數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)方案.doc

1、 設(shè)計(jì)方案1、總體設(shè)計(jì)方案說明及系統(tǒng)框圖： 數(shù)字鐘是計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，另外應(yīng)有校時(shí)功能和報(bào)時(shí)功能。一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時(shí)”，“分”，“秒”計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路和振蕩器組成。干電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)現(xiàn)胡一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”?！皶r(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)菁七段顯示譯碼器譯碼，通過LED顯示器顯示出來。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路時(shí)根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，控制信號(hào)燈亮滅周期。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。校時(shí)電路時(shí)用來對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整的。數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。數(shù)字電子鐘的總體框圖如下圖所示。系統(tǒng)框圖：2、單元電路設(shè)計(jì)方案：1）振蕩器和分頻器振蕩器的作用是產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。數(shù)字鐘的精度就是主要取決于時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信的頻率和穩(wěn)定度。所以，在實(shí)驗(yàn)中采用脈沖信號(hào)作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。2）計(jì)數(shù)器根據(jù)計(jì)數(shù)周期分別組成兩個(gè)60進(jìn)制（秒、分）和一個(gè)24進(jìn)制（時(shí)）的計(jì)數(shù)器。把它們適當(dāng)連接構(gòu)成秒、分、時(shí)的計(jì)數(shù)，(分計(jì)數(shù)器中分的個(gè)位和十位計(jì)數(shù)單元的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和秒計(jì)數(shù)器中的是一樣的，只是它要把進(jìn)位信號(hào)傳輸給時(shí)的個(gè)位計(jì)數(shù)單元。) 實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。1 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)由分頻器來的秒脈沖信號(hào)，首先送到“秒”計(jì)數(shù)器進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，秒計(jì)數(shù)器應(yīng)完成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加，并達(dá)到60秒時(shí)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，所以，選用兩片74LS90組成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，采用反饋歸零的方法來實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)。其中，“秒”十位是六進(jìn)制，“秒”個(gè)位是十進(jìn)制。秒的個(gè)位計(jì)數(shù)單元為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)QDQCQBQA變成1010時(shí)，通過與非門把它的清零端變成0，計(jì)數(shù)器的輸出被置零，跳過1011到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此重復(fù)。秒的十為計(jì)數(shù)單元為6進(jìn)制，當(dāng)QDQCQBQA變成0101時(shí)，通過與非門把它的清零端變成0，計(jì)數(shù)器的輸出被置零，跳過0110到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此就是60進(jìn)制。同時(shí)秒十位上的0101時(shí)，要把進(jìn)位信號(hào)傳輸給“分”個(gè)位的計(jì)數(shù)單元。 如圖所示 六十進(jìn)制電路圖2 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)當(dāng)“時(shí)”十位的QDQCBA為0000或0001時(shí)，“時(shí)”的個(gè)位計(jì)數(shù)單元是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)他的QDQCQBQA到1010時(shí)，通過與非門使得個(gè)位74LS90上的清零端為0，則計(jì)數(shù)器的輸出直接置零，從0000有開始。當(dāng)十位的QDQCQBQA為0010時(shí)，通過與非門使得該74LS90的清零端為0，“時(shí)”的十位有重新從0000開始，此時(shí)的個(gè)位計(jì)數(shù)單元變成4進(jìn)制，即當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的QDQCQBQA為0100時(shí)，就要又從0000開始計(jì)數(shù)。