數(shù)電電子鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告

數(shù)字電子鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱(chēng)數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)題目數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)電子科學(xué)與技術(shù)班級(jí)2010級(jí)電子（3）班姓名同組者指導(dǎo)老師2013年1目錄一、 內(nèi)容摘要 4二、 課設(shè)內(nèi)容及要求 4三、 方案比較 51. 方案一： 52. 方案二： 53. 方案三: 5四、 方案解說(shuō) 61. 1Hz的時(shí)鐘產(chǎn)生電路： 62. 校對(duì)整理模塊： 73. 計(jì)數(shù)和進(jìn)位模塊： 84. 譯碼模塊： 95. 顯示模塊： 96. 直流穩(wěn)壓電源： 97. PCB布線圖： 10五、 安裝調(diào)試過(guò)程 10六、 設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及其解決方法 10七、 總結(jié) 11八、 元器件清單 12九、 對(duì)該設(shè)計(jì)的建議 13十、 參考文獻(xiàn) 14內(nèi)容摘要數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時(shí)、日的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用：小到日常生活中的電子手表，大到車(chē)站、碼頭、機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所的大型顯示電子鐘。而本次的數(shù)電課設(shè)的目標(biāo)是用一些特定的硬件和芯片，來(lái)完成分頻，進(jìn)位，譯碼，顯示等工作。最終搭建成一個(gè)可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間如：時(shí)、分、秒和星期的電子時(shí)鐘，并且要求具有可以調(diào)速，自動(dòng)進(jìn)位等功能。該數(shù)字電子鐘由石英晶體振蕩器和分頻器組成的秒脈沖發(fā)生器；校時(shí)電路；六十進(jìn)制秒、分計(jì)數(shù)器及24進(jìn)制或12進(jìn)制計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器；以及秒、分、時(shí)的譯碼顯示部分等構(gòu)成。課設(shè)內(nèi)容及要求由晶振電路產(chǎn)生1Hz的標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)；秒、分為00-59六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器；時(shí)為00-23二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器；周顯示從1-日為七進(jìn)制計(jì)數(shù)器；可手動(dòng)校正：能分別進(jìn)行秒、分、時(shí)、日的校正。只要將開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)位置，可分別對(duì)秒、分、時(shí)、日進(jìn)行手動(dòng)脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入的校正。方案比較方案一：555定時(shí)器設(shè)計(jì)的多諧振蕩器產(chǎn)生振動(dòng)周期為1s的脈沖。并將信號(hào)送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)算，并把累加的結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來(lái)?！懊搿钡娘@示由兩級(jí)計(jì)數(shù)器和譯碼器組成的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)；“分”的顯示電路“秒”相同，“時(shí)”的顯示由兩級(jí)計(jì)數(shù)器和譯碼器組成的二十四進(jìn)制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。所有計(jì)時(shí)結(jié)果由六位數(shù)碼管顯示。采用555定時(shí)器能夠極方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以在施密特觸發(fā)器的基礎(chǔ)上改接成多諧振蕩器。方案二：設(shè)計(jì)也可以采用單片機(jī)進(jìn)行控制。晶體振蕩器的振蕩信號(hào)從XTAL2端輸出到片內(nèi)的時(shí)鐘發(fā)生器上。時(shí)鐘發(fā)生器為二分頻器。向CPU提供兩相時(shí)鐘信號(hào)P1和P2。每個(gè)時(shí)鐘周期有兩個(gè)節(jié)拍（相）P1和P2，CPU就以兩相時(shí)鐘P1和P2為基本節(jié)拍指揮AT89S52單片機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作。方案三:采用石英晶體振蕩來(lái)及簡(jiǎn)單的門(mén)電路實(shí)現(xiàn)。本次實(shí)踐我選擇該方案，其系統(tǒng)框圖如下：方案解說(shuō)1Hz的時(shí)鐘產(chǎn)生電路：時(shí)鐘產(chǎn)生電路我們用石英晶體組成石英晶體振蕩器，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)后再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，因此，當(dāng)晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路。電路的震蕩頻率及取決于石英晶體的并聯(lián)諧振頻率，與R、C的數(shù)值無(wú)關(guān)。晶體振蕩器電路給數(shù)字電子鐘提供了一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Hz的方波信號(hào)，此外還有一校正電容可以對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，以提高頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，使穩(wěn)定度優(yōu)于10^-4，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。我們采用32768晶振，為了得到1Hz的脈沖，我們要進(jìn)行15次二分頻。最終我們選用CD4060的14次二分頻分頻加上74HC74D觸發(fā)器芯片組成的二分頻來(lái)構(gòu)成15次的二分頻，最終得到1Hz的脈沖。這個(gè)模塊的電路圖如下：校對(duì)整理模塊：對(duì)于這個(gè)模塊我們直接用CD4060的Q13腳來(lái)產(chǎn)生校對(duì)電路的時(shí)鐘，用一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)選擇校對(duì)和正常的時(shí)序，校對(duì)的頻率在此次課設(shè)中為32768/（2^13）=4Hz，所以整體的電路圖為：計(jì)數(shù)和進(jìn)位模塊：秒進(jìn)位（60進(jìn)制），分進(jìn)制，時(shí)進(jìn)制，星期進(jìn)制：采用兩片10進(jìn)制的74ls160采取置數(shù)方式來(lái)進(jìn)行，電路圖連接如下：其中u3的進(jìn)位輸出端（output）和u4的時(shí)鐘輸入端（clock端）是通過(guò)74hc04的其中一個(gè)反向器來(lái)聯(lián)通的。