电工电子综合《课程设计》说明书-数字时钟设计.docx

学 号： 0120911360313课程设计题 目： 学院 (系)： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 自动化0903班 指导教师： 工作单位： 武汉理工大学 题 目: 数字时钟设计 初始条件：1 运用所学的模拟电路和数字电路等知识；2 用到的元件：实验板、电源、连接导线、74系列芯片、555芯片或微处理器等。要求完成的主要任务:1 设计一个有“时”，“分”，“秒”（23小时59分59秒）显示且具有校时功能的电子钟；2 扩展功能：整点报时即在某分某秒能输出某一音频信号；3 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。时间安排： 第1天 下达课程设计任务书，根据任务书查找资料；第24天 进行方案论证，软件模拟仿真并确定设计方案； 第5天 提交电路图，经审查后领取元器件；第68天 组装电路并调试，检查错误并提出问题；第911天 结果分析整理，撰写课程设计报告，验收调试结果；第1214天 补充完成课程设计报告和答辩。指导教师签名： 2011年 6月26日系主任（或责任教师）签名： 2011年 6月26日目录引言31、设计意义及要求31.1设计意义31.2设计要求32、方案设计32.1 设计思路32.2设计方案:32.3方案比较：33、电路设计:33.1 秒脉冲信号发生器33.2 秒、分、时计时器电路设计：33.2.1 60进制计数器33.2.2 24进制计数器33.3译码显示电路33.4校时电路33.5整点报时电路34、调试与检测34.1 调试中的故障及解决办法34.1.1显示电路跳变严重34.1.2报时器声音小34.1.3小时十位乱码34.1.4数字钟显示数字不完整34.2调试与运行结果：3结束语3参考文献：3附录:3附录1主要元器件引脚图及其功能表3附录2：元器件清单3武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书引言数字钟是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。目前，数字钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。数字钟适用于自动打铃、自动广播，也适用于节电、节水及自动控制多路电器设备。它是由数子钟电路、定时电路、放大执行电路、电源电路组成。为了简化电路结构，数字钟电路与定时电路之间的连接采用直接译码技术。具有电路结构简单、动作可靠、使用寿命长、更改设定时间容易、制造成本低等优点。本文的设计是一款基于74ls90单片机数字钟，通过7seg 8管脚显示器显示。本文通过对一个基于单片机的、能实现时钟控制、开关控制及闹铃功能数字钟的设计学习，从而学习理解单片机在各方面的应用。1、设计意义及要求1.1设计意义设计数字钟是为了让我们了解数字钟的原理，加深对我们所学知识的了解和认识、以及知识迁移的能力。而且通过数字钟的制作我们可以亲身实践在实际制作中中小规模集成电路的作用以及使用方法。由于数字钟包含组合逻辑电路和时序电路，通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理及使用方法，以及各种电路之间是怎样联系起来的。1.2设计要求时制式为24小时制；采用led数码管显示时、分、秒采用数字显示。显示时间从00:00:00到23:59:59；能够实现对分、时的校正；整点报时功能2、方案设计2.1 设计思路 数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示校时电路、整点报时电路等组成。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555构成的振荡器加分频器来实现。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用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，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计数器，可以实现一天24h的累计。译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过六位led显示器显示出来。整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然后去触发音频发生器实现报时。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。其数字电子钟系统框图如下:数 字 电 子 钟 系 统2.2设计方案:方案1（小组方案）方案2(个人方案)2.3方案比较：相同点：都是基于74ls90的数字钟设计方案，都拥有计时、校时、整点报时等功能。不同点：方案设计方向不同，方案1面向实物，因而在实际连接时更容易实现，而方案2则比较难以实现。校时电路设计思路不同，方案1校时电路利用74ls157选择器实现进位信号与连续脉冲信号的选择，选择进位信号时电路正常计时，选择脉冲信号时可进行校时。而方案2中校时电路利用单刀双掷开关切换输入高低电平自制脉冲，从而达到校时的目的。整点报时电路设计不同，小组方案的报时电路会在接近整点的59分51秒到59秒，每隔一秒报时一次。个人方案中报时电路只会在00分00秒报时。方案选择：显然方案1优于方案2，因而更适合来作为实物连接方案。3、电路设计:3.1 秒脉冲信号发生器秒脉冲信号发生器秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。由振荡器产生秒脉冲信号。振荡器: 通常用555定时器与rc构成的多谐振荡器，经过调整输出1hz脉冲。其电路图如图2-1:输出1hz脉冲图2-1 秒脉冲信号发生器3.2 秒、分、时计时器电路设计：秒、分计数器为60进制计数器，小时计数器为24进制计数器。实现这两种模数的计数器采用中规模集成计数器74ls90构成。3.2.1 60进制计数器由74ls90构成的60进制计数器，将一片74ls90设计成10进制加法计数器，另一片设置6进制加法计数器。两片74ls90按反馈清零法串接而成。