数字电路 多功能数字钟.docx

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数字电路多功能数字钟

数字电路课程设计报告

项目名称：

多功能数字钟电路设计

专业年级：

07级电信2班

所在院系：

湖南理工学院南湖学院

学生姓名：

徐柏科

学号：

24072200029

完成时间：

2009年12月25日

一、设计任务（包括器件清单、任务功能描述与分析）

1.1器件清单：

型号

数量（片、只）

型号

数量（片、只）

74LS00

3

74LS90

5

74LS48

4

74LS92

2

74LS04

1

74LS191

1

74LS74

1

数码显示器BS202

4

NE555

1

电容（20P*2,0.1*1,0.01*4）

2,1,4

发光二极管

2

电阻（2K,5.1K,3.3K,220）

1,1,3,3

可调电阻（10K）

1

按键

2

1.2任务功能：

基本功能：

✧准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间；

✧为节省器件，其中秒的个位和时的十位均用发光二极管指示，灯亮为1，灯灭为0；

✧小时的计时要求为“12翻1”，分和秒的计时要求为60进位；

✧要求手动慢校时，慢校分，快校时，快校分。

功能分析：

✧振荡器产生高稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准（系统时钟），再经分频器输出标准秒脉冲信号。

✧秒个位发光二极管闪烁十次，秒十位进位，秒十位进位六次后，向分计数器进位，分计数器计满60后向小时计数器进位，小时计数器按照“12翻1”规律计数。

计数器的输出经译码器送显示器。

✧计时出现误差时可以用校时电路进行校时、校分、校秒。

二、实验仪器

电烙铁、示波器、直流电源、数字万用表、镊子、剥线钳

三、设计原理分析与电路设计

3.1系统组成框图分析

如图3.1多功能数字钟系统组成框图

3.2各部分电路设计

（1）振荡电路与分频电路

根据要求，振荡电路应选择555多谐振荡器，本实验选用555构成的多谐振荡器，设振荡频率f0=1KHz，电路参数如图3.2所示。

该电路广泛使用于各种需要频率稳定及准确的数字电路，如数字钟、电子计算机、数字通信电路等。

图3.2555振荡器

555多谐振荡器的原理图及工作波形如图3.3：

图3.3

（2）时间计数电路

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74LS90，其芯片引脚如图3.4所示。

74LS90有两个清零端MR1、MR2和两个置9端MS1、MS2，用74LS90构成十进制计数器非常方便，不需外加逻辑门电路用2片74LS90构成的8421BCD码100进制计数器如图3.5所示。

图中，将低位计器的最高位输出脉冲信号作相邻高位计数器的时钟脉冲。

图3.474LS90芯片引脚图

、

图3.5两片74LS90构成的100分频器

74LS92是二—六—十二进制计算器，即CP0和Q0组成二进制计算器，CP1和Q3Q2Q1在74LS92中为六进制计算器。

其芯片引脚如图3.6所示，其与74LS90构成六十进制如图3.7.

图3.674LS92芯片引脚图

图3.7六十进制计数器

（3）译码驱动及显示单元电路

74LS47、74LS48为BCD—7段译码/驱动器，其中，74LS47可用来驱动共阳极的发光二极管显示器示器，而74LS48则用来驱动共阴极的发光二极管显示器。

74LS47为集电极开路输出，用时要外接电阻；而74LS48的内部有升压电阻，因此无需外接电阻（可以直接与显示器连接）。

74LS48与数码管的连接如图3.8所示。

其中，A3A2AlA0为8421BCD码输入端，a—g为7段译码输出端。

各使能端功能简介如下：

/LT灯测试输入使能端。

当LT＝0时，译码器各段输出均为高电平，显示器各段亮，因此，LT＝0可用来检查74LS48和显示器的好坏。

/RBI动态灭零输入使能端。

在LT＝1的前提下，当/RBI＝0且输入A3A2AlA0＝000时，译码器各段输出全为低电平，显示器各段全灭，而当输人数据为非零数码时，译码器和显示器正常译码和显示。

