武漢理工數(shù)電課程設(shè)計(jì)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)仿真與制作

1、學(xué) 號： 課 程 設(shè) 計(jì)題 目數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)仿真與制作學(xué) 院專 業(yè)班 級姓 名指導(dǎo)教師年月日 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 武漢理工大學(xué) 題 目: 數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)仿真與制作 初始條件：利用集成譯碼器、計(jì)數(shù)器、定時器、數(shù)碼管、脈沖發(fā)生器和必要的門電路等數(shù)字器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。（也可以使用單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)）要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、課程設(shè)計(jì)工作量：1周內(nèi)完成對多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)、仿真、裝配與調(diào)試。2、技術(shù)要求：設(shè)計(jì)一個數(shù)字鐘。要求用六位數(shù)碼管顯示時間，格式為00：00：00。具有60進(jìn)制和24進(jìn)制（或12進(jìn)制）計(jì)

2、數(shù)功能，秒、分為60進(jìn)制計(jì)數(shù)，時為24進(jìn)制（或12進(jìn)制）計(jì)數(shù)。有譯碼、七段數(shù)碼顯示功能，能顯示時、分、秒計(jì)時的結(jié)果。設(shè)計(jì)提供連續(xù)觸發(fā)脈沖的脈沖信號發(fā)生器，具有校時單元、譯碼顯示單元、時間計(jì)數(shù)單元、振蕩器電路。確定設(shè)計(jì)方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和中小規(guī)模集成電路，設(shè)計(jì)分電路，畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。3、查閱至少5篇參考文獻(xiàn)。按武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)工作規(guī)范要求撰寫設(shè)計(jì)報告書。全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時間安排： 1） 2010 年 6 月 8 日，教師講解，查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)原理。2） 2010 年 6 月 2529 日， 在鑒主15樓通信實(shí)驗(yàn)室（3）進(jìn)行設(shè)計(jì)、制

3、作及調(diào)試。3） 2010 年 7 月 3 日上交課程設(shè)計(jì)成果及報告，同時進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日課設(shè)答疑地點(diǎn)：鑒主13樓電子科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。 目 錄摘要I1 數(shù)字鐘的構(gòu)成11.1方案設(shè)計(jì)2 2 數(shù)字鐘單元電路的設(shè)計(jì)32.1 振蕩器電路設(shè)計(jì).3 2.2 時間計(jì)數(shù)單元設(shè)計(jì)5 集成異步計(jì)數(shù)器74LS90.5 用74LS90構(gòu)成秒和分計(jì)數(shù)器電路62.2.3 用74LS90構(gòu)成時計(jì)數(shù)器電路7 時間計(jì)數(shù)單元總電路82.3 譯碼顯示單元電路設(shè)計(jì)9 譯碼器74LS48 9 顯示器LG5011AH112.3.3 譯碼顯示電路132.4 校時單元電路設(shè)計(jì)153

4、數(shù)字鐘的實(shí)現(xiàn)電路及其工作原理164 電路的安裝與調(diào)試174.1 Multisim11.0特點(diǎn)17 4.2數(shù)字鐘的仿真完整電路圖.195 電路的安裝與調(diào)試20 5.1安裝與調(diào)試步驟20 5.2實(shí)物圖216課程設(shè)計(jì)心得體會.22參考文獻(xiàn).23附錄1.24摘 要數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時、分、秒計(jì)時的裝置，與機(jī)械式時鐘相比具有更高的準(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)字電子鐘，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序電路。數(shù)字電子鐘有以下幾部分組成：振蕩器，分頻器，60進(jìn)制的秒、分計(jì)時器和24進(jìn)制計(jì)時計(jì)數(shù)器，秒、分、時的譯碼顯示部分及校

