數(shù)電時鐘課程設(shè)計(jì)

1、湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱課題名稱專 業(yè)班 級學(xué) 號姓 名指導(dǎo)教師年 月 日湖南工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)題目：多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)專業(yè)班級：電氣1001 學(xué)號：17學(xué)生姓名： 劉軍指導(dǎo)老師： 李朝健審批：任務(wù)書下達(dá)日期 2012年 12月 25日設(shè)計(jì)完成日期 2012年 12月 26日設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求一、 設(shè)計(jì)內(nèi)容：多功能數(shù)字鐘應(yīng)該具有的功能有：顯示時分秒、整點(diǎn)報(bào)時、小時和分鐘可調(diào)等基本功能。首先要知道鐘表的工作機(jī)理，整個鐘表的工作應(yīng)該是在1Hz信號的作用下進(jìn)行，這樣每來一個時鐘信號，秒增加1秒，當(dāng)秒從59秒跳轉(zhuǎn)到00秒時，分鐘增加1分，同時當(dāng)分鐘從59分跳轉(zhuǎn)到0

2、0分時，小時增加1小時，但是需要注意的是，小時的范圍是從023時。 在實(shí)驗(yàn)中為了顯示的方便，由于分鐘和秒鐘顯示的范圍都是從059，所以可以用一個3位的二進(jìn)制碼顯示十位，用一個四位的二進(jìn)制碼（BCD碼）顯示個位，對于小時因?yàn)樗姆秶菑?23，所以可以用一個2位的二進(jìn)制碼顯示十位，用4位二進(jìn)制碼（BCD碼）顯示個位。2、 設(shè)計(jì)要求:1.給出整體設(shè)計(jì)框圖，提供總電路圖；2.單元模塊設(shè)計(jì)，給出具體設(shè)計(jì)思路和電路；3.給出各單元模塊電路、總電路圖的仿真結(jié)果；4.電路硬件實(shí)現(xiàn)和功能調(diào)試；5.寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。主要設(shè)計(jì)條件1. 提供所需元件及芯片；2. 提供電源和調(diào)試設(shè)備；3. 提供設(shè)計(jì)軟件；說明書格式1.

3、課程設(shè)計(jì)封面；2. 任務(wù)書；3. 說明書目錄；4. 設(shè)計(jì)總體思路，基本原理和框圖（總電路圖）；5. 單元電路的設(shè)計(jì)（各單元電路圖）；6. 安裝、調(diào)試步驟；7. 故障分析與電路改進(jìn)；8. 總結(jié)與體會；9. 附錄（元器件清單）；10. 參考文獻(xiàn)；11. 課程設(shè)計(jì)成績評分表。進(jìn)度安排第一周星期一：課程內(nèi)容介紹和查找資料；星期二：總體電路設(shè)計(jì)和分電路的設(shè)計(jì)；星期三：分電路設(shè)計(jì)與仿真；星期四：總體電路電路仿真，修改方案，電路調(diào)試；星期五：確定設(shè)計(jì)方案，安裝電路；第二周星期一二：安裝、調(diào)試電路或驗(yàn)收電路；星期三：安裝、調(diào)試電路或驗(yàn)收電路；星期四五：寫設(shè)計(jì)報(bào)告；星期五下午：答辯，整理實(shí)驗(yàn)室；參考文獻(xiàn)目錄第一

4、章概述11.1.EWB軟件11.2.數(shù)字鐘實(shí)現(xiàn)的功能1第二章模塊電路的設(shè)計(jì)22.1.電路設(shè)計(jì)方案22.2.進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路模塊的設(shè)計(jì)32.3.校時電路模塊的設(shè)計(jì)62.4.整點(diǎn)報(bào)時電路模塊的設(shè)計(jì)7第三章電路的調(diào)試與安裝83.1.總設(shè)計(jì)電路圖83.2.電路的軟件設(shè)計(jì)目的83.3.電路的硬件調(diào)試與安裝過程9第四章體會與心得10第五章附錄105.1.芯片清單115.3.參考文獻(xiàn)12第一章 概述1.1. EWB軟件EWB軟件，全稱為ELECTRONICS WORKBENCH EDA，是交互圖像技術(shù)有限公司在九十年代初推出的EDA軟件，用于模擬電路和數(shù)字電路的混合仿真，利用它可以直接從屏幕上看到各種電路的輸

