3156.数字钟的设计与制作 数电课程设计

3156.数字钟的设计与制作 数电课程设计 设计题目: 数字钟的设计与制作 指导教师: 专业: 电子通信 姓名: 学号: 电子机械系 数字电路产品在生活中有着极其广泛的应用，包括计算机、数字通信、智能仪器仪、自动控制及航天等领域中。这些给人们带来了生活，工作等方面带来了极大的方便。数字电路的发展，使得这门课程对于我们来说是很有必要学好。数字电路设备实现简单，速度和可靠性好。抢答器在比赛等场合中不可缺少的设备。本文就是从数字电路芯片的功能中得到启示，利用功能不同的数字电路芯片的组合来实现多路抢答器的功能。其中介绍几个主要集成芯片的管脚功能和用法。最后介绍多路抢答器的原理和设计过程。总结与改进部分，讲一些电路在实际设计调试中的不足，并加以改进 1、设计目的 : 1.熟悉集成电路的引脚安排; 2.掌握各芯片的逻辑功能及使用方法; 3.了解面包板结构及其接线方法; 4.了解数字钟的组成及工作原理; 5.熟悉数字钟的设计与制作。 2、课程设计报告要求: 1. 简述数字钟的工作原理，附上有关资料和图纸。 2.自行装配和调试，写明调试中出现的问题，并写出相应的解决方法。 3. 写出心得体会。 1( 数字钟的构成 数字钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”，“星期”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒、星期”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体 秒计数器”，“秒计数器”采用振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“ 60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一 时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制个“ 计时器，可实现对一天24小时的累计。每累计24小时，发出一个“星期脉冲”信号，该信号将被送到“星期计数器”，“星期计数器” 采用7进制计时器，可实现对一周7天的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”、“星期”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。 1).时间计数器电路 时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器、时个位和时十位计数器及星期计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器为24进制计数器，星期计数器为7进制计数器。 2).译码驱动电路 译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。 3).数码管 数码管通常有发光二极管(LED)数码管和液晶(LCD)数码管，本设计提供的为LED数码管。 4).直流稳压电源 在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。它是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。本设计采用的直流稳压电源，输入为220V的交流电，输出为5V左右的稳定电压。 2(数字钟的工作原理 1)晶体振荡器电路(此实验中未涉及到) 晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。 2)分频器电路(此实验中未涉及到) 数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到,Hz的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。通常实现分频器的电路是计数器电路，一般采用多级215进制计数器来实现。将32768Hz的振荡信号分频为,Hz的分频倍数为32768(2)，即实现该分频功能的计数器相当于15极2进制计数器。这里用一个14级2进制计数器和一个1级2进制计数器。 2进制计数器我们采用CMOS管CD4013B。CD4013B其实是一个双D型触发器。它是由两个相同的、独立的数据型触发器组成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q和— Q输出。在时钟脉冲正变化沿时预置在D输入的逻辑电平转换至Q输出。时钟置位和复位是独立的，分别通过在置位或复位线上高电平完成。 3)时间计数单元 时间计数单元有时计数、分计数、秒计数和星期计数等几个部分。时计数单元一 般为24进制计数器，其输出为两位8421BCD码形式; 分计数和秒计数单元为60进制计数器，其输出也为8421BCD码; 星期计数单元为7进制计数器，其输出也为两位8421BCD码形式。 一般采用10进制计数器来实现时间计数单元的计数功能。为减少器件使用数量，可选CD4518 CD4518为双BCD加计数器，由两个相同的同步4级计数器组成，为D触发器具有内部可交换CP和EN线，用于时钟上升或下降沿的计数。在单个单元运算中，EN保持输入高电平，并且CP上升进位。CR为高电平是，清零～ 4)译码驱动及显示单元 计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出,选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流,选用74LS48作为显示译码电路,选用LED数码管作为显示单元电路. (74LS48功能表) 3.调试中出现的问题以及相应的解决方法 1)一口气接完了所有的电路图后，启动电源，发现所有的数码管都是0。在错综复杂的连线面前实在是检查不出问题的所在。只好把插线都拔了重新来过，在老师的建议下一个数码管一个数码管的接，先接60进制的秒管，在确保了其正确的前提下再接下一个60进制的分管，以此内推。 2)实验中的74LS04没有提供，只提供了74LS00芯片。于是用一个与非门的一管脚悬空实现了非门的功能。 3)在检测74LS48驱动电路的过程中发现数码管不能正常显示的状况，数码管有几段二极管时隐时现,有时会消失。经检验发现主要是由于接触不良的问题,其中包括线的接触不良和芯片的接触不良,重新插稳面包板上的连线，问题得以解决～ 4)在连接六进制的过程中,发现电路只能4,5的跳动,后经发现是由于接到与非门的引脚接错一根所至,经纠正后能正常显示. 5)在连接校正电路的过程中,出现时和分都能正常校正时,但秒却受到影响,特别时一较分钟的时候秒乱跳,而不校时的时候,秒从40跳到59,然后又跳回40,分和秒之间无进位,电路在时,分,秒进位过程中能正常显示,故可排除芯片和连线的 接触不良的问题.经检查,校正电路的连线没有错误, 再检测秒到分和分到时的进位端,发现是由于秒到分的进位未拔掉所至. 4.设计心得与体会 1)在此次的数字钟设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法. 2)在设计电路中,往往是先仿真后连接实物图,但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的,例如仿真的连接示意图中,往往没有接高电平的16脚或14脚以及接低电平的7脚或8脚,因此在实际的电路连接中往往容易遗漏. 3) 大二时我们学习了数字电子电路和模拟电子电路，对电子技术有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西。通过这次数字电子钟的课程设计，我们才把学到的东西与实践相结合。从中对我们学的知识有了更进一步的理解。由于各种原因，以前学习的知识不熟悉，做起来非常费劲，错误和不足也非常多，多亏了同学和老师帮忙检查和改正，才使我完成了这个设计 4)此次的数字钟设计重在于仿真和接线,虽然能把电路图接出来,并能正常显示,但对于电路本身的原理并不是十分熟悉.总的来说,通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力. 5)细心加思考才是做好实验设计的王道。