電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)報(bào)告

1、數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)1 概述1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)任務(wù)：秒脈沖由555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器提供；時(shí)鐘具有計(jì)數(shù)與顯示功能，能夠精確計(jì)數(shù)以十進(jìn)制的形式顯示“分”和“秒”； “分”采用24進(jìn)制，“秒”采用60進(jìn)制，從0000開(kāi)始到2359再回到0000；設(shè)計(jì)要求：用protus仿真軟件畫(huà)出電路原理圖并進(jìn)行調(diào)試；選擇電器元件，并設(shè)置其相應(yīng)參數(shù)；利用焊接技術(shù)進(jìn)行電路安裝與調(diào)試，已達(dá)到最優(yōu)效果；1.2 設(shè)計(jì)目的 電子技術(shù)實(shí)習(xí)旨在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，把所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際中，使其培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)技能和鞏固專(zhuān)業(yè)知識(shí)。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(hù)與修理。 2.基本掌握手工電烙鐵的焊接

2、技術(shù)，能夠獨(dú)立的完成簡(jiǎn)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(jìn)一步熟悉proteus等仿真軟件的應(yīng)用。 4.熟悉常用電子器件的類(lèi)別、型號(hào)、規(guī)格、性能及其使用范圍，能查閱有關(guān)的電子器件圖書(shū)。 5.能夠正確識(shí)別和選用常用的電子器件，并且能夠熟練使用普通萬(wàn)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(jì)過(guò)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(jì)數(shù)電路、顯示電路三大部分組成。一個(gè)將“分”和“秒”顯示于數(shù)碼管的計(jì)時(shí)裝置。秒計(jì)時(shí)器采用60進(jìn)制，分計(jì)時(shí)器采用24進(jìn)制。綜合其設(shè)計(jì)思路和實(shí)際操作的考慮，選用74ls160十進(jìn)制

3、計(jì)數(shù)器，并采用同步置數(shù)的方法。時(shí)鐘脈沖由555多諧振蕩器產(chǎn)生，輸入頻率為1hz的方波信號(hào)。74ls48和數(shù)碼管相連接構(gòu)成顯示電路。如下為設(shè)計(jì)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(gè)位計(jì)數(shù)器秒十位計(jì)數(shù)器分十位計(jì)數(shù)器分十位計(jì)數(shù)器555定時(shí)器圖1 設(shè)計(jì)框架圖2.2 數(shù)字電子鐘單元電路設(shè)計(jì)2.2.1 時(shí)鐘脈沖根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，需要設(shè)計(jì)一款秒脈沖信號(hào)發(fā)生器。聯(lián)系已學(xué)知識(shí)，可以運(yùn)用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器提供秒脈沖信號(hào)。555定時(shí)器是一種功能強(qiáng)大的模擬和數(shù)字相結(jié)合的中規(guī)模器件，主要是通過(guò)外接電阻r和電容器構(gòu)成充、放電電路，實(shí)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(shí)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(méi)有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過(guò)r1、r2向c充電，以及c通過(guò)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(hào)的時(shí)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(shí)間，tw2為電容c放電所需的時(shí)間。該課程設(shè)計(jì)中所需要產(chǎn)生頻率為1hz的方波脈沖，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室所提供的元件，從

5、而對(duì)應(yīng)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(hào)發(fā)生器。1 5 2 6 5553 74 8ciihdvccvssirqr 圖2 555引腳分布圖2.2.2 計(jì)數(shù)電路1 計(jì)數(shù)器74ls16074ls160是4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，除了有二進(jìn)制加法計(jì)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(yù)置數(shù)控制端，d0 ，d1，d2，d3是預(yù)置數(shù)據(jù)輸人端，p和t是計(jì)數(shù)使能端，c是進(jìn)位輸出端，它的設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級(jí)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(jìn)行計(jì)數(shù)，所

