多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)安裝調(diào)試課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課程名稱： 多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試 </p><p>　　學(xué) 院： 專 業(yè)： </p><p>　　姓 名： 學(xué) 號(hào)：

2、 </p><p>　　年 級(jí)： 任課教師： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要………………………………………………………………II&l

3、t;/p><p>　　1 前言……………………………………………………………1</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)背景………………………………………………………1</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容………………………………………………………1</p><p>　　2 設(shè)計(jì)方案………………………………………………………1</p>&l

4、t;p>　　2.1 方案及原理……………………………………………………1</p><p>　　2.2 方案特點(diǎn)………………………………………………………2</p><p>　　2.3 主要元件………………………………………………………2</p><p>　　3 功能實(shí)現(xiàn)………………………………………………………2</p><p>　　3

5、.1 振蕩電路………………………………………………………3</p><p>　　3.2 分頻電路………………………………………………………4</p><p>　　3.3 計(jì)數(shù)電路………………………………………………………5</p><p>　　3.4 譯碼與顯示電路………………………………………………7</p><p>　　3.5 校時(shí)電路…

6、……………………………………………………8</p><p>　　4 電路的安裝與調(diào)試……………………………………………8</p><p>　　5 總結(jié)……………………………………………………………9</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………9</p><p>　　致謝…………………………………………………………

7、……10</p><p>　　附錄一：電路原理圖……………………………………………11</p><p>　　附錄二：實(shí)際接線安裝圖………………………………………12</p><p>　　附錄三：芯片引腳與結(jié)構(gòu)圖……………………………………13</p><p>　　多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試 </p><p><

8、;b>　　摘要</b></p><p>　　數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，主要由主體電路與擴(kuò)展電路組成。數(shù)字鐘采用集成塊控制設(shè)計(jì)，使集成塊控制數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，當(dāng)秒計(jì)數(shù)計(jì)滿60時(shí)就向分進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按“12翻0”的規(guī)律計(jì)數(shù)。數(shù)字電子時(shí)鐘優(yōu)先編碼電路、譯碼電路可以將輸入的信號(hào)在顯示器上輸出，控制電路和調(diào)節(jié)開關(guān)能對(duì)LED顯示的時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)

9、和校正，以上兩部分組成主體電路。譯碼電路能將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)送入報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能等，構(gòu)成擴(kuò)展電路。數(shù)字鐘與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘，振蕩電路，計(jì)時(shí)，校正</p><p>　　The Abstract</p><p>　　The Digital cloc

10、k is a device for digital circuit technology, minutes, seconds, mainly by the main circuit and expansion circuit. Digital clock using the integrated control design, the integrated block control digital display hours, min

11、utes and seconds, when seconds count, over 60 had to carry, divided counter for 60 after the hour counter counter carry, according to the ‘12 to 0’ rule count. Digital electronic clock priority coding circuit, a decoding

12、 circuit can divide the input signal in the </p><p>　　Keywords: Digital clock, Oscillation circuit, Timing, Correction</p><p><b>　　1 前言</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)背景<

13、;/b></p><p>　　21世紀(jì)是一個(gè)經(jīng)濟(jì)與科技飛速發(fā)展的時(shí)代，隨著人類在一個(gè)又一個(gè)領(lǐng)域獲得更多成就，隨著一個(gè)又一個(gè)高新科技產(chǎn)品問世，隨著經(jīng)濟(jì)飛速地發(fā)展，時(shí)間觀念越來越深入到人們意識(shí)之中，時(shí)間也逐漸成為效率與經(jīng)濟(jì)的代名詞。因而，為盡可能的節(jié)省時(shí)間提高效率，各種精確的時(shí)間度量工具也相繼問世，數(shù)字鐘便是其中之一。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路對(duì)時(shí)、分、秒數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置，廣泛用于個(gè)人家庭、商場、學(xué)校、辦公室等場所

14、，為人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來了極大的方便，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠?。它擴(kuò)展了鐘表原有的報(bào)時(shí)功能，諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)開關(guān)電路，甚至各種定時(shí)自啟動(dòng)的裝置等，這些都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。鐘表的數(shù)字化給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大的擴(kuò)展了鐘表原來的報(bào)叫功能，因此研究數(shù)字鐘及打大其應(yīng)用，有著日?，F(xiàn)實(shí)的意義。</p><p><b>　　1.2 設(shè)

