數(shù)字邏輯課設(shè)--秒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)

1、洛 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)課程名稱(chēng) _秒計(jì)時(shí)器電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目 _計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān) 業(yè) _*班 級(jí) _*學(xué) 號(hào) _*姓 名 _2015年*完成日期 _課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)秒計(jì)時(shí)器電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：_設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求：1. 課題分析，收集設(shè)計(jì)相關(guān)的文獻(xiàn)資料，從整體上把握課題設(shè)計(jì)方案。2. 根據(jù)系統(tǒng)總體要求，設(shè)計(jì)原理框圖。3. 使用中小規(guī)模數(shù)字集成電路完成秒計(jì)時(shí)器制作，電路要求：（1）電源打開(kāi)時(shí)，數(shù)碼管初始狀態(tài)顯示為“00”，系統(tǒng)進(jìn)行正常運(yùn)行，計(jì)時(shí)器開(kāi)始遞增計(jì)數(shù)，循環(huán)0059的秒計(jì)時(shí)。（2）按下清零開(kāi)關(guān)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行置數(shù)，完成復(fù)位功能。（3）按下暫停開(kāi)關(guān)

2、，暫停計(jì)時(shí)；彈起暫停開(kāi)關(guān)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。（4）完成電路焊接調(diào)試，達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。 指導(dǎo)教師： * 2015年1月5日課 程 設(shè) 計(jì) 評(píng) 語(yǔ) 成績(jī)： 指導(dǎo)教師：_ 年 月 日洛 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告目 錄1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求11.1 設(shè)計(jì)目的11.2 設(shè)計(jì)任務(wù)11.3 電路要求12設(shè)計(jì)方案22.1 秒計(jì)時(shí)器的功能和結(jié)構(gòu)22.1.1 功能22.1.2 結(jié)構(gòu)22.2 秒計(jì)時(shí)器的器件選擇33 秒定時(shí)器的硬件電路設(shè)計(jì)43.1 整體電路43.2各模塊原理分析43.2.1頻率發(fā)生器設(shè)計(jì)43.2.2分頻電路設(shè)計(jì)43.2.3加計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)53.2.4譯碼器電路設(shè)計(jì)63.2.

3、5顯示電路設(shè)計(jì)73.2.6暫停電路設(shè)計(jì)73.2.7復(fù)位電路設(shè)計(jì)74電路制作與測(cè)試84.1 電路制作84.1.1 注意事項(xiàng)84.1.2 焊接工藝84.2 電路調(diào)試94.2.1電路檢測(cè)94.4.2電路調(diào)試105心得體會(huì)106參考文獻(xiàn)1110 1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1 設(shè)計(jì)目的在學(xué)完了數(shù)字邏輯課程的基本理論后，能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)和制作實(shí)際需要的簡(jiǎn)單電子電路，系統(tǒng)地進(jìn)行電子電路的工程實(shí)踐訓(xùn)練，鍛煉動(dòng)手能力，培養(yǎng)工程師的基本技能，提高分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)1. 課題分析，收集設(shè)計(jì)相關(guān)的文獻(xiàn)資料，從整體上把握課題設(shè)計(jì)方案。2. 根據(jù)系統(tǒng)總體要求，設(shè)計(jì)原理框圖。3. 使用中小規(guī)模數(shù)字集成

4、電路完成秒計(jì)時(shí)器制作。1.3 電路要求（1）電源打開(kāi)時(shí)，數(shù)碼管初始狀態(tài)顯示為“00”，系統(tǒng)進(jìn)行正常運(yùn)行，計(jì)時(shí)器開(kāi)始遞增計(jì)數(shù)，循環(huán)0059的秒計(jì)時(shí)。（2）按下清零開(kāi)關(guān)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行置數(shù)，完成復(fù)位功能。（3）按下暫停開(kāi)關(guān)，暫停計(jì)時(shí)；彈起暫停開(kāi)關(guān)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。（4）完成電路焊接調(diào)試，達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。2設(shè)計(jì)方案2.1 秒計(jì)時(shí)器的功能和結(jié)構(gòu)2.1.1 功能本課題研究的數(shù)字計(jì)時(shí)器，應(yīng)滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的特點(diǎn)。經(jīng)濟(jì)和實(shí)用這兩個(gè)因素就要求了這種計(jì)時(shí)器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)時(shí)、暫停、清零的功能，還應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且有可擴(kuò)展的其他功能。2.1.2 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)框架如圖2.1所示：顯示模塊譯碼模塊分頻模塊同 數(shù)步 莫

