数电数字钟课程设计报告.docx

嘉兴学院 数字电子电路课程设计说明书题目名称： 数字钟的设计与制作 姓 名： 项方康 班 级： 电信 121 学 号： 201233285128 日 期： 2014年12月13日 数字电子电路课程设计任务书 一设计分组：电子信息专业121、122班，制作每两人一组 。 二时间安排：1周，进度要求如下序号设计内容所用时间1布置任务及调研，电子系统的总体设计1天4制作与调试3天5撰写设计报告书，答辩1天合 计5天课程设计起止日期：2014年12月10 日12月14日三、课程设计任务（即要求）：课程设计题目：数字钟的设计与制作（一）设计指标：1显示时、分、秒。采用24小时制。2制作、调试出一个具有直流电源、简易信号源及用来计“时”“分”“秒”的数字钟系统。并按照直流电源、简易信号源、及“秒”、“分”进位和“时”循环进位是否正常给予不同记分。3.具有校时功能，可以对小时和分单独校时，对分校时的时候，停止分向小时进位。校时时钟源可以手动输入或借用电路中的时钟。（二）具体要求：1制作、调试数字钟实物 ；要求焊接、调试出一个具有直流电源、简易信号源及用来计“时”“分”“秒”的数字钟系统。2按设计任务书的要求的格式，撰写或打印课程设计报告书。3设计总结和答辩。（三）实验仪器、工具：1 共阳（共阴）七段数码管/计数器/译码驱动集成电路。2 导线/电阻/电容/石英晶体/变压器等。3示波器、万用表。四设计报告要求：格式要求：（见附录）内容要求：1. 画出设计的原理框图，并要求说明该框图的工作过程及每个模块的功能。 2. 画出各功能模块的电路图，加以原理说明（如10进制到6进制转换的原理，个位到十位的进位信号选择和变换等）。3.描述设计制作的数字钟及其运行结果。说明测试中出现的故障及其排除方法4.总结：设计过程中遇到的问题及解决办法；课程设计中的心得体会；对课程设计内容、方式、要求等各方面的建议。5.附录1：画出总布局接线图（集成块按实际布局位置画，关键的连接单独应画出，计数器到译码器的数据线、译码器到数码管的数据线可以简化画法，但集成块的引脚须按实际位置画，并注明名称。）（或附上实物照片）6. 附录2：元器件清单。五、课程设计参考资料1.彭介华主编：数字电子电路课程设计指导，高等教育出版社，2002年出版。2郑步生. Multisim2001电路设计及仿真入门与应用.电子工业出版社.20023高吉祥主编数字电子电路基础实验与课程设计北京：电子工业出版社，20024扬志亮. Protel99SE电路原理图设计技术 .西北工业大学出版社. 20025/6/ 2014年12月08日 数字钟的设计与制作一、 总体方案设计：图 1 整体系统框图 数字钟实际上是对基准脉冲进行计数的计数电路再加上相应的显示模块。系统整体框图如上所示，有六个共阴数码管和六个七段数码管显示译码芯片CD4511及相关应用电路构成数字钟的显示模块。脉冲计数模块采用六块74LS161及其应用电路构成。各进位端根据其逻辑关系用相应门电路构成。基准脉冲采用外接的形式接入。二、 单元电路设计：数码管选用的是八段共阴数码管（红光） 、七段解码显示驱动芯片CD4511、各段位之间串联上500欧姆的限流电阻。数码管dp脚接地，另外七段接在CD4511的相应引脚上。CD4511LT、BI脚拉高，LE脚拉低。使其只工作在译码显示的功能上。图 2 单路数码管显示电路计数器的Q0Q3脚与显示译码器CD4511的A0A3对位相接。CET、CPT、PE脚拉高，时钟脉冲及清零端按照其逻辑功能接到相应位置。需要注意的是秒钟分钟时钟的个位是逢十清零，秒钟分钟的十位是逢六清零，时钟十位是逢二清零。 图 3 计数器与译码器连接电路进位端及清零端的处理：从秒钟个位清零端开始，低位的清零端都通过一个非门电路连到高位的CP脉冲端，以实现清零的同时进位。基准时钟脉冲从秒钟个位CP脚输入。清零的话，是根据输出A0A3的各位输出和清零触发位的关系，再以相应的门电路来实现清零，拿逢十清零秒钟个位来说，A0A3的各位输出为0101是触发清零进位信号。其他位进位清零的触发信号的产生的类似，这里就不赘述了。值得注意的是，时钟个位的清零包括本位清零和时钟十位清零。