5、正電路等。采用74LS系列（雙列直插式）中小規(guī)模集成芯片進(jìn)行硬件的焊接。關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘 振蕩器 計(jì)數(shù)器 譯碼驅(qū)動 1 數(shù)字鐘的構(gòu)成 數(shù)字鐘實(shí)際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率(1HZ)進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。主要由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器顯示器和校時電路組成。振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號，作為數(shù)字鐘的時間基準(zhǔn)，通常使用石英晶體震蕩器，然后經(jīng)過分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，或者由555構(gòu)成的多諧振蕩器來直接產(chǎn)生1HZ的脈沖信號。秒計(jì)數(shù)器滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器滿60后向小時計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時計(jì)數(shù)器按照“24翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。由于計(jì)數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間一致，故需要在電

6、路上加一個校時電路，當(dāng)計(jì)時出現(xiàn)誤差時，可以用校時電路校時、校分。如圖 1-1所示為數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖。時顯示器分顯示器秒顯示器時譯碼器分譯碼器秒譯碼器時計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器校時電路振蕩器分頻器圖1-1數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時的準(zhǔn)確程度，一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時精度越高。通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路構(gòu)成振蕩器。也可以由555定時器組成。 時間計(jì)數(shù)電路由秒個位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個位和分十位計(jì)數(shù)器及時個位和時十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時個位和時

7、十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 譯碼驅(qū)動電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。 顯示電路的組成主要是數(shù)碼管，數(shù)碼管由7個發(fā)光二極管組成，行成一個日字形，它門可以共陰極，也可以共陽極，本設(shè)計(jì)中為共陰極七段顯示LED數(shù)碼管。當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進(jìn)行校正，所以數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能。對校時電路的要求是：在小時校正時不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計(jì)數(shù)。1.1方案設(shè)計(jì) 方案一：用各種門電路直接搭接數(shù)字鐘電路，但此種方案花時間較多，所需元件眾多，電路復(fù)雜。 方案二：用計(jì)數(shù)器74LS90以

8、及譯碼器74LS48等芯片組成電路，所需連線較第一種簡單很多，很容易實(shí)現(xiàn)。 方案三：用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)及顯示等，這種方案簡單明了，只需要寫好程序就可以，很容易達(dá)到任務(wù)要求。但單片機(jī)對個人能力要求較高，需要系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。綜上，由于本人還沒有學(xué)單片機(jī)所以決定采用第二種方案。2 數(shù)字鐘單元電路的設(shè)計(jì) 2.1振蕩器電路設(shè)計(jì) 圖2-1 用555定時器組成振蕩器的電路多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器?！岸嘀C”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在工作時，電路的狀態(tài)在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，常用作脈沖信

9、號源及時序電路中的時鐘信號。 一、用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器1.電路組成：用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器電路如圖6-11（a）所示：圖中電容C、電阻R1和R2作為振蕩器的定時元件，決定著輸出矩形波正、負(fù)脈沖的寬度。定時器的觸發(fā)輸入端（2腳）和閥值輸入端（6腳）與電容相連；集電極開路輸出端（7腳）接R1、R2相連處，用以控制電容C的充、放電；外界控制輸入端（5腳）通過0.01uF電容接地。2.工作原理：多諧振蕩器的工作波形如圖6-11(b)所示：電路接通電源的瞬間，由于電容C來不及充電，Vc=0v，所以555定時器狀態(tài)為1，輸出Vo為高電平。同時，集電極輸出端（7腳）對地斷開，電源Vcc對電

10、容C充電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)I，此后，電路周而復(fù)始地產(chǎn)生周期性的輸出脈沖。多諧振蕩器兩個暫穩(wěn)態(tài)的維持時間取決于RC充、放電回路的參數(shù)。暫穩(wěn)態(tài)的維持時間，即輸出Vo的正向脈沖寬度T10.7(R1+R2)C；暫穩(wěn)態(tài)的維持時間，即輸出Vo的負(fù)向脈沖寬度T20.7R2C。因此，振蕩周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C，振蕩頻率f=1/T。正向脈沖寬度T1與振蕩周期T之比稱矩形波的占空比，由上述條件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2>>R1，則D1/2，即輸出信號的正負(fù)向脈沖寬度相等的矩形波（方波）。二、多諧振蕩器應(yīng)用舉例：1.模擬聲響發(fā)生器：將兩個多諧振蕩器連接起來，前