5、出波形。EWB是一款小巧，但是仿真功能十分強(qiáng)大的軟件。 EWB建立在SPICE基礎(chǔ)上，它具有以下突出的特點(diǎn)： （1）采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路：在計(jì)算機(jī)屏幕上模仿真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的工作臺，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選??； （2）軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實(shí)物相似，可以實(shí)時顯示測量結(jié)果。 （3）EWB軟件帶有豐富的電路元件庫，提供多種電路分析方法。 （4）作為設(shè)計(jì)工具，它可以同其它流行的電路分析、設(shè)計(jì)和制板軟件交換數(shù)據(jù)。 （5）EWB還是一個優(yōu)秀的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實(shí)驗(yàn)室中更靈活的方式進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)，仿真電路的實(shí)際運(yùn)行情況，熟悉常

6、用電子儀器測量方法。1.2. 數(shù)字中實(shí)現(xiàn)的功能1. 準(zhǔn)確計(jì)時,以數(shù)字形式顯示分、秒的時間。2. 分和秒的計(jì)時要求為60進(jìn)制進(jìn)位。3. 校正視角。第二章 模塊電路的設(shè)計(jì)2.1. 電路設(shè)計(jì)方案多功能數(shù)字鐘原理框架如圖所示，電路包括以下幾個部分：標(biāo)準(zhǔn)秒信號發(fā)生器、顯示電路、分秒計(jì)數(shù)器、校時電路。此次數(shù)字?jǐn)?shù)字設(shè)計(jì)利用所給的芯片設(shè)計(jì)完成。利用6個數(shù)示管完成顯示電路的設(shè)計(jì)，所用數(shù)碼管為共陽性。本次電路采用的是譯碼芯片LED數(shù)碼顯示管，采用74LS47， BCD碼譯成段碼發(fā)送給8段發(fā)光二極管數(shù)碼管。本實(shí)驗(yàn)用到的計(jì)數(shù)器是74LS160，它有一個時鐘輸入端CLK和一個異步置零端CLR。其中。設(shè)計(jì)中用了兩個開關(guān)，

7、分別用做分、時校對。最后數(shù)碼管跳動一秒所用的脈沖由實(shí)驗(yàn)室提供。2.2. 進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路模塊的設(shè)計(jì)1. 74LS160功能簡介 CLK是脈沖輸入端；RCO是進(jìn)位信號輸出端；ENP和ENT是計(jì)數(shù)器工作狀態(tài)端；CLR是異步清零端；LOAD是置數(shù)端；VCC接正電源，GND接地；AD是數(shù)據(jù)輸入端，QAQD是計(jì)數(shù)器狀態(tài)輸出端。電源電壓5V，輸入電壓5V。其狀態(tài)表如下所示：輸 入輸 出注CLRLDENTENPCLKABCDQAn+1QBn+1QCn+1QDn+1CO01111x0111xx10xxx1x0xxxxaxxxxbxxxxcxxxxdxxx0 0 0 0a b c d計(jì) 數(shù)保 持保 持00清零置數(shù)