供电及信号接入端的处理：供电统一采用5V电源供电，所有数字地也共在一起，供电端及信号输入端都通过排针引出，以便电源及时钟信号的接入。三、 元器件清单八段数码管 X 6500 欧电阻 X 42CD4511译码器 X 674LS161计数器 X 674LS00 X 274LS04 X 1飞线若干芯片IC座若干排针若干四、 总体电路：图 4 整体电路图电子钟的设计电路图如上图所示，需要说明的是图中原件数码管我们是实际用的是共阴极的，对应的显示译码器芯片为CD4511。引脚连接已在单元电路中说明。电路时钟采用外界的形式。逻辑进位清零部分电路如上图所示。五、 制作调试首先是参考电路图和相关芯片手册在洞洞板上进行焊接和布线。因为课程设计中的洞洞板的结构和普通洞洞板结构不同，所以布线不是很自由。实际焊接时主要采用飞线的方式进行焊接。恰好因为这种焊接方式，如果对飞线的长度严格要求的话，是非常费时费力的一件事。而且飞线焊接的重复度过高，特别容易让人感到疲劳。正因为如此，后期的调试存在着不少的工作量。经过八个小时的通宵奋战，得到如下图所示的成果。因为后期困意来袭，布线就更加随意了，不过，电路的供电电路用该洞洞板上的水平覆铜线来布线，稍微减少了一点工作量。在焊接完各个芯片引脚之间的连接电路之后，再把之前引出的所有VCC与GND共在一起，接在排针上以便供电信号的接入。把秒钟个位的161的CP脚引出焊在排针上，以便时钟信号的接入。图 5 数字钟正面 图 6 数字钟背面得到了初步的焊接成果之后，就进入了紧张的调试阶段。脉冲源的产生，调试时我选择的是用51单片机产生多个不同周期的脉冲信号，由定时器中断中对不同引脚的电平进行翻转实现。可是刚供上电就发现显示的不是00:00:00，时钟的个位显示的数值是2.秒钟的个位的C、D段显示不正常。断电检查电路后发现，秒钟显示数码管的C、D段虚焊，时钟个位数码管CD4511的A1脚对VCC短路。对电路进行修改之后，上电显示的是00:00:00。然后首先接入的是1Hz的时钟脉冲信号，确定其秒钟显示，进位清零正常，其次接入1KHz的时钟脉冲信号，确定分钟显示，进位清零正常。但是在时钟的进位清零上出现了问题。依旧是断电、检查电路。因为之前的显示电路部分的问题，此次检查电路时，我将那三个逻辑门电路集成IC卸下，直接依次给那6个161的CP脚输入1Hz的脉冲信号，来确定各位显示上是否存在问题。结果是各位皆显示正常，译码显示电路不存在问题。然后检查进位逻辑门上的问题。虽然飞线较短，但是检查电路时还是非常费劲的，经过很长时间的检查和排除，最后检查发现是在背面焊接时数引脚个数的时候数错了，倒是清零信号接到了CP脉冲上。最后，修改焊接后正常显示，进位，清零。至此调试阶段告一段落。下图是电子钟调试时的一张图片。图 7 数字钟调试六、 总结 本学期我们学习了数字电子电路，对数字电子技术有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西。通过这次数字钟的课程设计，我才把学到的东西与实践相结合。从中对我学的知识有了更进一步的理解。在课程设计的过程中有遇到了一些问题，比如电路在洞洞板上的布线及相关引脚的功能及其有效电平是什么等等。最后在查阅相关资料后也得以解决。通过此次数字钟设计，让我更进一步地熟悉了数字钟的各部分电路的原理和其具体的作用，也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。设计本身并不是有很重要的意义，而是对待问题时的态度和处理事情的能力。设计的过程，设计的思想和设计电路中的每一个环节，电路中各个部分的功能是如何实现的。各个电路能够完成什么样的功能，搭建各个电路时应该注意那些要点。在这次设计过程中，我也对焊接布线技巧有了更进一步的了解，这使我在以后的学习中更加得心应手。实验中，通过动手设计焊接，不仅可以把课堂中所学到的知识，直接加以运用，而且还可以把各个分离的知识点组合为一个整体。使自己在专业知识和动手能力上有了和大的提高。同时在遇到的各种各样的问题中，我也学到了，面对问题要不慌不忙，理清思路，寻找问题的根源，然后一步一步的解决问题。七、 参考文献1. 彭介华主编：数字电子电