11、一個振蕩器的輸出接到后一個振蕩器的復(fù)位端，后一個振蕩器的輸出接到揚(yáng)聲器上。這樣，只有當(dāng)前一個振蕩器輸出高電平時，才驅(qū)動后一個振蕩器振蕩,揚(yáng)聲器發(fā)聲；而前一個振蕩器輸出低電平時，導(dǎo)致后面振蕩器復(fù)位并停止震蕩,此時揚(yáng)聲器無音頻輸出。因此從揚(yáng)聲器中聽到間歇式的"嗚.嗚"聲響。2.電壓頻率轉(zhuǎn)換器：由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器中，若定時器控制輸入端（5腳）不經(jīng)電容接地，而是外加一個可變的電壓源，則通過調(diào)節(jié)該電壓源的值，可以改變定時器觸發(fā)電位和閥值電位的大小。外加電壓越大，振蕩器輸出脈沖周期越大，即頻率越低；外加電壓越小，振蕩器輸出脈沖周期越小，即頻率越高。這樣，多諧振蕩器就實(shí)現(xiàn)了將

12、輸入電壓大小轉(zhuǎn)換成輸出頻率高低的電壓頻率轉(zhuǎn)換器的功能。2.2時間計(jì)數(shù)單元設(shè)計(jì)時間計(jì)數(shù)單元由時計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個部分組成。時計(jì)數(shù)單元為24數(shù)器計(jì)數(shù)，其輸出為兩位8421BCD碼形式，分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為8421BCD碼。本實(shí)驗(yàn)采取了用兩塊74LS90芯片進(jìn)行級聯(lián)來產(chǎn)生60進(jìn)制和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。2.2.1集成異步計(jì)數(shù)器74LS9074LS90是異步二五十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，又可以作五進(jìn)制和十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。如圖2-2為74LS90引腳圖，表2.1為74LS90的功能表。1 2 3 4 5 6 7INA NC QA QD GND QB QC

13、INB R01 R02 NC Vcc R91 R92 74LS9014 13 12 11 10 9 8圖2-2 74LS90引腳圖表2-1 74LS90的功能表輸 入輸 出功 能清 0置 9時 鐘QD QCQBQAR01、R02R91、R92INA INB 110××0× ×0000清 00××011× ×1001置 90 ×× 00 ×× 0 1QA 輸 出二進(jìn)制計(jì)數(shù)1 QDQCQB輸出五進(jìn)制計(jì)數(shù) QAQDQCQBQA輸出8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)QD QAQDQCQB輸出

14、5421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)1 1不 變保 持通過不同的連接方式，74LS90可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能，而且還可借助R01、R02對計(jì)數(shù)器清零，借助S91、S92將計(jì)數(shù)器置9。其具體功能詳述如下：(1)計(jì)數(shù)脈沖從INA輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。(2)計(jì)數(shù)脈沖從INB輸入，QDQCQB作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(3)若將INB和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由INA輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(4)若將INA與QD相連，計(jì)數(shù)脈沖由INB輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構(gòu)成異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(5)清零、置9功能。a

15、) 異步清零 當(dāng)R01、R02均為“1”，S91、S92中有“0”時，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA0000。b) 置9功能當(dāng)S91、S92均為“1”；R01、R02中有“0”時，實(shí)現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA1001。2.2.2 用74LS90構(gòu)成秒和分計(jì)數(shù)器電路秒個位計(jì)數(shù)單元為10計(jì)數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將QA與INB相連即可。INA與1HZ秒輸入信號相連，QD可作為進(jìn)位信號與十位計(jì)數(shù)單元的INA相連。秒十位計(jì)數(shù)單元為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將10進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路連接方法為：將QB ，QC分別與兩個清零端R01，R02相連接。QC可作為進(jìn)位信號與分個位的計(jì)數(shù)