15、計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間；</p><p>　　小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為12進(jìn)1，分和秒的計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)制進(jìn)位；</p><p><b>　　時(shí)和分校正。</b></p><p>　　由于條件所限，本次設(shè)計(jì)只做分秒以及校秒。</p><p>

16、;<b>　　2 設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　2.1 方案及原理</b></p><p>　　系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。</p><p>　　振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)，經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。數(shù)字計(jì)時(shí)器有時(shí)分秒，時(shí)分秒各有高低兩位，其中時(shí)位為一個(gè)模24的計(jì)數(shù)器，分位和秒位為模60的計(jì)數(shù)器。秒位每秒加一

17、，分位每六十秒加一，時(shí)位每六十分加一，因而低位的進(jìn)位信號(hào)可以用來驅(qū)動(dòng)高位計(jì)數(shù)，這就是數(shù)字計(jì)時(shí)器的原理。至于清零、保持、校分、校時(shí)電路則只需要通過簡單的組合邏輯電路，用一個(gè)開關(guān)控制使能端或進(jìn)位信號(hào)或它們的相關(guān)組合即可。</p><p><b>　　2.2 方案特點(diǎn)</b></p><p>　　本方案主要采用模擬電路和數(shù)字電路來設(shè)計(jì)，使用了TTL芯片，原理簡單，技術(shù)要求較

18、低，誤差較小不易出錯(cuò)，所使用的元器件均為我們?nèi)粘W(xué)習(xí)中所接觸到的元件，故此方案可行。</p><p><b>　　2.3 主要元件</b></p><p>　　在本次的方案設(shè)計(jì)中主要使用到如下元件：</p><p><b>　　表2.1 主要元件</b></p><p><b>　　3 功

19、能實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　數(shù)字鐘的基本功能主要由5個(gè)部分組成，分別為振蕩電路、分頻電路、計(jì)數(shù)電路、譯碼與顯示電路以及校時(shí)電路。其基本結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。</p><p><b>　　3.1 振蕩電路</b></p><p>　　數(shù)字鐘使用自激振蕩電路，該電路在接通電源后無需外接觸發(fā)信號(hào)就能產(chǎn)生一定頻率和幅值的矩形脈沖波或方

20、波,給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的的脈沖。一般來說，振蕩器的頻率越高其計(jì)時(shí)精度也越高。常用的振蕩器有石英晶體振蕩器和555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用了555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，其電路主要由555定時(shí)器外加電阻和電容組成。工作電路和輸出波形圖如圖3.2所示。</p><p>　　接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓為低電平，小于（1/3）Vcc，

21、故高電平觸發(fā)端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出為高電平，放電管VT截止。這時(shí)，電源經(jīng)R1，R2對(duì)電容C充電，使電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到（2/3）Vcc時(shí)，輸出為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把從（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時(shí)間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時(shí)間TPH的長短與電容的充電時(shí)間有關(guān) 。充電時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　由于放電管VT導(dǎo)通，電容C通過電阻R2和放電管放電，電路進(jìn)人第二暫穩(wěn)

22、態(tài)，其維持時(shí)間TPL的長短與電容的放電時(shí)間有關(guān)，放電時(shí)間常數(shù)。隨著C的放電，下降，當(dāng)下降到（1/3）Vcc時(shí)，輸出。 為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對(duì)電容C充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)。 由此可見，電容充電時(shí)，輸出，電容放電時(shí)，0，電容不斷地充、放電，輸出端獲得矩形波，其周期為。多諧振蕩器無外部信號(hào)輸入?yún)s能輸出矩形波，其實(shí)質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔?。在本次設(shè)計(jì)中，輸出方波頻率為1KHz。</p>

