課程設(shè)計(jì) 數(shù)字電子鐘

1、華 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)電子線路綜合設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)2010年6月摘 要在生活中的各種場合經(jīng)常要用到電子鐘，現(xiàn)代電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，各類智能化產(chǎn)品相應(yīng)而出，數(shù)字電路具有電路簡單、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)就以數(shù)字電路為核心設(shè)計(jì)智能電子鐘。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí),分,秒數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,運(yùn)運(yùn)超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。本

2、設(shè)計(jì)電路由計(jì)時(shí)電路、動(dòng)態(tài)顯示電路、控制電路、顯示電路等部分組成，在數(shù)碼管上顯示24小時(shí)計(jì)時(shí)的時(shí)刻，具有清零、保持、校時(shí)、報(bào)時(shí)的功能，并在此基礎(chǔ)上增加了星期顯示的功能。數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)應(yīng)該是頻率相當(dāng)穩(wěn)定的1HZ秒脈沖，所以要設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源。數(shù)字鐘計(jì)時(shí)周期是24小時(shí)，因此必須設(shè)置24小時(shí)計(jì)數(shù)器，應(yīng)由模為60的秒計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器及模為24的時(shí)計(jì)數(shù)器組成，秒、分、時(shí)由七段數(shù)碼管顯示。為使數(shù)字鐘走時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致，校時(shí)電路是必不可少的。設(shè)計(jì)中采用開關(guān)控制校時(shí)直接用秒脈沖先后對(duì)“時(shí)”，“分”計(jì)數(shù)器進(jìn)行校時(shí)操作。能進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)，在從59分50秒開始，每隔2秒鐘發(fā)出一次“嘟”的信號(hào)，連續(xù)五次，此信號(hào)結(jié)束即

3、達(dá)到正點(diǎn)。關(guān)鍵字 振蕩器 分頻器 譯碼器 計(jì)數(shù)器 校時(shí)電路 報(bào)時(shí)電路目 錄1 前言···········································&

4、#183;·························4 2 設(shè)計(jì)任務(wù)·······················

5、;··········································42.1 課程性質(zhì)及目的······

6、;··················································

7、;·42.2 設(shè)計(jì)要求及指標(biāo)···············································

8、;··········5 3 數(shù)字電子鐘的組成和基本工作原理····································

9、3;······53.1 振蕩器··········································&#

10、183;······················63.2 分頻器··························

11、·······································73.3 計(jì)數(shù)器·········

12、3;·················································

13、3;·····73.4 譯碼顯示電路···········································

14、;················73.5 校時(shí)電路································&#

15、183;······························73.6 報(bào)時(shí)電路··················

16、;·············································7 4 設(shè)計(jì)步驟與方法···

17、··················································

18、······74.1 振蕩電路··········································

19、83;····················74.2 分頻器電路····························

20、;·································84.3 計(jì)時(shí)器電路···············&

21、#183;·············································94.4 譯碼顯示電路··&#

22、183;·················································&#

23、183;······104.5 校時(shí)電路·········································

24、3;····················124.6 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路···························

25、3;······························13 5 組裝和焊電路板·················

26、3;········································14 6 調(diào)試········

27、83;·················································

28、83;·········146.1 調(diào)試原則及順序······································&#

29、183;··················146.2 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題和解決方法····························

30、;············15 7 結(jié)論····································

31、3;······························ 15 8 收獲和體會(huì)··················

32、;············································16 致謝·····

33、··················································

34、···············17 參考文獻(xiàn)··································

35、;································18 英文摘要················

36、3;·················································19 附

37、錄··················································

38、;····················20 31 前言中國是世界上最早發(fā)明計(jì)時(shí)儀器的國家。有史料記載，漢武帝太初年間（紀(jì)元前104-101年）由落下閎創(chuàng)造了我國最早的表示天體運(yùn)行的儀器渾天儀。東漢時(shí)期張衡創(chuàng)造了水運(yùn)渾天儀，為世界上最早的以水位動(dòng)力的觀測天象的機(jī)械計(jì)時(shí)器，是世界機(jī)械天文鐘的先驅(qū)。由此可見，我們的古人在很早以前就已經(jīng)在計(jì)時(shí)方面取得了一系列的成就，隨著人類科技的一步一步發(fā)展，我們使用