5、加 塊計(jì) 清 零模 塊暫 停模 塊頻 產(chǎn)率 生模 塊圖 2.1計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)框架圖它主要包括以下幾大模塊，功能如下所述：頻率產(chǎn)生模塊：用于產(chǎn)生32.768KHZ的頻率。分頻模塊：用于將產(chǎn)生的頻率轉(zhuǎn)換成1KHZ的頻率。同步加計(jì)數(shù)模塊：將輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換成8421碼，并送到譯碼器。譯碼器模塊：將輸入的BCD碼（8421碼）轉(zhuǎn)換成7位斷碼顯示模塊：通過(guò)數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)。暫停模塊：按下暫停開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)停在當(dāng)前狀態(tài)。清零模塊：按下復(fù)位鍵，實(shí)現(xiàn)重新計(jì)數(shù)的功能。2.2 秒計(jì)時(shí)器的器件選擇 主要元件有5個(gè)數(shù)字集成電路(CD4543 2個(gè)；CD4518 1個(gè)； CD4040 1個(gè)；CD4060 1個(gè)）、2個(gè)一

6、七段數(shù)碼管和發(fā)光二極管、32.768HZ晶振,開(kāi)關(guān)以及電阻若干。圖 2.2秒計(jì)時(shí)器器件單 3 秒定時(shí)器的硬件電路設(shè)計(jì)3.1 整體電路整體電路圖如圖3.1所示：圖 3.1 電路原理圖3.2各模塊原理分析3.2.1頻率發(fā)生器設(shè)計(jì)使用32.KHz的晶振來(lái)產(chǎn)生頻率。圖3.1頻率發(fā)生器3.2.2分頻電路設(shè)計(jì)分頻電路的設(shè)計(jì)首先使用CD4060芯片將輸入的頻率信號(hào)進(jìn)行14分頻，輸出的頻率又將作為CD4060的輸入再次進(jìn)行分頻，最終的到1HZ/s的頻率。圖3.2分頻電路3.2.3加計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)所用的芯片為CD4818，對(duì)于“A”：只要輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)單元1A翻轉(zhuǎn)一次；當(dāng)1A為1，1D為0時(shí)，每

7、輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)單元1B翻轉(zhuǎn)一次；當(dāng)1A=1B=1時(shí)，每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈1沖C翻轉(zhuǎn)一次；當(dāng)1=1B=1C=1或1A=1D=1時(shí)，每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖1D翻轉(zhuǎn)一次。這樣從初始狀態(tài)（“0”態(tài)）開(kāi)始計(jì)數(shù)，每輸入10個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)單元便自動(dòng)恢復(fù)到“0”態(tài)。對(duì)于“B”：當(dāng)2B=2C=1時(shí)恢復(fù)到“0”態(tài)。在2B和2C分別接了一個(gè)二極管，當(dāng)兩個(gè)同時(shí)為1的時(shí)候由于二極管的但想到同形式的輸出的信號(hào)為低電平，并使得復(fù)位端為有效電平高電平，即達(dá)到清零的作用。圖3.3加計(jì)數(shù)器3.2.4譯碼器電路設(shè)計(jì)本次電路設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示器使用用了兩個(gè)CD4543芯片，來(lái)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)共陰極的數(shù)碼管將輸入的BCD碼轉(zhuǎn)換成輸出的

8、顯示段碼。讓LD端保持高電平,BI端和PH端保持低電平使得顯示從0-9和0-6之間循環(huán)。圖3.4驅(qū)動(dòng)電路3.2.5顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路采用了共陰極的數(shù)碼管來(lái)作為顯示器。其每一段之前都加了一個(gè)1千歐姆的電阻來(lái)限制電流，以保證數(shù)碼管能夠正常的顯示。圖3.5顯示電路3.2.6暫停電路設(shè)計(jì)暫停電路的設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是讓秒計(jì)時(shí)器暫停工作，即停止頻率的產(chǎn)生，故在頻率產(chǎn)生的地方加上一個(gè)開(kāi)關(guān)，來(lái)控制頻率的產(chǎn)生；當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)晶振就工作，斷開(kāi)時(shí)就停止工作；此時(shí)其他部件的狀態(tài)保持不變，已達(dá)到暫停的目的。圖3.6暫停電路3.2.7復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位電路中，用了一個(gè)輕觸開(kāi)關(guān)來(lái)控制；讓開(kāi)關(guān)與VCC相連，并連到兩個(gè)計(jì)數(shù)器的復(fù)位端。