8、2.60進(jìn)制計(jì)數(shù)器60進(jìn)制計(jì)數(shù)器是由兩個74LS160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器經(jīng)過一定的方式連接組成的。具體連接是這樣的，一片74LS160用低位，另一片設(shè)計(jì)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器做為高位。將高位片的QB和QC接入與門，出來接入高位片的CLR,當(dāng)高位片為0110時，CLR為低電平，此時清零，實(shí)現(xiàn)了六十進(jìn)制,由于存在競爭與冒險(xiǎn)，所以，為了消除這種現(xiàn)象，接線如下分和秒的實(shí)驗(yàn)電路如下圖：3. 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器24進(jìn)制計(jì)數(shù)器也是由兩片74LS160組成的，當(dāng)各位計(jì)數(shù)狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0100,十位計(jì)數(shù)狀態(tài)為Q3Q3Q1Q0=0010時，計(jì)數(shù)器歸零。通過把個位Q2、十位Q1接入與非門，然后接入個位、十位的MR端。令計(jì)數(shù)

9、器清零，從而實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能。其連線圖如下所示：2.3. 校時電路模塊的設(shè)計(jì)校時電路是數(shù)字中不可缺少的部分，當(dāng)數(shù)字顯示與實(shí)際時間不符時，就要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時間進(jìn)行校時。在秒十位與分個位之間接入與門和單刀雙擲開關(guān)，其簡單電路如下所示：2.4. 整點(diǎn)報(bào)時模塊的設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)的是從早上9點(diǎn)到晚上8點(diǎn)的時間內(nèi)整點(diǎn)報(bào)時，從59分51秒開始報(bào)時，51,53,55,57秒是低音，59秒是高音，低音鳴蜂器是500HZ，高音是1KHZ。具體實(shí)驗(yàn)電路如下：第三章 電路的調(diào)試與安裝3.1. 總設(shè)計(jì)電路圖設(shè)計(jì)電路如圖3-1所示 圖3-1 3.2. 電路的軟件設(shè)計(jì)目的此次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的在于培養(yǎng)學(xué)生們的操作實(shí)踐能力。通過

10、對數(shù)字時鐘原理的學(xué)習(xí)增強(qiáng)同學(xué)們的理論知識以及思維能力。此次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不單是理論的實(shí)現(xiàn)相反的更多的在于操作能力的鍛煉。通過對數(shù)字時鐘的實(shí)踐操作讓同學(xué)們從中收獲甚多。學(xué)會元器件識別、測試和安裝的方法掌握萬用表的使用方法學(xué)會利用軟、硬件獨(dú)立進(jìn)行電子設(shè)備的整機(jī)裝配、調(diào)試方法并達(dá)到產(chǎn)品的質(zhì)量要求從而鍛煉和提高學(xué)生的動手能力鞏固和加深對電子學(xué)理論知識的理解和掌握為以后專業(yè)設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備必要的工藝知識和操作技能。培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題的能力。掌握電子線路的基本原理、基本方法掌握焊接的基本技能達(dá)到焊點(diǎn)大小適中、均勻、圓潤、光亮、無虛焊的要求通過簡單電器的安裝制作熟悉電子儀器的安裝制作

11、過程和電路的調(diào)試及簡單故障排除的技能。3.3. 電路的硬件調(diào)試與安裝過程大體分四階段：第一階段：在進(jìn)行試驗(yàn)之前，我們做了如下準(zhǔn)備工作，芯片分類，導(dǎo)線測試。第二階段：12月23日上午，我們按照電路圖進(jìn)行安裝接線，一個人負(fù)責(zé)檢查導(dǎo)線的好壞，用一個完好的燈顯示和一個開關(guān)來測試導(dǎo)線的好壞。完成了導(dǎo)線的測試，按照線路接了三四遍之后，結(jié)果仍然未正確。第三階段：下午我們各司其職，把該有的準(zhǔn)備工作做好，首先檢查試驗(yàn)臺的好壞，確保數(shù)碼管的顯示、紅黃綠燈的顯示、插孔的輸出、芯片的引腳的完好。第四階段：準(zhǔn)備工作做完之后，按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行連線。我和同伴一起連接數(shù)字時鐘電路。結(jié)果相比上午比較滿意。在硬件的調(diào)試安裝過程中遇