這樣就實(shí)現(xiàn)了“時(shí)”24進(jìn)制的計(jì)數(shù) 二十四進(jìn)制電路圖3 計(jì)數(shù)器的組間級(jí)聯(lián)秒計(jì)數(shù)器與分計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)：“秒”十位的QC接“分”個(gè)位的輸入A，74LS90是下降沿觸發(fā)的，當(dāng)“秒”十位的QC從1變成0時(shí)，“分”的個(gè)位觸發(fā)，進(jìn)行計(jì)數(shù)。分計(jì)數(shù)器與時(shí)計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)：“分”十位的QC接“時(shí)”個(gè)位的輸入A，74LS90是下降沿觸發(fā)的，當(dāng)“分”十位的QC從1變成0時(shí)，“時(shí)”的個(gè)位觸發(fā)，進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)加上校時(shí)電路時(shí)，因?yàn)橛袃蓚€(gè)輸入給同一個(gè)A，則這時(shí)需要用到或門。級(jí)聯(lián)電路圖如下。 計(jì)數(shù)器的組間級(jí)聯(lián)3）譯碼器和數(shù)碼顯示電路譯碼和數(shù)碼顯示電路是將數(shù)字鐘的計(jì)時(shí)狀態(tài)直觀清晰地反映出來?？杀蝗藗兊囊曈X器官所接受。顯示器件選用LED七段數(shù)碼管。在譯碼顯示電路輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，顯示出清晰直觀的數(shù)字符號(hào)。在實(shí)驗(yàn)中，可以直接連接數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱的數(shù)碼管部分。4）校時(shí)電路數(shù)字鐘電路由于秒信號(hào)的精確性和穩(wěn)定性不可能做到完全準(zhǔn)確無誤，又因?yàn)殡娐分衅渌脑驍?shù)字鐘總會(huì)產(chǎn)生走時(shí)誤差的現(xiàn)象。所以，電路中就應(yīng)該有校準(zhǔn)時(shí)間功能的電路。當(dāng)數(shù)字鐘走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間。校時(shí)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)”“分”“秒”的校準(zhǔn)。在電路中設(shè)有正常計(jì)時(shí)和校對(duì)位置。本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)“時(shí)”“分”的校對(duì)。對(duì)校時(shí)的要求是，在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。需要注意的時(shí)，校時(shí)電路是由與非門構(gòu)成的組合邏輯電路，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，為防止這一情況的發(fā)生我在原本接校時(shí)脈沖的端口接到了實(shí)驗(yàn)裝置的“單次脈沖”端口，這樣既時(shí)限內(nèi)了防抖動(dòng)，又可以利用手動(dòng)操作來完成校時(shí)。校時(shí)電路入校所示：5）報(bào)時(shí)電路當(dāng)數(shù)字鐘顯示整點(diǎn)時(shí)，應(yīng)能報(bào)時(shí)。要求當(dāng)數(shù)字鐘的“分”和“秒”計(jì)數(shù)器計(jì)到59分50秒時(shí)，要求每隔兩秒報(bào)一次時(shí)，正好實(shí)現(xiàn)報(bào)整點(diǎn)。通過蜂鳴器，觸發(fā)器，邏輯門組成的正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路來報(bào)時(shí)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路時(shí)根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到59分50秒時(shí)，分、秒計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為：QD4QC4QB4QA4=0101（分十位） QD3QC3QB3QA3=1001（分個(gè)位）QD2QC2QB2QA2=0101（秒十位） QD1QC1QB1QA1=0000（秒個(gè)位）前四聲計(jì)數(shù)器狀態(tài)發(fā)生在59分52秒，54秒，56秒，58秒之間。因此，只有秒個(gè)位的狀態(tài)發(fā)生變化，而其他計(jì)數(shù)器的狀態(tài)無需變化，所以可保持不變。而52秒、54秒、56秒、58秒時(shí)的秒計(jì)數(shù)器個(gè)位狀態(tài)分別為QD1QC1QB1QA1=0010（52秒） QD1QC1QB1QA1=0100（54秒）QD1QC1QB1QA1=0110（56秒） QD1QC1QB1QA1=1000（58秒）最后一聲的各計(jì)數(shù)器狀態(tài)分別如下：QD4QC4QB4QA4=0000（分十位） QD3QC3QB3QA3=0000（分個(gè)位）QD2QC2QB2QA2=0000（秒十位） QD1QC1QB1QA1=0000（秒個(gè)位）所以，實(shí)驗(yàn)中，通過與非門將分十位的QC,QA分個(gè)位的QD,QA，秒十位的QC,QA接入與非門，秒個(gè)位也按照上述計(jì)數(shù)狀態(tài)接入與非門，將與非門的全部輸出接到與門的輸入，將與門的輸出接到數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱的邏輯電平顯示，實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)的時(shí)候信號(hào)燈發(fā)亮。6）清零電路7） 完整的電路原理圖2、 組裝調(diào)試1） 使用的主要儀器1) 74LS90 6片2) 74LS20 1片3) 74LS00 3片4) 74LS08 2片5) 74LS04 1片2） 調(diào)試電路方法和技巧組裝電子鐘，注意，器件管腳的連接一定要準(zhǔn)確，“懸空端”、“清0端”、“置1端”要正確處理，先測(cè)試芯片，導(dǎo)線是否正常，然后分塊連接調(diào)試，最后整機(jī)調(diào)試，調(diào)試具體步驟和方法如下：（1）可以先將系統(tǒng)劃分為振蕩器、計(jì)數(shù)器、分頻器、譯碼顯示等部分，對(duì)它們分別進(jìn)行設(shè)計(jì)與調(diào)試，最后聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)。