16、單元的INA相連，如圖2-3所示。圖2-3 秒和分計(jì)數(shù)器的連接電路圖分個位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同，也是分個位計(jì)數(shù)單元的QD作為進(jìn)位信號與分十位計(jì)數(shù)單元的INA相連，分十位計(jì)數(shù)單元的QC作為進(jìn)位信號應(yīng)與時個位計(jì)數(shù)單元的INB相連。秒十位計(jì)數(shù)單元為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換，將10進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路連接方法為：將QB ，QC分別與兩個清零端R01，R02相連接。 用74LS90構(gòu)成時計(jì)數(shù)器電路時個位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒個位計(jì)數(shù)單元相同，但是要求整個時計(jì)數(shù)單元應(yīng)為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，所以在兩塊74LS90構(gòu)成的100進(jìn)制中截取24，就得在24的時候

17、進(jìn)行異步清零。清零方法為：將兩片74LS90的兩個清零端R01和R02分別連接起來，再將時個位的QB 與R01相連，將時十位的QC 與R02相連接。如圖2-4所示電路 圖2-4 時計(jì)數(shù)器連接電路圖2.2.4 時間計(jì)數(shù)單元總電路如圖2-5所示電路為數(shù)字鐘的時間計(jì)數(shù)單元電路連接圖，從圖中可以看出，所有的置9端及接地端都接地，所有74LS90的VCC都接上電源。圖2-5 數(shù)字鐘的時間計(jì)數(shù)單元電路連接圖2.3譯碼顯示單元電路設(shè)計(jì) 計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對時間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，譯碼驅(qū)動電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為七段數(shù)碼管的正常工作提供足夠的工作電流。譯碼器

18、是一個多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的工作是把給定的代碼進(jìn)行“翻譯”，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示，還用于數(shù)字分配，存儲器尋址和組合控制信號等。譯碼器可以分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。用于驅(qū)動LED七段數(shù)碼顯示常用的有74LS48。2.3.1譯碼器74LS4874LS48是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動器，其輸出是OC門輸出且高電平有效，專用于驅(qū)動LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。其功能是把輸入的8421BCD碼ABCD譯成七段輸出a-g，再由七段數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)。由74LS48和LED七段共陰極數(shù)碼管組成一位

19、數(shù)碼顯示電路。若將“秒”、“分”、“時”計(jì)數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可進(jìn)行不同數(shù)字顯示。在譯碼器輸出與數(shù)碼管之間串聯(lián)的R為限流電阻。當(dāng)數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)器在CP脈沖的作用下，就應(yīng)將其狀態(tài)顯示成清晰的數(shù)字符號， 74LS48的管腳如圖2-6。在管腳圖中，管腳LT、RBI、BI/RBO都是低電平是起作用，作用分別為：LT為燈測檢查，用LT可檢查七段顯示器個字段是否能正常被點(diǎn)燃。BI是滅燈輸入，可以使顯示燈熄滅。RBI是滅零輸入，可以按照需要將顯示的零予以熄滅。BI/RBO是共用輸出端，RBO稱為滅零輸出端，可以配合滅零輸出端RBI，在多位十進(jìn)制數(shù)表示時，把多余零位熄滅掉，以提高視圖

20、的清晰度。Vcc f g a b c d e B C LT BI/RBO RBI D A GND1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974LS48圖2-6 74LS48 的管腳圖74LS48的功能：74LS48的功能表如下表所示：表2-2 74LS48 BCD七段譯碼驅(qū)動器功能表74LS48引腳功能-七段譯碼驅(qū)動器功能表十進(jìn)制數(shù)輸 入BT/RB0輸 出LTRBIABCDabcdefg0H/0000H11111111H/0001H01100002H/0010H11011013H/0011H11110014H/0100H01100115H/0101H101101

21、16H/0110H00111117H/0111H11100008H/1000H11111119H/1001H1110011（1）譯碼功能：將LT，RBI和BI/RBO端接高電平，輸入十進(jìn)制數(shù)09的任意一組8421BCD碼（原碼），則輸出端ag也會得到一組相應(yīng)的7位二進(jìn)制代碼（74LS48驅(qū)動共陰極，輸出3FH、06H、5BH；74LS47驅(qū)動共陽極，輸出COH、F9H、A4H）。如果將這組代碼輸入到數(shù)碼管，就可以顯示出相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。（2）試燈功能：給試燈輸入加低電平，而BI/RBO端加高電平時，則輸出端ag均為高電平。若將其輸入數(shù)碼管，則所有的顯示段都發(fā)亮。此功能可以用于檢查數(shù)碼管的好壞。（