39、的計(jì)時(shí)工具日益先進(jìn)。20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快，數(shù)字中已成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵?，廣泛用于個(gè)人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來了極大的方便。由于數(shù)字集成電子技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、集成電路有體積小、功耗小、功能多、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在許多電子產(chǎn)品設(shè)備中被廣泛應(yīng)用。電子鐘是人們?nèi)粘躺钪谐Ｓ玫挠?jì)時(shí)工具，而數(shù)字式電子鐘又有體積小、重

40、量輕、走時(shí)準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡單、耗電量少等優(yōu)點(diǎn)而在生活中被廣泛應(yīng)用，因此本次設(shè)計(jì)就用數(shù)字集成電路和一些簡單的邏輯們電路來設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字式電子鐘，使其完成的現(xiàn)實(shí)功能。 本次設(shè)計(jì)以數(shù)字電子為主，分別對(duì)1S時(shí)鐘信號(hào)、秒計(jì)時(shí)顯示、小時(shí)計(jì)時(shí)顯示、整點(diǎn)報(bào)時(shí)及校時(shí)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后將它們組合，來完成時(shí)、分、秒的顯示并且有整點(diǎn)報(bào)時(shí)和走時(shí)校準(zhǔn)的功能。并通過本次設(shè)計(jì)加深對(duì)數(shù)字電子技術(shù)的理解以及更熟練的使用計(jì)時(shí)器、觸發(fā)器和各種邏輯門電路的能力。電路主要使用集成計(jì)時(shí)器和譯碼集成電路，電路使用5號(hào)電池供電，很適合日常生活使用。希望通過這次的課程設(shè)計(jì)，我們能很好地鍛煉我們搜索資料的能力，加深我們對(duì)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)的理解，同時(shí)能很好

41、地培養(yǎng)我們的團(tuán)隊(duì)合作精神。2 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)制作一個(gè)數(shù)字電子鐘。2.1課程性質(zhì)及目的數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)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 4更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命，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。因此，我們此次設(shè)計(jì)與制作數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘，由數(shù)字鐘的制作過程進(jìn)一步了解各種中小規(guī)模集成電路的引腳的安排和各芯片的邏輯功能及使用方法，再通過使用Proteus仿真技術(shù)，實(shí)際運(yùn)用能力，獨(dú)立完整地設(shè)計(jì)具有一定功能的電子電路。2.2 設(shè)計(jì)要求及指標(biāo)(

42、1)時(shí)間計(jì)數(shù)電路采用24進(jìn)制，從00開始到23后再回到00；(2)各用2位數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒；(3)具有手動(dòng)校時(shí)、校分功能，可以分別對(duì)時(shí)、分進(jìn)行單獨(dú)校正；(4)計(jì)時(shí)過程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒開始，蜂鳴器響1秒停1秒地響5次。設(shè)計(jì)相關(guān)提示：(1)為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確，須由晶體振蕩器提供時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)；(2)數(shù)字鐘由振蕩器、計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器電路所組成；(3)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過分頻器形成1秒信號(hào)，秒信號(hào)輸入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，并把累計(jì)結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。3 數(shù)字電子鐘的組成和基本工作原理數(shù)字電子鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。它的計(jì)時(shí)周期

43、是24小希望通過這次的課程設(shè)計(jì)，我們能很好地鍛煉我們搜索資料的能力，加深我們對(duì)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)的理解，同時(shí)能很好地培養(yǎng)我們的團(tuán)隊(duì)合作精神。時(shí)，由于計(jì)數(shù)器的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致所以采用校準(zhǔn)功能和報(bào)時(shí)功能。數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、校準(zhǔn)電路、報(bào)時(shí)電路、時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)、秒計(jì)數(shù)器，振蕩電路和單次脈沖產(chǎn)生電路組成。其中電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校準(zhǔn)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實(shí)現(xiàn)，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒

44、發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用60 5進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)時(shí)脈沖信號(hào)，該信號(hào)將被送到時(shí)計(jì)數(shù)器。時(shí)計(jì)數(shù)器采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的計(jì)時(shí)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)通過顯示驅(qū)動(dòng)電路，七段顯示譯碼器譯碼，在經(jīng)過六位LED七段顯示器顯示出來。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路時(shí)根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校準(zhǔn)電路時(shí)用來對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整的。圖1 數(shù)字鐘組成框圖3.1 振蕩器振蕩器是數(shù)字鐘的核心,其的作用是產(chǎn)生一個(gè)頻率標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間頻率信號(hào),然后再由分頻器分秒

45、脈沖,因此,振蕩器頻率的精度與穩(wěn)定度基本決定了數(shù)字電子鐘的質(zhì)量。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，本設(shè)計(jì)選用晶體振蕩器電路。一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。采用石英晶體振蕩器經(jīng)過分頻得到這一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Hz的方波信號(hào)，保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。3.2 分頻器分頻器電路將32768z的高頻方波信號(hào)經(jīng)CD4060后16384（214）次分頻后得到2Hz的方波信號(hào)，然后信號(hào)再經(jīng)過74LS74分頻產(chǎn)生1HZ信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，為此電路輸送一秒脈沖。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。3.3 計(jì)數(shù)器時(shí)間計(jì)數(shù)電路由“秒”個(gè)位和“秒”十位計(jì)數(shù)器、“分”個(gè)位和“分”十

46、位計(jì)數(shù)器及“時(shí)”個(gè)位和“時(shí)”十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中“秒”個(gè)位和“秒”十位計(jì)數(shù)器、“分”個(gè)位和“分”十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通常用2個(gè)十進(jìn)位計(jì)數(shù)器的集成片組成,其中“秒”個(gè)位是十進(jìn)制，“秒”十位為六進(jìn)制?？刹捎梅答仛w零變“秒”十位為六進(jìn)制,實(shí)現(xiàn)秒的六十進(jìn)制?！胺帧庇?jì)數(shù)器原理也一樣。“時(shí)”計(jì)數(shù)器直接采用反饋清零法來實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制。3.4 譯碼顯示電路是將數(shù)字鐘的計(jì)時(shí)狀態(tài)直觀清晰地反映出來，被人們的視覺器官所接受。顯示器件選用LED七段數(shù)碼管。在譯碼顯示電路輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，顯示出清晰、直觀的數(shù)字符號(hào).并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。3.5 校時(shí)電路實(shí)際的數(shù)字鐘電路由于秒信號(hào)的精確性

47、和穩(wěn)定性不可能做到完全(絕對(duì))準(zhǔn)確無誤，加之電路中其它原因，數(shù)字鐘總會(huì)產(chǎn)生走時(shí)誤差的現(xiàn)象。因此，電路中就應(yīng)該有校準(zhǔn)時(shí)間功能的電路。由于開關(guān)的靈敏性非常高，造成在校時(shí)時(shí)很不穩(wěn)定，一般在校時(shí)電路中加入防抖動(dòng)電路，這樣才能真正地進(jìn)行人工校時(shí)。3.6 報(bào)時(shí)電路當(dāng)數(shù)字鐘顯示整點(diǎn)時(shí)，應(yīng)能報(bào)時(shí)。要求當(dāng)數(shù)字鐘的“分”和“秒”計(jì)數(shù)器計(jì)到59分50秒時(shí)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，蜂鳴器響一秒停一秒的響5次。4 設(shè)計(jì)步驟與方法4.1 振蕩電路晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心，它保證了時(shí)鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。如圖2所示電路通過非門構(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，輸出反饋電阻R1為電路提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，

48、電容C1、C2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)180度相移，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。由于 7晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。晶體X1的頻率選為32768Hz。其中C1的值取22 pF，C2為22pF。C1作為校正電容可以對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，以提高頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。由于電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為10M。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。圖2 晶體振蕩器4.2 分頻器電路由數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1Hz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。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)