如圖所示：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)位和分十位計(jì)數(shù)器、時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器及星期計(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，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，星期計(jì)數(shù)器為7進(jìn)制計(jì)數(shù)器。譯碼模塊：此次譯碼模塊比較簡(jiǎn)單都是采用專(zhuān)用的譯碼芯片CD4511來(lái)實(shí)現(xiàn)。CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼—七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。電路圖如下：顯示模塊：有上面的譯碼模塊可知，我們這次顯示總共采用7個(gè)陰極型數(shù)碼管的靜態(tài)顯示方式。比較簡(jiǎn)單在這里直接附上電力圖：直流穩(wěn)壓電源：在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。它是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。本設(shè)計(jì)采用的直流穩(wěn)壓電源，輸入為220V的交流電，輸出為5V左右的穩(wěn)定電壓。PCB布線圖：安裝調(diào)試過(guò)程1．使用multisim對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行仿真，確保該芯片的分頻能使數(shù)碼管正常工作。2．使用面包板進(jìn)行搭線調(diào)試，確保電路連接無(wú)誤。3．PCB布線。4．對(duì)所制作好的板進(jìn)行短路測(cè)試設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及其解決方法在檢測(cè)面包板狀況的過(guò)程中,出現(xiàn)本該相通的地方卻未通的狀況,后經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)是由于萬(wàn)用表筆尖未與面包板內(nèi)部垂直接觸所至.在檢測(cè)CD4511驅(qū)動(dòng)電路的過(guò)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(wèn)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(guò)程中,數(shù)碼管有幾段二極管時(shí)隱時(shí)現(xiàn),有時(shí)會(huì)消失.用5V電源對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行檢測(cè),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(wàn)用表歐姆檔檢測(cè)每一根線是否接觸良好,在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時(shí)能接通,有時(shí)不能接通,把接觸不好的線重新接過(guò)后發(fā)現(xiàn)能正常顯示了.其次是由于芯片接觸不良的問(wèn)題,用萬(wàn)用表歐姆檔檢測(cè)有幾個(gè)引腳本該相通的地方卻未通,而檢測(cè)的導(dǎo)線狀況良好,其解決方法為把CD4511的芯片拔出,根據(jù)面包板孔的的狀況重新調(diào)整其引腳,使其正對(duì)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,本次實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)一塊壞的LED數(shù)碼管和兩塊壞的CD4511,經(jīng)更換后均能正常顯示?？偨Y(jié)通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)對(duì)輸電知識(shí)有了更深入的了解，將其運(yùn)用到了實(shí)際中來(lái)，明白了學(xué)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)的意義，也達(dá)到了其培養(yǎng)的目的。在實(shí)驗(yàn)中，我也遇到了很多挫折，不過(guò)我都和同伴一一克服了，大家齊心協(xié)力解決了問(wèn)題，使我明白了和他人共同合作的重要性。在以后的道路上我們也必須深刻認(rèn)識(shí)到團(tuán)隊(duì)合作精神，投入今后的發(fā)展之中，實(shí)際能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，而這種實(shí)際能力的培養(yǎng)單靠課堂教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須從課堂走向?qū)嵺`。這也是一次預(yù)演和準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，讓我們找出自身狀況與實(shí)際需要的差距，并在以后的學(xué)習(xí)期間及時(shí)補(bǔ)充相關(guān)知識(shí)，為求職與正式工作做好充分的知識(shí)、能力準(zhǔn)備，從而縮短從校園走向社會(huì)的心理轉(zhuǎn)型期。作為整個(gè)學(xué)習(xí)體系的有機(jī)組成部分，課程設(shè)計(jì)雖然安排在獨(dú)立單周進(jìn)行，但并不具有絕對(duì)獨(dú)立的意義。它的一個(gè)重要功能，在于運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果。運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，把課堂上學(xué)到的系統(tǒng)化的理論知識(shí)，嘗試性地應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)工作，并從理論的高度對(duì)設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)代化提出一些有針對(duì)性的建議和設(shè)想。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作到底有多大距離，并通過(guò)綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計(jì)劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實(shí)踐依據(jù)。 在進(jìn)行電路連接的時(shí)候，在確保一切都連接無(wú)誤之后，時(shí)鐘顯示還是有問(wèn)題，經(jīng)過(guò)老師的指導(dǎo)不斷改正，還是出現(xiàn)這樣、那樣的問(wèn)題，不過(guò)我們都堅(jiān)持了下來(lái)，仔細(xì)測(cè)試電路，才明白原來(lái)應(yīng)該這樣連接。尤其是時(shí)電路達(dá)到24要清零的時(shí)候，個(gè)位清零時(shí)鐘不是那么容易，后來(lái)請(qǐng)教了學(xué)長(zhǎng)才明白需要經(jīng)過(guò)一個(gè)與門(mén)電路，頓時(shí)茅塞頓開(kāi)。 成功就是在不斷摸索中前進(jìn)實(shí)現(xiàn)的，遇到問(wèn)題我們不能灰心、煩躁，甚至放棄，而要靜下心來(lái)仔細(xì)思考，分部檢查，找出最終的原因進(jìn)行改正，這樣才會(huì)有進(jìn)步，才會(huì)一步步向自己的目標(biāo)靠近，才會(huì)取得自己所要追求的成功。元器件清單器件名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量說(shuō)明芯片74HC001芯片74HC041芯片74HC741芯片74HC1607芯片40601芯片742487顯示譯碼器，配共陰顯示器晶體振蕩器327681電阻22M1共陰雙8顯示器0.56英寸3共陰單8顯示器0.56英寸1自鎖按鍵4一常閉一常開(kāi)獨(dú)石電容20P2獨(dú)石電容1044芯片管座DIP143芯片管座DIP1615萬(wàn)用電路板10cm*15cm1軟電線0.1~0