22、3）滅燈功能：將低電平加于滅燈輸入時，不管其他輸入為什么電平，所有輸出端都為低電平。將這樣的輸出信號加至數(shù)碼管，數(shù)碼管將不發(fā)亮。（4）動態(tài)滅燈功能：RBI端為滅零輸入端，其作用是將數(shù)碼管顯示的數(shù)字0熄滅。當(dāng)RBI=0，且DCBA=0000時，若LT=1，ag輸出為低電平，數(shù)碼管無顯示。利用該滅零端，可熄滅多位顯示中不需要的零。不需要滅零時，RBI=1。顯示器LG5011AH圖2-7是共陰極式LED數(shù)碼管的原理圖，使用時公共陰極接地，使每個發(fā)光二極管都處于導(dǎo)通狀態(tài)，而且這7個發(fā)光二極管a到g分別由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來驅(qū)動。圖 2-7 共陰極LED數(shù)碼管的原理圖在這里，我們選用型號為LG501

23、1AH的數(shù)碼管，LG5011AH的管腳功能圖如圖2-8所示， abfcgde1234567abcdefgLG5011AH圖2-8 LG5011AH的管腳圖LED數(shù)碼管實(shí)際上是由七個發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的 2個8數(shù)碼管字樣了。如：顯示一個“2”字，那么應(yīng)當(dāng)是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個或多個發(fā)光二極管

24、組成，一般情況下，單個發(fā)光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。常用LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。 led數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及工作原理led數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，

25、8，10位等等.，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。led數(shù)碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。下面將介紹常用LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖片 10引腳的LED數(shù)碼管 這是一個7段兩位帶小數(shù)點(diǎn) 10引腳的LED數(shù)碼管 LED數(shù)碼管引腳定義圖2 引腳定義 每一筆劃都是對應(yīng)一個字母表示 DP是小數(shù)點(diǎn). LED數(shù)碼管

26、要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 A、靜態(tài)顯示驅(qū)動： 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的I/O埠進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)位*器*進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O埠多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機(jī)可用的I/O口才32個呢。故實(shí)際應(yīng)用時必須增加*驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬體電路的復(fù)雜性。 B、動態(tài)顯示驅(qū)動： 數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣

27、泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。 透過分時輪流控制各個LED數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)

28、象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。譯碼顯示電路譯碼顯示電路由共陰極譯碼器74LS48和七段數(shù)碼管LED組成。74LS48和LG5011AH的連接圖如圖2-9所示。74LS48LG5011AHBI/RBO453A7B1C2D6a13b12c11d10e9f15g14abfcgde1234567abcdefgLTRBI圖2-9，譯碼顯示電路2.4 校時單元電路設(shè)計(jì) 當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進(jìn)行校正，所以數(shù)字鐘應(yīng)具

29、有分校正和時校正功能。對校時電路的要求是：在小時校正時不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計(jì)數(shù)，所以，必須要有兩個控制開關(guān)分別控制分個位和十個位的脈沖信號。在校時時，應(yīng)截斷分個位或者時個位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。 圖2-10為?！皶r”、?！胺帧彪娐?。其中S1為?！胺帧庇玫目刂崎_關(guān)，S2為?！皶r”用的控制開關(guān)。圖2-10 校時電路3 數(shù)字鐘的實(shí)現(xiàn)電路及其工作原理數(shù)字鐘的完整電路圖如圖3-1所示：數(shù)字鐘的工作原理：首先給秒個位的INA端輸入一個標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號（此信號即為555脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號。（1）J3，J2開關(guān)都打向上