49、數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。例如，將32767Hz的振蕩信號(hào)分頻為1Hz的分頻倍數(shù)為32767（2），即實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)于15極2進(jìn)制計(jì)數(shù)器。本實(shí)驗(yàn)中采用CD4060和74LS74來構(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，使用更為方便。CD4060計(jì)數(shù)為最高為14級(jí)2進(jìn)制計(jì)數(shù)器，首先由U1(CD4060)的Q14(第3腳)產(chǎn)生2Hz的振蕩信號(hào),然后經(jīng)過74LS74輸出一個(gè)的分脈沖,作為秒鐘計(jì)數(shù)器的秒鐘信號(hào) (因?yàn)?Hz的信號(hào)經(jīng)1位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器分頻后為1Hz)。如圖3所示。圖3 分頻器4.3 計(jì)數(shù)器秒脈沖信號(hào)經(jīng)過級(jí)計(jì)數(shù)器，分別得到“秒”

50、個(gè)位、十位，“分”個(gè)位、十位以及“時(shí)”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)?！懊搿薄ⅰ胺帧庇?jì)數(shù)器為60秒為1分、60分為1小時(shí)、24小時(shí)為1天的計(jì)數(shù)周期，分別組成兩個(gè)六十進(jìn)制（秒、分）、一個(gè)二十四進(jìn)制（時(shí)）的計(jì)數(shù)器。將這些計(jì)數(shù)器適當(dāng)?shù)剡B接，就可以構(gòu)成秒、分、時(shí)的計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)的功能進(jìn)制計(jì)數(shù)器。它們都可以用兩個(gè)“二- 十進(jìn)制”計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。60進(jìn)制采用反饋清零法構(gòu)成的六十進(jìn)制和二十四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路分別見圖4(a)和圖4 (b)所示4.3.1 計(jì)數(shù)器六十進(jìn)制的接法圖4(a)個(gè)位為十進(jìn)制.故BI=1,LT=1，EL=0,計(jì)數(shù)到9以后自動(dòng)清零,向高位進(jìn)位信號(hào)采用QdQcQbQa=1001,將Qc,Qb送入與非門, 與

51、非門的輸出可以做進(jìn)位信號(hào)。因?yàn)?當(dāng)Qc,Qb不同時(shí)為1,Y為1當(dāng)Qc,Qb同時(shí)為1時(shí),Y為0,同時(shí)計(jì)數(shù)器到9后自動(dòng)清零,這時(shí)Y又變?yōu)?,即出現(xiàn)了一個(gè)上升沿。十位接成六進(jìn)制,利用QdQcQbQa=0110的信號(hào)清零,同時(shí)結(jié)合高位進(jìn)位。74LS0474LS00端圖4(a) 60進(jìn)位計(jì)時(shí)器4.3.2二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的接法個(gè)位為進(jìn)制計(jì)數(shù)器,當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到24時(shí),即十位為0010,個(gè)位為0100時(shí),同時(shí)清零,達(dá)到了二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的目的,即高位的Qb,底位的Qc送入與非門做清零信號(hào),如圖4(b) 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。的進(jìn)位信號(hào))圖4（b） 24進(jìn)位計(jì)時(shí)器在這兩個(gè)電路中，計(jì)數(shù)器的控制脈沖由CP端輸入，1EN

52、接高電平，當(dāng)“計(jì)數(shù)器的狀態(tài)由1001向0000轉(zhuǎn)換時(shí)，1Qd(2EN)正好是一個(gè)下降沿，高位的計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。在圖4 (a)中，將2Qc和2Qb相與后接至CR端，構(gòu)成了六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在圖4(b)中，將2Qb和1Qc相與后接至CR端構(gòu)成了二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 4.4 譯碼顯示電路數(shù)碼管是數(shù)碼顯示器的俗稱。常用的數(shù)碼顯示器有半導(dǎo)體數(shù)碼管，熒光數(shù)碼管，輝光數(shù)碼管和液晶顯示器等。譯碼和數(shù)碼顯示電路是將數(shù)字鐘和計(jì)時(shí)狀態(tài)直觀清晰地反映出來，被人們的視覺器官所接受。顯示器件選用LED七段數(shù)碼管。在譯碼顯示電路輸出的驅(qū)動(dòng)下，顯示出清晰、直觀的數(shù)字符號(hào)。本設(shè)計(jì)所選用的是半導(dǎo)體數(shù)碼管，是用發(fā)光二極管（簡稱LED）