12、到的問題點(diǎn)：問題1：按照圖紙接完電路，對于出現(xiàn)的問題，毫無頭緒，不知如何檢查電路。解決：線路接好之后，看著那凌亂的線路，確實(shí)令人頭痛，不知道線路的開始和結(jié)尾，有一種害怕的心理，首先得戰(zhàn)勝恐懼的心里，靜下心好好地思考問題所在，上午我們?nèi)齻€人，每個人平均接了兩遍，都感覺要崩潰了，每次接完線路，看到的轉(zhuǎn)臺亂七八糟，很不理想。不過在多次的失敗之后，我們都有同樣的猜想：或者芯片是壞的，或者試驗(yàn)臺插孔不靈敏。大家開始分工測試芯片和試驗(yàn)臺，試驗(yàn)臺的測試：好的芯片插上去能夠正確顯示其邏輯功能，我的方法是：用一塊好的74ls10（隨選）的芯片，根據(jù)其邏輯功能，如果能正確輸入輸出，表示試驗(yàn)臺上插芯片的周圍各個孔是

13、好的。然后在好實(shí)驗(yàn)臺上測試所需要的芯片的好壞，根據(jù)其邏輯功能來判斷，邏輯功能第五章附件所見。問題2：接好線路，發(fā)現(xiàn)顯示不進(jìn)位。解決：脈沖信號沒有送進(jìn)去，查看線路，發(fā)現(xiàn)掉了一個線，高位的輸出信號沒有輸出給脈沖輸入端CLK。在硬件調(diào)試中注意的是：要防止錯線，掉線，多線。根據(jù)問題分析電路，在查線，這樣會比盲目的查線要少更多的工作量。第四章 體會與心得本次的課程設(shè)計(jì)共兩周的時間，和以前做一件事情相比，時間上挺久的。但是從接到這個課題開始（12月17日），從設(shè)計(jì)思路到設(shè)計(jì)電路，從來沒有像這樣去想一個設(shè)計(jì)，分析了一遍又一遍，其里面的邏輯功能都快把我整暈了，面臨周六的四級考試，周日的概論考試，更是感覺腦袋快

14、要崩潰了，考試完之后，又是一整天的分析電路，問題沒有解決，飯也吃不下。不過效果一旦達(dá)到之后，心里的喜悅又是多么的深沉?？傊?，拿出自己不放棄和不退縮的精神，努力思考問題的所在，一定會得到解決的。在安裝與調(diào)試中，培養(yǎng)了我嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心的態(tài)度，因?yàn)橐徊涣粜慕泳€就會出錯，要學(xué)會克服線路太多而產(chǎn)生的恐懼心理，保持清晰地思路，細(xì)心地做好每一過程，同時讓我學(xué)到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，兩個人只要一個人出錯就前功盡棄，讓我更加的重視團(tuán)結(jié)合作?？傊?，這次課程設(shè)計(jì)既考驗(yàn)了我們對課本理論知識的掌握，也考察了我們的動手分析能力以及團(tuán)結(jié)合作的精神。第五章 附錄5.1. 芯片清單本實(shí)驗(yàn)所用到的元件清單表如表5-1所示。名稱型號數(shù)量六非門74LS04（TTL）1片四2輸入與非門74LS00（TTL）1片4線10線譯碼器74LS476片同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器741604片數(shù)碼管8段共陽6個表5-15.2. 參考文獻(xiàn)1. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版） 閻石 主編2. 電子技術(shù)基礎(chǔ)試驗(yàn)與仿真 孫勝麟 郭照南 主編3. 集成電路 門宏 編著4. 現(xiàn)在電子設(shè)計(jì)與創(chuàng)新 李洋 主編電氣與信息工程系課程設(shè)計(jì)評分表項(xiàng) 目評 價(jià)優(yōu)良中及格差設(shè)計(jì)方案的合理性與創(chuàng)造性(10%)硬件設(shè)計(jì)或軟件編