30、邊時，數(shù)字鐘開始計(jì)數(shù)，其中，秒、分為60進(jìn)制計(jì)數(shù)，時為24進(jìn)制計(jì)數(shù)。（2）J3打向上邊，J2打向下邊時，可以進(jìn)行校分功能：手動產(chǎn)生單次脈沖作校時脈沖，即每撥動校時開關(guān)J1一個來回，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，多次撥動開關(guān)J1就可以進(jìn)行準(zhǔn)確校時。（3）J3打向下邊，J2打向上邊時，可以進(jìn)行校時功能，其方法與校分的方法相同。圖3-1 數(shù)字鐘原理圖4 數(shù)字鐘的仿真4.1 Multisim11.0特點(diǎn)本次對簡易數(shù)字鐘的仿真是用的Multisim11.0。NI Multisim軟件是一個專門用于電子電路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。作為 Windows 下運(yùn)行的個人桌面電子設(shè)計(jì)工具，NI Multisim 是一個完整

31、的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境。NI Multisim計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際動手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一問題。學(xué)員可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。NI Multisim軟件絕對是電子學(xué)教學(xué)的首選軟件工具。 1、 直觀的圖形界面 整個操作界面就像一個電子實(shí)驗(yàn)工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點(diǎn)鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上看到的； 2、 豐富的元器件 提供了世界主流元件提供商的超過17000多種元

32、件，同時能方便的對元件各種參數(shù)進(jìn)行編輯修改，能利用模型生成器以及代碼模式創(chuàng)建模型等功能，創(chuàng)建自己的元器件。 3、強(qiáng)大的仿真能力 以SPICE3F5和Xspice的內(nèi)核作為仿真的引擎，通過Electronic workbench 帶有的增強(qiáng)設(shè)計(jì)功能將數(shù)字和混合模式的仿真性能進(jìn)行優(yōu)化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、電路向?qū)У裙δ堋?4、 豐富的測試儀器 提供了22種虛擬儀器進(jìn)行電路動作的測量。這些儀器的設(shè)置和使用與真實(shí)的一樣，動態(tài)互交顯示。除了Multisim提供的默認(rèn)的儀器外，還可以創(chuàng)建LabVIEW的自定義儀器，使得圖形環(huán)境中可以靈活地可升級地測試、測量及控制應(yīng)用程序

33、的儀器。5、 獨(dú)特的射頻(RF)模塊 提供基本射頻電路的設(shè)計(jì)、分析和仿真。射頻模塊由RF-specific（射頻特殊元件，包括自定義的RF SPICE模型）、用于創(chuàng)建用戶自定義的RF模型的模型生成器、兩個RF-specific儀器（Spectrum Analyzer頻譜分析儀和Network Analyzer網(wǎng)絡(luò)分析儀）、一些RF-specific分析（電路特性、匹配網(wǎng)絡(luò)單元、噪聲系數(shù)）等組成； 6、 強(qiáng)大的MCU模塊 支持4種類型的單片機(jī)芯片,支持對外部RAM、外部ROM、鍵盤和LCD等外圍設(shè)備的仿真，分別對4 種類型芯片提供匯編和編譯支持；所建項(xiàng)目支持C代碼、匯編代碼以及16進(jìn)制代碼,并兼

34、容第三方工具源代碼； 包含設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行、查看和編輯內(nèi)部RAM、特殊功能寄存器等高級調(diào)試功能。 7、完善的后處理 對分析結(jié)果進(jìn)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算操作類型包括算術(shù)運(yùn)算、三角運(yùn)算、指數(shù)運(yùn)行、對數(shù)運(yùn)算、復(fù)合運(yùn)算、向量運(yùn)算和邏輯運(yùn)算等； 8、 詳細(xì)的報告 能夠呈現(xiàn)材料清單、元件詳細(xì)報告、網(wǎng)絡(luò)報表、原理圖統(tǒng)計(jì)報告、多余門電路報告、模型數(shù)據(jù)報告、交叉報表7種報告； 9、 兼容性好的信息轉(zhuǎn)換 提供了轉(zhuǎn)換原理圖和仿真數(shù)據(jù)到其他程序的方法，可以輸出原理圖到PCB布線（如Ultiboard、OrCAD、PADS Layout2005、P-CAD和Protel）；輸出仿真結(jié)果到MathCAD、Excel或LabVIE