53、組成的字形來顯示數(shù)字，七個(gè)條形發(fā)光二極管排列成七段組合字形，便構(gòu)成了半導(dǎo)體數(shù)碼管。半導(dǎo)體數(shù)碼管有共陽極和共陰極兩種類型。共陽極數(shù)碼管的七個(gè)發(fā)光二極管的陽極接在一起，而七個(gè)陰極則是獨(dú)立的。共陰極數(shù)碼管與共陽極數(shù)碼管相反，七個(gè)發(fā)光二極管的陰極接在一起，而陽極是獨(dú)立的。當(dāng)共陽極數(shù)碼管的某一陰極接低電平時(shí)，相應(yīng)的二極管發(fā)光，可根據(jù)字形使某幾段二極管發(fā)光，所以共陽極數(shù)碼管需要輸出低電平有效的譯碼器去驅(qū)動(dòng)。共陰極數(shù)碼管則需輸出高電平有效的譯碼器去驅(qū)動(dòng)。當(dāng)數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)器在CP脈沖韻作用下，按60秒為1分、60分為1小時(shí)，24小時(shí)為1天的計(jì)數(shù)規(guī)律計(jì)數(shù)時(shí)，就應(yīng)將其狀態(tài)顯示成清晰的數(shù)字符號(hào)。這就需要將計(jì)數(shù)器的狀態(tài)

54、進(jìn)行譯碼并將其顯示出來。我們選用的計(jì)數(shù)器全部是二-十進(jìn)制集成片，“秒”、“分”、“時(shí)”的個(gè)位和十位的狀態(tài)分別由集成片中的四個(gè)觸發(fā)器的輸出狀態(tài)來反映的。每組(四個(gè))輸出的計(jì)數(shù)狀態(tài)都按 BCD代碼以高低電平來表現(xiàn)。因此,譯碼顯示電路選用驅(qū)動(dòng)器CD4511。七段顯示數(shù)碼管的外部引線排列見圖5（a)、(b)?，F(xiàn)以60進(jìn)制“秒”計(jì)時(shí)電路為例，將計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器和顯示數(shù)碼管連在一起，其電路示意圖見圖610agbcd6edcpdbafg1538圖5(a) 譯碼器外引線排列 圖5(b) 二極管示意圖圖6 譯碼器與數(shù)碼管的連接圖4.5 校時(shí)電路實(shí)際的數(shù)字鐘表電路由于秒信號(hào)的精確性不可能做到完全（絕對(duì)）準(zhǔn)確無誤

55、，加之電路中其它原因，數(shù)字鐘總會(huì)產(chǎn)生走時(shí)誤差的現(xiàn)象。因此，電路中就應(yīng)該有校準(zhǔn)時(shí)間功能的電路。使用一個(gè)常閉開關(guān)，當(dāng)按下時(shí)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，以此來實(shí)現(xiàn)校時(shí)。由于是機(jī)械式開關(guān)，按下時(shí)會(huì)發(fā)生抖動(dòng)產(chǎn)生連續(xù)脈沖，為保證按下開關(guān)一下只送出一個(gè)脈沖，必須加入去抖電路如圖7。圖7 去抖電路4.6 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路數(shù)字鐘整點(diǎn)報(bào)時(shí)是最基本的功能之一?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)的電路要求在離電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分51秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào)每隔1秒鐘鳴叫一次，每次持續(xù)時(shí)間為1秒，共響5次。如圖8。74LS30中8個(gè)輸入端分別接Qa(3),Qc(3),Qa(2),Qd(2),Qa(1),Qc(