秒计数器的十位和个位，输出脉冲除用作自身清零外，同时还作为分计数器的输入脉冲cp1。图2-2 电路即可作为秒计数器，也可作为分计数器。输入信号图2-2 60 进 制 计 数 器3.2.2 24进制计数器由74ls90构成的二十进制计数器，将一片74ls90设计成4进制加法计数器，另一片设置2进制加法计数器。即个位计数状态为qd qc qb qa = 0100十位计数状态为qd qc qb qa = 0010时，要求计数器归零。通过把个位qc、十位qb相与后的信号送到个位、十位计数器的清零端，使计数器清零，从而构成24进制计数器。电路图如图1-3: 输入信号图1-3 24 进 制 计 数 器3.3译码显示电路译码电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用与驱动led七段数码管的译码器常用的有74ls48。74ls48是bcd-7段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动led七段共阴极显示数码管。若将秒、分、时计数器的每位输出分别送到相应七段译吗管的输入端，便可以进行不同数字的显示。电路图如图1-4所示。而74ls49为oc门输出，这样输出时要加上拉电阻以保证输出为高电平。电路图如图2-5所示。图2-4 74ls48译码显示电路图2-5 74ls49译码显示电路3.4校时电路校时电路是数字钟不可缺少的部分，每当数字钟与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。sw1、sw2分别是时校正、分校正开关。不校正时，sw1、sw2开关是打向上方的。当校正时位时，需要把sw1开关打向下方，就能使时位每秒进一，根据需要确定拨动开关的时间，校正完毕后把sw1开关闭上。校正分位时和校正时位的方法一样。其电路图如图2-6:秒进位信号分进位信号时输出分输出1hz脉冲图2-6 校 正 电 路3.5整点报时电路仿广播电台整点报时电路设计,每当数字钟计时快到整点时发出响声,51秒开始，到59秒第5响结束。电路图如图2-7所示。图2-7 整点报时电路4、调试与检测4.1 调试中的故障及解决办法4.1.1显示电路跳变严重故障:刚开始接好校时电路时，只要轻轻碰一下面包板，数码管显示的数字就会发生跳变，这会使计时失去意义。解决方法：观察发现，面包板的接线都是插入式的，并没焊接，很容易接触不良，因此在受到震动或者触碰，就会使计数脉冲发生改变，因此跳变严重。于是把跟校时电路有关的导线固定下来，尤其是校时用的开关sw1、sw2.固定之后还是偶尔出现跳变。理论上可以用锁存器消除抖动。本次设计最后未采用。4.1.2报时器声音小故障：闹钟响时声音太小，二极管仅仅发出微弱的绿光。解决方法：通过上网查询三极管参数知9018集电极电流为0.05a，而类似的一种三极管9013的为0.5a，于是决定换用9013型。最终在整点报时时闹钟声音比较大，灯的亮度也比较高。4.1.3小时十位乱码故障：当接好小时个位以及分钟、秒的个位和十位后，小时的十位总是在“8”和“9”之间来回跳变。解决放方法：重新该部分的接线，还是不行，于是把小时十位的计数译码芯片74ls48和74ls90都拔下换掉个位原来的，发现计数正常，说明芯片是完好的。则肯定是接线问题。仔细检查每一根线，发现均正确。考虑是芯片管脚与面包板之间接触不良，于是用万用表检查每个管脚和对应的面包板的插孔是否接触良好，最终检查出来是小时十位的计数器74ls90的1和2号管脚并未接入面包板。然后用细导线插入二者的孔里面，从而保证接触良好。发现计数正常了。问题解决。4.1.4数字钟显示数字不完整故障：数字钟显示乱码，不按照进制计数。甚至数码管仅仅显示一部分。解决方法：通过观察数码管亮度不够，用万用表测总电源电压。仅3.1v，远远低于芯片工作电压5v.换用新电池后，数码管7段二极管均发光。而且，cp信号也正常触发秒个位计数器。整个电路正常工作。4.2调试与运行结果： 经调试，数字钟计时电路能正常运行，校时电路尚存在一定的抖动，整点报时电路工作正常接近整点时开始报时。结束语 设计中，我们通过个人方案的设计初步了解了数字钟设计的各种要求，过小组讨论最终拟定了便于实物连接的小组方案。通过；个人方案与小组方案的对比我了解到了仿真模拟与面向实物的设计有很大的区别，仿真模拟中有很多实物无法实现的功能器件如信号发生器，仿真设计中只需一个系统提供的信号源，而实际中很可能没有一个现成的信号源这就需要利用555来自行设计，而面向实物的设计则把这些问题一一考虑了进去。本次课程设计最大的难点则是实物连接，连接时我们不仅仅需要耐心的连接好每一根线，有时候我们还需要根据连接后的效果对设计方案进行一些具有针对性的修改，比如说连接完成后计时器校时电路有明显的抖动，这时为了完善数字钟，增添一个防抖电路就是必须的了。实物连接的过程让我体会到了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。参考文献：1 唐华光，电子技术基础，高等教育出版社，20022 张庆双，电子元器件的选用与检测，机械工业出版社，20033 赵保经，中国集成电路大全，国防工业出版社，19854 高吉祥，电子技术基础试验与课程设计，电子工业出版社，20025 吕思忠，数字电路实验与课程设计，哈尔滨工业大学出版社，20016 谢自美，电子线路设计、试验、测试，华中理工大学出版社，20037 赵志杰，集成电路应用识图方法，机械工业出版社，20038 童本敏，ttl集成电路，电子工业出版社，19859于海生，微型计算机控制技术，清华大学出版社，1999.610黄正谨等编，综合电子设计与实践，东南大学出版社，2002.3附录:附录1主要元器件引脚图及其功能表（1）74ls90引脚图及功能表：（2）74ls157引脚图及其功能表：附录2：元器件清单型号功能备注74ls04六反向器一片74ls08四个2输入与门一片74ls49译码器四片74ls48译码器二片74ls157八选四数据选择器二片74ls90二-五-十进制计数器六片555定时器产生时间延迟和多种脉冲信号一片晶体管npn型 一个电阻15k二个 22一个 1k二十八个led显示器六块电键二个电容100uf一个 14uf一个18本科生课程设计成绩评定表姓 名刘峻臣性 别男专业、班级自动化0903课程设计题目：数字钟课程设计答辩或质疑记录：问题一：怎么辨别数码管显示器是好是坏？答：如果将其各管脚都接高电平时