6、以對(duì)該芯片有一定程度的了解。此次數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)剛好可以將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際。選擇74ls160芯片是計(jì)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(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)秒、分計(jì)數(shù)器分別為60和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，分別由兩片74ls160構(gòu)成。秒計(jì)數(shù)器中，將其中一片74ls160設(shè)置成十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，及個(gè)位計(jì)數(shù)狀態(tài)q3q2q1q0=1001，另一片設(shè)置成6進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。采用反饋清零串接而成，計(jì)數(shù)器的十

7、位和個(gè)位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時(shí)還作為下一級(jí)計(jì)數(shù)器的出入脈沖。在分計(jì)數(shù)器中，將其中一片74ls160設(shè)置成4進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，即個(gè)位計(jì)數(shù)狀態(tài)為q3q2q1q0=0011，另一片設(shè)置成3進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，十位計(jì)數(shù)狀態(tài)為q3q2q1q0=0010。采用反饋清零串接而成，計(jì)數(shù)器的十位和個(gè)位，輸出脈沖用作自身清零。60進(jìn)制和24進(jìn)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(jìn)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(jìn)制2.2.3 顯示電路1 譯碼器74ls48 為了使數(shù)碼管顯示十進(jìn)制，必須將十進(jìn)制的代碼經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)器點(diǎn)亮顯示器對(duì)應(yīng)的段。譯碼器的功能是：對(duì)應(yīng)于某一組數(shù)碼輸入，相應(yīng)的幾個(gè)輸出端有有效信號(hào)輸出。74ls48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器，輸出高電平有效信號(hào)用以驅(qū)動(dòng)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(shí)際上是由七個(gè)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(lái)表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，所以將會(huì)顯示從0到9不同的數(shù)字。通過(guò)計(jì)數(shù)就會(huì)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(duì)應(yīng)的字段連接，比如a與ya相對(duì)應(yīng)連接。這就構(gòu)成了簡(jiǎn)單的譯碼顯示電路。2.3 仿真調(diào)試 此次課程設(shè)計(jì)的首要任務(wù)便是運(yùn)用protus仿真軟件對(duì)電路原理圖進(jìn)行仿真，大二開(kāi)始我們就已經(jīng)接觸protus仿真軟件，但是運(yùn)

10、用較少。這次仿真不僅可以使我們鞏固已學(xué)的操作知識(shí)，同時(shí)也在原有基礎(chǔ)上對(duì)仿真有了更進(jìn)一步了解。 開(kāi)始運(yùn)用仿真軟件時(shí)，顯得有些生疏，慢慢的經(jīng)過(guò)自己摸索和同學(xué)指導(dǎo)，對(duì)其操作逐漸熟練。從開(kāi)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(yùn)行，每一步都需要細(xì)心且耐心的對(duì)待。雖然原理圖很簡(jiǎn)單，但是自己真正著手進(jìn)行仿真時(shí)需要花費(fèi)很多時(shí)間。這其中最需要時(shí)間的便是布局問(wèn)題，由于缺乏練習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，我沒(méi)有先構(gòu)思如何布局就直接畫(huà)圖，所以之后很多器件不好放置，導(dǎo)致仿真失敗。后來(lái)經(jīng)過(guò)自己的思考和參考同學(xué)的電路，合理放置電子元器件，這才使仿真過(guò)程進(jìn)行順利。當(dāng)然，原理圖畫(huà)好后，運(yùn)行出了些小問(wèn)題，比如說(shuō)無(wú)脈沖

11、信號(hào)、分計(jì)數(shù)器不計(jì)數(shù)等小問(wèn)題，經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)糾正，最后才達(dá)到理想的效果：設(shè)計(jì)正確、運(yùn)行正常、布局合理。2.4 電路安裝及調(diào)試過(guò)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(jiǎn)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(dǎo)致焊接出現(xiàn)問(wèn)題，比如虛焊或者兩個(gè)引腳焊接到一塊，這都會(huì)影響到調(diào)試的過(guò)程。在焊接過(guò)程中，有部分導(dǎo)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(dǎo)致許些點(diǎn)出現(xiàn)虛焊的情況，這對(duì)后來(lái)的調(diào)試產(chǎn)生了不必要的麻煩。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后