（2）各部件設(shè)計(jì)安裝完畢后，觀察輸出頻率是否正確。（3）將脈沖信號(hào)送入計(jì)數(shù)器，觀察是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。（4）將頻率為1Hz的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)分別送入“時(shí)“分”、“秒”計(jì)數(shù)器，檢查各級(jí)計(jì)數(shù)器的工作狀況。（5）連接顯示器的輸入端，檢查數(shù)碼顯示是否正確。各部件調(diào)試正常后，進(jìn)行組裝聯(lián)調(diào)，檢查校準(zhǔn)電路是否可以實(shí)現(xiàn)校時(shí)，最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)。（6）調(diào)試過程中若發(fā)現(xiàn)故障，仔細(xì)檢查并處理故障（7）調(diào)試正常后，觀察電子鐘是否正常地工作。3） 運(yùn)行結(jié)果與設(shè)計(jì)要求的比較由于仿真圖中電路連接與實(shí)際中在實(shí)驗(yàn)電路箱是存在差入，如將報(bào)時(shí)電路中的蜂鳴器改為了實(shí)驗(yàn)箱上的信號(hào)燈，校時(shí)電路也未能做到設(shè)計(jì)中的防止開關(guān)閉合時(shí)電路產(chǎn)生的抖動(dòng)，基本上運(yùn)行結(jié)果與設(shè)計(jì)要求相符合，完成了顯示23小時(shí)59分59秒，整點(diǎn)報(bào)時(shí)，手動(dòng)校時(shí)的功能。4） 調(diào)試中出現(xiàn)的故障原因及排除方法線路雖然簡(jiǎn)單，但連接得導(dǎo)線很多，導(dǎo)致接線接錯(cuò)位置出現(xiàn)問題。出現(xiàn)故障時(shí)，先用邏輯筆檢查器件和導(dǎo)線是否正常工作，然后對(duì)照實(shí)驗(yàn)電路圖，耐心的找出錯(cuò)誤，及時(shí)調(diào)節(jié)。如在實(shí)驗(yàn)過程中，連接小時(shí)計(jì)數(shù)器時(shí)，只連接了分時(shí)位的進(jìn)位，忘記了本位的至零，此時(shí)自己已經(jīng)比較迷糊，用邏輯筆也未查到錯(cuò)誤，在同組人xxx的幫助下，一起找到了問題，及時(shí)修改了過來。在做校時(shí)電路時(shí)，對(duì)分進(jìn)行校時(shí)時(shí)，錯(cuò)誤的接入兩個(gè)信號(hào)脈沖，發(fā)生了短路，（來自電路本身的，校時(shí)電路的）在老師的幫助下及時(shí)修改過來。3、 設(shè)計(jì)總結(jié) 課題核心價(jià)值：課程設(shè)計(jì)是學(xué)生即將完成本課程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它既是對(duì)本門所學(xué)知識(shí)的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用，又為今后走向社會(huì)的實(shí)際操作應(yīng)用鑄就了一個(gè)良好的開端。我們學(xué)習(xí)了數(shù)字電子電路和模擬電子電路，對(duì)電子技術(shù)有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計(jì)，我們才把學(xué)到的東西與實(shí)踐相結(jié)合。從中對(duì)我們學(xué)的知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解。 心得體會(huì)：在此次的數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)過程中，更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡(jiǎn)單的課程設(shè)計(jì)，但通過這次課程設(shè)計(jì)我們了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。設(shè)計(jì)本身并不是有很重要的意義，而是我們對(duì)待問題時(shí)的態(tài)度和處理事情的能力。各個(gè)芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時(shí)應(yīng)該注意那些要點(diǎn)。同一個(gè)電路可以用那些芯片實(shí)現(xiàn)，各個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能的區(qū)別。另外，我們?cè)O(shè)計(jì)要從市場(chǎng)需求出發(fā)，既要有強(qiáng)大的功能，又要在價(jià)格方面比同等檔次的便宜。同時(shí)對(duì)普通計(jì)數(shù)器如何構(gòu)成n進(jìn)制計(jì)數(shù)器有了更深的了解和掌握，對(duì)自我的實(shí)際操作能力也有了很高的提升。 此次的電子鐘的設(shè)計(jì)，雖然不算復(fù)雜，但也耗費(fèi)本人很多的精力。開始接觸題目，查找相關(guān)資料，請(qǐng)教老師和同學(xué)，到親手設(shè)計(jì)制作，連接電路，都花費(fèi)我許多的精力，也很感謝老師的耐心解答和指導(dǎo)，感謝同學(xué)的幫助。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，自己對(duì)數(shù)電理論和實(shí)際的應(yīng)用相結(jié)合又有了更深刻的理解，對(duì)知識(shí)的應(yīng)用有了更深的認(rèn)識(shí)，對(duì)自己獨(dú)立思考，解決問題的能力有一定的提升。整個(gè)過程耗費(fèi)不少時(shí)間和精力，但這些都是值得的。在這次設(shè)計(jì)過程中，我也對(duì)word、畫圖、EWB等軟件有了更進(jìn)一步的了解使我在以后的工作中更加得心應(yīng)手。 對(duì)本