23、<p><b>　　3.2 分頻電路</b></p><p>　　分頻電路可以將1000Hz 的高頻方波信號(hào)經(jīng)由計(jì)數(shù)器的分頻電路的分頻后得到1Hz 的方波信號(hào)，以供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。在本次設(shè)計(jì)中，選用了3片中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器74LS90完成分頻工作。555 定時(shí)器產(chǎn)生1KHz的信號(hào)，第一片Q3輸出100Hz ，第二片Q3輸出10Hz，第三片Q3輸出1Hz ，每片為1/10分頻，

24、3片級(jí)聯(lián)剛好可以獲得所需的1Hz頻率信號(hào)。分頻電路如圖3.3所示。</p><p><b>　　3.3 計(jì)數(shù)電路</b></p><p>　　時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p

25、>　?。ㄒ唬?0進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路（分、秒）</p><p>　　當(dāng)分（秒）計(jì)數(shù)部分的個(gè)位接受計(jì)數(shù)部分的信號(hào)（秒計(jì)數(shù)接受的信號(hào)振蕩器經(jīng)分頻后輸出1Hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖），個(gè)位計(jì)數(shù)滿10后向十位近一位，十位滿6以后向前一級(jí)進(jìn)一位，并該計(jì)數(shù)器清零。計(jì)數(shù)規(guī)律為00--59—00。</p><p>　　常見的十進(jìn)制BCD碼計(jì)數(shù)器有74LS90、74LS160、74LS162等，4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器有74L

26、S161、74LS163等，14級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器有CD4020、CD4060。本次設(shè)計(jì)以74LS90來設(shè)計(jì)。電路如圖3.4所示。由74LS90構(gòu)成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將一片74LS90設(shè)計(jì)成10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，另一片設(shè)計(jì)成6進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，兩片74LS90按反饋清零法串接而成。秒計(jì)數(shù)器的十位和個(gè)位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時(shí)還作為分計(jì)數(shù)器的輸入脈沖CP1。</p><p>　　（二）24進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路（時(shí)）<

27、;/p><p>　　24進(jìn)制計(jì)數(shù)器如圖3.5所示，該電路用反饋清零法構(gòu)成：個(gè)位“4”對(duì)應(yīng)“0100”，十位“2”對(duì)應(yīng)“0010”，所以將U1的Q3接U2的CKA進(jìn)行級(jí)聯(lián)，U1的Q2接U1、U2的R0(2)、R0(1)，U2的Q1接U1、U2的R0(1)、R0(2)。</p><p>　?。ㄈ?2進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路（時(shí)）</p><p>　　“12翻1”小時(shí)計(jì)數(shù)器是按照“0

28、1—02—03—04—05—06—07—08—09—10—11—12—01”規(guī)律計(jì)數(shù)的，如表3.1。</p><p>　　計(jì)數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生兩次跳躍：</p><p>　　計(jì)數(shù)器計(jì)到9，即個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為1001后，在下一計(jì)數(shù)脈沖的作用下計(jì)數(shù)器進(jìn)入暫態(tài)1010，利用暫態(tài)的兩個(gè)1即使個(gè)位異步置0，同時(shí)向十位計(jì)數(shù)器進(jìn)位使十位計(jì)數(shù)器為1；</p><p>　　計(jì)數(shù)到12

29、后，在第13個(gè)計(jì)數(shù)脈沖作用下個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)應(yīng)為0001，十位計(jì)數(shù)器的0。</p><p>　　3.4 譯碼與顯示電路</p><p>　　譯碼是編碼的相反過程，譯碼器是一個(gè)多輸入、多輸出的糾合邏輯電路。它的工作是把給定的代碼進(jìn)行“翻譯”，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號(hào)輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示，還用于數(shù)字分配，存儲(chǔ)器尋址和組合控

30、制信號(hào)等。</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中，計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用74HC4511作為顯示譯碼電路，選用74HC4511七段共陰極LED 數(shù)碼管作為顯電示單元路，如圖3.6所示為七段顯示譯碼器的分段布置圖和段組合圖。</p><p><b>　　3.5 校時(shí)電路&