12、，我開(kāi)始慢慢調(diào)整心態(tài)，耐心的進(jìn)行焊接，所以與之前比較，有了明顯的進(jìn)步。2.4.2 調(diào)試過(guò)程 按照指導(dǎo)老師建議的調(diào)試方法，即焊接一部分就進(jìn)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(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)過(guò)大。我在做數(shù)字電子鐘的焊接過(guò)程是：先焊接555定時(shí)器，再焊接秒計(jì)數(shù)器，最后焊接分計(jì)數(shù)器。對(duì)每一部分分別進(jìn)行調(diào)試。所有焊接完畢后，再進(jìn)行總的調(diào)試。 555定時(shí)器在調(diào)試時(shí)，測(cè)試結(jié)果良好，沒(méi)有出現(xiàn)什么問(wèn)題。但是在秒計(jì)數(shù)器的調(diào)試中，就出現(xiàn)了問(wèn)題，比如說(shuō)：不顯示、不計(jì)數(shù)、數(shù)字顯示不完整。對(duì)于不顯示的問(wèn)題，老師建議測(cè)量該數(shù)碼管是否損壞，于是我用萬(wàn)用表對(duì)其引腳進(jìn)行測(cè)量，確實(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，原來(lái)是數(shù)碼管壞了。而對(duì)不不計(jì)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(wèn)題具體解決，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題“對(duì)癥下藥”后，調(diào)試取得了理想的結(jié)果。同時(shí)，我也汲取經(jīng)驗(yàn)，在之后的分計(jì)數(shù)器焊接中努力提醒自己要細(xì)心，反復(fù)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(jì)數(shù)器調(diào)試中并無(wú)出現(xiàn)任何問(wèn)題，進(jìn)展非常順利。3 心得與體會(huì)此次課程設(shè)計(jì)中受益匪淺，感觸很深。主要有以下幾點(diǎn)：（1）鞏固和學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)：本學(xué)期開(kāi)設(shè)了數(shù)字電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)課程，此次課程設(shè)計(jì)原理是以數(shù)字電子技術(shù)為基礎(chǔ)，其中涉及譯碼器，計(jì)數(shù)器，數(shù)碼管及555定時(shí)器的應(yīng)用。在總體設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)查閱資料和指導(dǎo)書(shū)，不僅鞏固了已學(xué)的知識(shí)，并

14、在其中獲得了新的知識(shí),開(kāi)拓了自己的專(zhuān)業(yè)視野。（2）熟練運(yùn)用proteus仿真軟件：課程設(shè)計(jì)之前也有接觸proteus仿真軟件，但是自己并沒(méi)有花時(shí)間去熟練運(yùn)用它。此次設(shè)計(jì)的第一步便是仿真原理圖，通過(guò)自己的不斷學(xué)習(xí)和同學(xué)的指導(dǎo)，逐漸掌握仿真軟件的運(yùn)用。尤其是在布局排版上，通過(guò)不斷的實(shí)踐積累了不少經(jīng)驗(yàn)，我想這對(duì)以后的學(xué)習(xí)是非常有益的。（3）加強(qiáng)動(dòng)手實(shí)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(méi)有使用烙鐵，剛開(kāi)始焊接時(shí)很生疏，造成某些點(diǎn)虛焊，以致計(jì)數(shù)不能正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)不斷的摸索和實(shí)踐，熟練運(yùn)用了正確的焊接方法，并在老師的指導(dǎo)下對(duì)導(dǎo)線進(jìn)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(jì)期間，老師很耐心的為我們解答了所遇到的問(wèn)題，并提出了許多合理的建設(shè)性意見(jiàn)，這對(duì)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(chēng)數(shù)量元件名稱(chēng)數(shù)量7seg-bcd474ls160474ls48474ls10174l