9、兩個(gè)個(gè)計(jì)數(shù)器的復(fù)位端是高電平有效，當(dāng)按鍵按下時(shí)就能使復(fù)位端產(chǎn)生高電平，使其工作，以達(dá)到清零的目的。圖3.6復(fù)位電路4電路制作與測(cè)試4.1 電路制作4.1.1 注意事項(xiàng)(1)在拿到電路PCB焊接板時(shí)，要先看看電路板的排布，然后根據(jù)焊接步驟，將元器件安裝一個(gè)焊接一個(gè)，焊接前要注意元器件的正負(fù)極，安裝正確；(2)正確插入元件：按照從低到高、從小到大的順利安裝，極性要符合規(guī)定，對(duì)于手工安裝，應(yīng)分批安裝。  (3)安裝電解電容時(shí)，注意正負(fù)極，其外表面上有減號(hào)的一側(cè)的引腳是負(fù)極，或長(zhǎng)引腳是負(fù)極也可以； (4)焊接芯片時(shí)，要注意缺口方向，切勿焊反了。 4.1.2焊接工

10、藝a.焊接步驟：1）浸潤(rùn)：焊接部位首先達(dá)到焊接的工作溫度時(shí)助焊劑首先融化，然后焊錫融化并于被焊元件和焊盤(pán)表面接觸；2）流淌：液態(tài)的焊錫充滿(mǎn)整個(gè)焊盤(pán)和焊縫，將助焊劑排除。3）合金：流淌的焊錫與被接元件和焊盤(pán)表面產(chǎn)生合金。4）凝結(jié)：移開(kāi)電烙鐵，溫度下降，液態(tài)焊錫冷卻凝固變成固態(tài)，從而將元件固定在焊盤(pán)上。b.工藝要求1）各元器件按照?qǐng)D紙的制定位置孔距進(jìn)行插裝、焊接。2）電阻插裝焊接：臥式電阻應(yīng)緊貼電路板插裝焊接，立式電阻應(yīng)在離電路板12mm處插裝焊接。3）電容插裝焊接：陶瓷電容應(yīng)在離電路板46mm處插裝焊接，電解電容應(yīng)在離電路板12mm處焊接。4）二極管插裝焊接：臥式二極管應(yīng)在離電路板35mm處插裝

11、焊接，立式二極管應(yīng)在離電路板12mm（塑封）和23mm（玻璃封）處插裝焊接。5）集成電路插座插裝焊接：應(yīng)緊貼電路板插座焊接。c.元件焊接的要求手工焊接是利用電烙鐵加熱焊料和被焊金屬，實(shí)現(xiàn)金屬間牢固連接的一種焊接工藝技術(shù)，其工藝簡(jiǎn)單，不受使用場(chǎng)合和條件的限制，尤其是在電子產(chǎn)品的調(diào)試維修中占有重要的位置，因此，掌握手工焊接工藝依然是電子產(chǎn)品裝配人員的基本技能。1）焊點(diǎn)的外觀(guān)要求形狀以焊點(diǎn)的為界，左右對(duì)稱(chēng)，錫點(diǎn)呈內(nèi)弧形；焊料量均勻適當(dāng)，錫點(diǎn)表明要圓滿(mǎn)、光滑、無(wú)針孔、無(wú)松香漬、無(wú)毛刺；潤(rùn)濕度小于30。2）焊點(diǎn)的技術(shù)要求具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，保證被焊件在受到振動(dòng)和沖擊時(shí)，不出現(xiàn)松動(dòng)。保證其良好、可靠的電氣

12、性能。具有一定的大小、光澤和清潔美觀(guān)的外表。4.2 電路調(diào)試4.2.1電路檢測(cè)調(diào)試前，先將焊好的電路板對(duì)照電路圖認(rèn)真核對(duì)一遍，不要有錯(cuò)誤、漏洞、短路、元器件相碰等現(xiàn)象發(fā)生。在焊接完成之后，上電調(diào)試之前，需要使用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)試，避免電路中出現(xiàn)短路，將芯片燒壞，以及檢測(cè)電路中是否有元器件正負(fù)極接反了。4.4.2電路調(diào)試（1）電源打開(kāi)時(shí)，數(shù)碼管初始狀態(tài)顯示為“00”，系統(tǒng)進(jìn)行正常運(yùn)行，計(jì)時(shí)器開(kāi)始遞增計(jì)數(shù)，循環(huán)0059的秒計(jì)時(shí)。（2）按下清零開(kāi)關(guān)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行置數(shù)，完成復(fù)位功能。（3）按下暫停開(kāi)關(guān)，暫停計(jì)時(shí)；彈起暫停開(kāi)關(guān)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。5心得體會(huì)本次我們實(shí)習(xí)的內(nèi)容是秒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)，我們做的是一種簡(jiǎn)單的60秒的計(jì)時(shí)器，這是一次對(duì)所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行的一次綜合性訓(xùn)練。不僅要求對(duì)電路的原理搞懂，而且還應(yīng)掌握一定的電路焊接技巧。*6參考文獻(xiàn)1歐陽(yáng)星明.數(shù)字邏輯M.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2009 2王義軍，數(shù)字電子技術(shù)/電氣工程及其自