数字电路课程设计报告(数字钟).doc

南湖学院数字电路课程设计课 题：数字电路课程设计姓 名： 指导老师： 系 别： 机电系班 级： 学 号： 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）74LS00374LS90574LS48474LS92274LS04174LS191174LS741数码显示器BS2024NE5551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21.2 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3.2 555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3.4 74LS90 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3.6 74LS92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BCD7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，ag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LT0时，译码器各段输出均为高电平，显示器各段亮，因此，LT0可用来检查74LS48和显示器的好坏。 /RBI 动态灭零输入使能端。在LT1的前提下，当/RBI0且输入A3A2AlA0000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BI0，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/BIRBO为输入使能)。 /RBO 动态灭零输出端。在不使用/BI功能时，BIRBO为输出使能(其功能是只有在译码器实现动态灭零时RBO0，其它时候RBO1)。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3.8 74LS48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