35、W；輸出網(wǎng)絡(luò)表文件；向前和返回注；提供Internet Design Sharing（互聯(lián)網(wǎng)共享文件）。4.2 數(shù)字鐘的仿真完整電路圖5電路的安裝與調(diào)試5.1安裝與調(diào)試步驟按照圖3.1所示的數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖，先將秒個位、秒十位、分個位、分十位、時個位、時十位分級焊接，在經(jīng)過調(diào)試沒有出現(xiàn)問題后再將它們一一逐級級聯(lián)，級聯(lián)后再進(jìn)行整體計(jì)時電路的調(diào)試，若此電路能夠進(jìn)行正常計(jì)數(shù)，那么一個完整的計(jì)時電路就出來了。最后分別進(jìn)行秒脈沖發(fā)生器及調(diào)時電路的安裝，經(jīng)調(diào)試沒有出現(xiàn)問題，再將它們與計(jì)時電路連接。最后進(jìn)行整體電路（即數(shù)字鐘）的調(diào)試。在焊接實(shí)物與調(diào)試這個階段，出現(xiàn)了比較多的問題，但是經(jīng)過我們幾個人的討論及

36、分析，最終找到了解決方案。首先，在剛開始焊板子的時候，由于不熟悉，不小心把管腳焊錯，甚至將整個底座的極性搞反，導(dǎo)致電路不工作。解決方法就是用吸錫器把焊錯地方的錫先吸走，再一個人拿烙鐵，一個人拔底座，將底座弄出來重新焊上去。其次，由于芯片接觸不良的問題，用萬用表歐姆檔檢測，發(fā)現(xiàn)有幾個引腳本該相通的地方卻未通，而檢測的導(dǎo)線狀況良好,其解決方法為把芯片拔出，根據(jù)板子孔的的狀況重新調(diào)整其引腳，使其正對于孔，再用力均勻地將芯片插入面包板中，此后發(fā)現(xiàn)能正常顯示。在檢測驅(qū)動電路的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示的狀況，經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)主要是由于接觸不良的問題，其中包括線的接觸不良和芯片的接觸不良，在實(shí)驗(yàn)過程中，數(shù)碼管

37、有幾段二極管時隱時現(xiàn)，有時會消失。 用5V電源對數(shù)碼管進(jìn)行檢測，一端接地，另一端接觸每一段二極管，發(fā)現(xiàn)二極管能正常顯示的，再用萬用表歐姆檔檢測每一根線是否接觸良好，在檢測過程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時能接通，有時不能接通，把接觸不好的線重新接過后發(fā)現(xiàn)能正常顯示了。在進(jìn)行分十位的調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的七段顯示中有一段不亮，檢查電路發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管與譯碼管相連接的七個應(yīng)該是200的電阻，有一個卻誤焊上了100。解決方法就是將那個電阻換上正確阻值的電阻。在測試校準(zhǔn)電路時發(fā)現(xiàn)撥動一次脈沖開關(guān)，計(jì)數(shù)器并不能準(zhǔn)確加1，有時會出現(xiàn)加2的現(xiàn)象。究其原因發(fā)現(xiàn)僅僅由開關(guān)構(gòu)成的校準(zhǔn)電路有抖動現(xiàn)象，使得計(jì)數(shù)器計(jì)時不準(zhǔn)確。解決方法就是在原有的校準(zhǔn)電路中加焊一個防抖動電路，用基本RS觸發(fā)器就可以實(shí)現(xiàn)這個目的。5.2 實(shí)物圖6課程設(shè)計(jì)心得體會通過本次課程設(shè)計(jì),我明白了一個道理:無論做什么事情,都必需養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn),認(rèn)真,善思的工作作風(fēng).我這畢業(yè)設(shè)計(jì)由于我采用的是數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)的,所以電路較復(fù)雜,但是容易理解.每一部分我都能理解并且能有多種設(shè)計(jì)方法.時間很緊，這