部焊接完畢后再調(diào)試，那樣出現(xiàn)問題的風險過大。我在做數(shù)字電子鐘的焊接過程是：先焊接555定時器，再焊接秒計數(shù)器，最后焊接分計數(shù)器。對每一部分分別進行調(diào)試。所有焊接完畢后，再進行總的調(diào)試。 555定時器在調(diào)試時，測試結(jié)果良好，沒有出現(xiàn)什么問題。但是在秒計數(shù)器的調(diào)試中，就出現(xiàn)了問題，比如說：不顯示、不計數(shù)、數(shù)字顯示不完整。對于不顯示的問題，老師建議測量該數(shù)碼管是否損壞，于是我用萬用表對其引腳進行測量，確實發(fā)現(xiàn)錯誤，原來是數(shù)碼管壞了。而對不不計數(shù)、數(shù)

13、字不按順序顯示發(fā)現(xiàn)某幾處未接地，還有在數(shù)碼管的引腳中有虛焊的現(xiàn)象。具體問題具體解決，對出現(xiàn)的問題“對癥下藥”后，調(diào)試取得了理想的結(jié)果。同時，我也汲取經(jīng)驗，在之后的分計數(shù)器焊接中努力提醒自己要細心，反復檢查線路是否已連接和是否連接正確，而且保證不出現(xiàn)虛焊的現(xiàn)象。所以在之后的分計數(shù)器調(diào)試中并無出現(xiàn)任何問題，進展非常順利。3 心得與體會此次課程設(shè)計中受益匪淺，感觸很深。主要有以下幾點：（1）鞏固和學習專業(yè)知識：本學期開設(shè)了數(shù)字電子技術(shù)專業(yè)課程，此次課程設(shè)計原理是以數(shù)字電子技術(shù)為基礎(chǔ)，其中涉及譯碼器，計數(shù)器，數(shù)碼管及555定時器的應用。在總體設(shè)計的過程中，通過查閱資料和指導書，不僅鞏固了已學的知識，并

14、在其中獲得了新的知識,開拓了自己的專業(yè)視野。（2）熟練運用Proteus仿真軟件：課程設(shè)計之前也有接觸Proteus仿真軟件，但是自己并沒有花時間去熟練運用它。此次設(shè)計的第一步便是仿真原理圖，通過自己的不斷學習和同學的指導，逐漸掌握仿真軟件的運用。尤其是在布局排版上，通過不斷的實踐積累了不少經(jīng)驗，我想這對以后的學習是非常有益的。（3）加強動手實踐能力：在原理圖正確的基礎(chǔ)上，作品中最關(guān)鍵的便是焊接技術(shù)。由于很久沒有使用烙鐵，剛開始焊接時很生疏，造成某些點虛焊，以致計數(shù)不能正常運行。經(jīng)過不斷的摸索和實踐，熟練運用了正確的焊接方法，并在老師的指導下對導線進行合理布局，這樣不僅使節(jié)約了資源，也使作品看上去更加美觀大方。此外，設(shè)計期間，老師很耐心的為我們解答了所遇到的問題，并提出了許多合理的建設(shè)性意見，這對我們能夠順利完成作品起到了關(guān)鍵的作用。附錄 元件清單元件名稱數(shù)量元件名稱數(shù)量7SEG-BCD474LS160474LS48474LS1017