56、1),Qb(0),O3.圖8 報(bào)時(shí)器電路最后按照?qǐng)D1 的數(shù)字鐘組成框圖，把各個(gè)功能部件正確連接，如圖9.圖9 數(shù)字鐘邏輯電路圖5 組裝和焊電路板在實(shí)驗(yàn)板上組裝電子時(shí)鐘時(shí),應(yīng)嚴(yán)格按圖連接引腳,注意走線整齊,布局合理,飛線不能太長，不美觀也容易產(chǎn)生混亂。器件的懸空端,清零端要正確處理。插拔集成芯片時(shí)要用力均勻,避免芯片管腳在插拔過程中變彎,折斷。6調(diào)試6.1 調(diào)試原則及順序6.1.1 接通電源逐步調(diào)試如果出現(xiàn)錯(cuò)誤,可先檢查各芯片的電源線是否接上,并保證有正常的工作電壓。按圖6電路在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上連線。它是由十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器、驅(qū)動(dòng)器CD4511和LED七段數(shù)碼管組成。觀察在CP作用下數(shù)碼管的顯示情

57、況。需要注意的是，CD4511正常工作時(shí)，BI、LT為高電平，EL應(yīng)為低電平。按圖4電路在實(shí)驗(yàn)箱上連線。按圖4(a)電路連線，輸出可接發(fā)光二極管。觀察在CP作用下(CP為1Hz可直接由實(shí)驗(yàn)箱連續(xù)脈沖輸出端提供)輸出端發(fā)光二極管的狀態(tài)變化情況，驗(yàn)證是否為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。按圖4(b)電路連線驗(yàn)證該電路是否為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其次安裝的是晶體振蕩電路。按圖2電路連線，輸出接發(fā)光二極管，觀察發(fā)光二極管的顯示情況。6.1.2 按順序?qū)﹄娐方泳€和調(diào)試在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上對(duì)校時(shí)電路連線。將電路輸出(門5)接發(fā)光二極管。撥動(dòng)開關(guān)，觀察在CP(1Hz)作用下，輸出端發(fā)光二極管的顯示情況。根據(jù)開關(guān)的不同狀態(tài)，輸出端

58、輸出頻率之比約為1：60，“開關(guān)可以取自實(shí)驗(yàn)箱上的邏輯電平開關(guān)。對(duì)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的安裝因?yàn)閳?bào)時(shí)電路發(fā)出聲響的時(shí)間是59分51秒至59分60秒之間，59分的狀態(tài)是不變的。測試時(shí)，lHz的CP信號(hào)可由實(shí)驗(yàn)箱上獲得，觀察計(jì)數(shù)器在CP信號(hào)的作用下，蜂鳴器發(fā)出聲響的情況。將時(shí)間調(diào)整到59分50秒,觀察報(bào)時(shí)電路能否準(zhǔn)確報(bào)時(shí)。如果不正常,則需檢查相應(yīng)的CD4511芯片。62 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決方法。1. 第一次調(diào)試：問題：無法計(jì)數(shù)，分鐘的個(gè)位顯示不正常。檢查分析原因：分鐘個(gè)位數(shù)碼管其中兩根接線接錯(cuò)，晶體振蕩器沒接電源。解決方法：數(shù)碼管兩根接線重新正確焊接，晶體振蕩器接上電源。結(jié)果：問題解決。2第二次調(diào)

59、試：問題：按下校時(shí)開關(guān)有抖動(dòng)現(xiàn)象，59分后沒有報(bào)時(shí)。檢查分析原因：開關(guān)質(zhì)量有問題，報(bào)時(shí)電路中的芯片接線不完整，電源沒接上。 解決方法：更換新的開關(guān)，為報(bào)時(shí)電路的芯片焊好接線，接上電源。結(jié)果：問題解決。3.第三次調(diào)試：除了由于沒接上負(fù)載電阻使數(shù)碼管太亮外，其他功能正常。老師驗(yàn)收及格。7 結(jié)論最后完成的作品經(jīng)過調(diào)試算是比較令人滿意的，唯一的不足的是數(shù)碼管沒有接上分壓電阻，使二極管上電壓過大，發(fā)光發(fā)熱比較大，壽命短，不耐用。還有考慮到電路的復(fù)雜，沒有設(shè)計(jì)出擴(kuò)展功能。8 收獲與體會(huì)在確立設(shè)計(jì)任務(wù)中，組員出現(xiàn)過分歧，一種是堅(jiān)持做數(shù)字鐘的，一種是要求做交通燈的。最后通過溝通和協(xié)商確立了設(shè)計(jì)任務(wù)，分配好每個(gè)