利用此功能可以实现对无意义位的零进行消隐。

/BI静态灭零输入使能端，只要BI＝0，不论输入A3A2AlA0为何种电平，译码器4段输出全为低电平，显示器灭灯（此时/BI／RBO为输入使能）。

/RBO动态灭零输出端。

在不使用/BI功能时，BI／RBO为输出使能（其功能是只有在译码器实现动态灭零时RBO＝0，其它时候RBO＝1）。

该端主要用于多个译码器级联时，实现对无意义的零进行消隐。

实现整数位的零消隐是将高位的RBO接到相邻低位的RBI，实现小数位的零消隐是将低位的RBO接到相邻高位的RBI。

图3.874LS48与数码管的连接图

（4）校时电路。

根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。

校时电路如3.9图。

图3.9校“时”、校“分”电路

需要注意的是，校时电路是由与非门构成的组合逻辑电路，开关Sl或S2为“0”或“1”时，可能会产生抖动，接电容C1、C2可以缓解抖动。

必要时还应将其改为去抖动开关电路。

3.3系统原理图设计

3.4系统PCB版图设计

PCB设计版图：

实物图：

四、系统制作

1.按照要求设计电路并画出原理图；

2.给数码管画封装；

3.生成网络表；

4.检错并导入PCB板；

5.进行元器件合理布局并手工布线；

6.领取器件并按照实际器件适当调整封装；

7.打印输出；

8.制作电路板；

9.焊接元件；

10.系统调试。

五、系统测试

1）由图3.1所示的数字钟系统组成框图按照信号的流向分级安装，逐级级联，这里的每一级是指组成数字钟的各功能电路。

2）级联时如果出现时序配合不同步，或尖峰脉冲干扰，引起逻辑混乱，可以增加多级逻辑门来延时。

如果显示字符变化很快，模糊不清，可能是由于电源电流的跳变引起的，可在集成电路器件的电源端Vcc加滤波电容。

通常用几十微法的大电容与0.01uF的小电容相并联。

3）画数字钟的主体逻辑电路图。

经过联调并纠正设计方案中的错误和不足之处后，再测试电路的逻辑功能是否满足设计要求。

最后画出满足设计要求的总体逻辑电路图。

由于实验器材有限，则其中秒计数器的个位和时计数器的十位可以采用发光二极管指示，因而可以省去2片译码器和2片数码显示器。

4）选择测量仪表与仪器，对电路进行实际测量与调试，调整电路参数，并解决存在的问题或电路故障等。

通过我的调试过程，总结主要从以下几个方面调试：

a）用示波器检测555输出信号波形和频率，波形应为方波频率为1000Hz。

若为出现，则首先检查电路图是否正确，器件是否连接正确，器件参数是否正确，芯片是够是好的，直到显示的信号满足要求，否则后期的工作没有意义了。

b）接着信号送入分频器，用同上的方法测试每片74LS90输出的频率是否正确，第一片输出波形应为方波频率为100Hz，第二片输出波形为方波频率为10Hz，第三片输出波形应为方波频率为1Hz。

一片一片的检查，如为出现正确的波形则应一片一片地调试，检查电路图是否连接正确，焊接是否标准，一个一个引脚地把关，直至输出正确波形为止，这是发光二极管应该每秒闪烁一次。

c）当分频器调试正常后，观察数码管的显示是否正常。

对照原理图检查计数器和译码驱动74LS48是否正常工作。

一般情况下数码管是有显示的。

d）测试校时电路是否能工作，通过按键操作，观测数码管是否按照要求变化，若没有反应，则应检测1Hz的脉冲是否输入，按键是否连接正确，并测试74LS00与74LS04是否能正常工作。

直到按键操作使数码管有响应为止。

六、总结

数字钟作为一个实用电子系统，已经得到广泛的应用。

掌握数字钟的基本原理，研究并不断改进系统的功能。

这些是我们初涉者们努力的方向。

本系统采用石英晶体振荡器、分频器、计数器、显示器和校时电路组成。

由LED数码管来显示译码器所输出的信号。

实现了数字钟时、分、秒显示，手动较时、校分的功能。

有很强的现实应用性能。

而数字钟的设计开拓了我们的视野，锻炼了我们的动手能力。

我想就整个制作数字钟的过程做一些总结。

如何设计原理图，如何检错，如何进行PCB单面板的布线，如何制作单面板，如何调试电路，每一环节都不能忽视，而且每一环节都应为下一环节做打算，不应开始没弄好就想下面怎么做这么做就行了，这样给后期工作带来的难度更大。

第一步也是最关键的一步就是原理图的设计，首先要保证原理图是正确的，否则后面做的都是无用功，画原理图虽然不难，但是绝对不能忽视。

接着导入PCB板，而导入PCB板时必须确保无误。

而手工布线时，摆放好元件也是很重要的，为布线提供方便。

而布线时又要考虑到板子做出来的效果，将焊盘尽量调大，线尽量布粗，电源线和地线要比信号线稍微粗一点，而且尽量避免线经过焊盘，以免焊接时出现短路。

布线很烦很乱很耗时间，很容易泄气，但是一定要坚持，否则前功尽弃。

制作PCB板时要避免出现断线，断线给调试带来很大不便，腐蚀工作也要做好。

焊接器件时要使板子进尽可能的美观，并且焊好每一个结点。

调试是收尾工作，却也是决定成败的关键，调试成功了便制作成功了，如果调试不成功，则看不到效果。

这也是最让人遗憾的。

调试最是让人头痛也是最耗时间的事情。

这也是动手能力最强的工作，需要耐心，需要毅力，这个过程也能使我们更进一步熟悉电路板，并理解电路设计原理，否则是没法调试的，要一级一级地调试，其实只要前期做得好，调试工作就不难。

该清楚每一级输出情形，按照这个情形去调试，直到满足要求，而要考虑到的因素很多。

我觉得最先要做的是保证测量仪器是好的，否则会做很多无用功甚至陷入深渊，接着首要的是确保地线跟电源线正确输入。

要检查电路，要检查焊盘是否焊好，要测试元件是好是坏，要检查有没有断线等等。

总之整个工作很费时，很麻烦，不过当看到自己的数字钟实现的时候却是最高兴的一件事。

而学我们这个专业的同学又必须要掌握这样难得的机会，还有老师指导，还有同学可以讨论。

从这次课程设计中我获益匪浅。

同时也总结了几点。

首先电路设计是细致活，切不可大意，要有足够的耐心和毅力，同时这也是建立在兴趣之上的。