60、組員的工作，支持和信賴是我們克服每一個(gè)困難的動(dòng)力。在設(shè)計(jì)的過程中，我們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)某種功能而去挑選芯片，而到實(shí)際使用這些芯片的時(shí)候，我們對(duì)這些芯片的功能以及它如何實(shí)現(xiàn)功能原理有了更多的認(rèn)識(shí)。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計(jì)，但通過這次課程設(shè)計(jì)我們了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。設(shè)計(jì)本身并不是有很重要的意義，而是我們對(duì)待問題時(shí)的態(tài)度和處理事情的能力。這種能力很好的體現(xiàn)在仿真的過程中。我們?cè)O(shè)計(jì)圖中的某些元器件的表示方法跟仿真軟件的是不同，這就要我們耐心的去比較，認(rèn)識(shí)，知道它到底表示的是我們常用的哪一個(gè)元件。甚至，有些元器件是仿真軟件中沒有的，例如雙位7段數(shù)碼管，我們只有大膽的使用單位數(shù)碼管

61、來替代進(jìn)行仿真。仿真過程中，我們發(fā)現(xiàn)晶體振蕩器不工作，但實(shí)際電路中它是可以工作的，這迫使我們使用函數(shù)發(fā)生器進(jìn)行替代，我們不能因?yàn)橐粋€(gè)軟件上的問題而止步不前。這會(huì)使人疑問，仿真的電路與實(shí)際電路有這么多的替代，仿真的結(jié)果能信任嗎? 這時(shí)候只能憑借自己學(xué)到的知識(shí)去判斷了，勇敢的相信自己的判斷，不然畏首畏尾反而沒有作為。最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明了當(dāng)初我們正確的判斷。整個(gè)過程中，我們感覺焊接電路是最考技術(shù)和毅力的。有好的設(shè)計(jì)圖如果焊接不好的話只是一張廢紙，一塊廢板。我們把這個(gè)重任交給了女生，因?yàn)橄嘈排容^細(xì)心和有毅力。調(diào)試過程中，因?yàn)楹附拥煤?，所以問題不多，即使有問題，也迅速發(fā)現(xiàn)問題所在并加以糾正?？偟膩?/p>

62、說，我們?cè)谶@次課程設(shè)計(jì)中加強(qiáng)了理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和提高了動(dòng)手能力和思考能力以及分析問題，解決問題的能力。致 謝在做課程設(shè)計(jì)的過程中，從確立設(shè)計(jì)方向到資料收集，電路設(shè)計(jì)，仿真，焊接線路，調(diào)試到最后驗(yàn)收，每一步的工作量和重要性都是不可忽略的，就像數(shù)字鐘每個(gè)焊點(diǎn)每根接線都要做好一樣。大量的繁瑣的工作很容易使人疲倦和暴躁，組員之間需要足夠的交流和體諒才能向前邁進(jìn)。幸運(yùn)的是，我們做到了，遇到問題一起解決，遇到挫折不會(huì)相互埋怨，最后才能過五關(guān)斬六將贏得勝利。感謝各位組員的通力合作和充分信賴，忠心感謝許老師在實(shí)驗(yàn)過程中給我們的諄諄教導(dǎo)；忠心感謝學(xué)校給我提供這次課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)。參 考 文 獻(xiàn)（1）康華光.2005

63、.電子技術(shù)基礎(chǔ).武漢:高等教育出版社.246-302（2）楊慶.2008. 基于Multisim 8的數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與仿真.山西電子技術(shù)，第二期33-34The Design of Digital ClockLiang Aidi Liang Jiaan Lu Hongju（College of Engineering，South China Agricultural University Guangzhou 510642,China） Abstract: In the life of the various occasions often used electric clock, the rapid development of modern electronic technology, products of intelligent digital cir