31、lt;/b></p><p>　　校時(shí)電路的作用是：當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者出現(xiàn)誤差時(shí)，校正時(shí)間。校時(shí)</p><p>　　是數(shù)字鐘應(yīng)具有的基本功能。電路如圖3.7所示。</p><p>　　校時(shí)有“快校時(shí)”和“慢校時(shí)”兩種，“快校時(shí)”是通過開關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器對(duì)校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)?！奥r(shí)”是用手動(dòng)產(chǎn)生單脈沖作校時(shí)脈沖。當(dāng)S1或S2分別為“0”時(shí)可以進(jìn)行“快校時(shí)”。如果

32、校時(shí)脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供，則可以進(jìn)行“慢校時(shí)”。需要注意的是校時(shí)電路是由與非門構(gòu)成的組合邏輯電，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，接電容C1、C2可以緩解抖動(dòng)。必要時(shí)還應(yīng)將其改為去抖動(dòng)開關(guān)電路。</p><p>　　4 電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中使用的電路圖詳見附錄一，根據(jù)電路圖安裝接線并進(jìn)行調(diào)試，安裝接線實(shí)物圖詳見附錄二。</p>

33、<p>　　在調(diào)試的過程中出現(xiàn)了以下問題：</p><p><b>　?、贁?shù)碼管不亮</b></p><p>　　可能原因：數(shù)碼管損壞，電路接線錯(cuò)誤</p><p>　　解決方案：更換數(shù)碼管，檢查接線</p><p><b>　?、跀?shù)碼管顯示異常</b></p><p

34、>　　可能原因：數(shù)碼管或CD4511引腳接錯(cuò)</p><p>　　解決方案：檢查數(shù)碼管和CD4511引腳接線</p><p><b>　?、蹟?shù)碼管沒有計(jì)數(shù)</b></p><p>　　可能原因：555定時(shí)器沒有脈沖，74LS90芯片損壞</p><p>　　解決方案：檢查555定時(shí)器和其接線，更換芯片</p&

35、gt;<p>　?、軘?shù)碼管計(jì)數(shù)或進(jìn)位混亂</p><p>　　可能原因：74LS90芯片引腳接線錯(cuò)誤</p><p>　　解決方案：檢查74LS90芯片引腳接線并更正</p><p><b>　?、萦?jì)數(shù)過快或過慢</b></p><p>　　可能原因：555定時(shí)器或分頻器接線有誤</p>&l

36、t;p>　　解決方案：檢查555定時(shí)器或分頻器電路接線并更正</p><p><b>　　⑥無法進(jìn)行校時(shí)</b></p><p>　　可能原因：校時(shí)電路有誤</p><p>　　解決方案：檢查校時(shí)電路接線并更正</p><p><b>　　5 總結(jié)</b></p><p&g

37、t;　　本次設(shè)計(jì)基本上實(shí)現(xiàn)了數(shù)字鐘的各基本功能，在接通電源后，由振蕩器產(chǎn)生的1KHz脈沖，經(jīng)由分頻器分頻后將1Hz脈沖送入秒計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器將信號(hào)經(jīng)由CD4511譯碼電路譯碼后送入七段數(shù)碼管顯示，秒個(gè)位計(jì)數(shù)器滿十后進(jìn)位到秒十位，秒十位計(jì)數(shù)器滿六后進(jìn)位到分個(gè)位，實(shí)現(xiàn)了計(jì)時(shí)功能。同時(shí)，在計(jì)時(shí)過程中，隨時(shí)可以通過校時(shí)電路對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行校時(shí)，以滿足對(duì)時(shí)間的校正。整個(gè)電路完全實(shí)現(xiàn)了數(shù)字鐘的基本功能，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確直觀。</p><p&g

38、t;　　此外，在本次設(shè)計(jì)過程中尚有部分不足，例如由于條件限制，擴(kuò)展功能沒有能夠完成，這也是一個(gè)遺憾，也是今后需要努力的方向。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)--數(shù)字部分（第5版）[M]. 北京：高等教育出版社. 2006</p><p>　　[2]王愉節(jié). 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].

39、 貴陽：貴州科技出版社. 2010</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在本次的設(shè)計(jì)過程中，我通過實(shí)踐操作收獲了許多。通過這次對(duì)數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)和制作，我了解到了設(shè)計(jì)電路的一般步驟，進(jìn)一步熟悉了各種常用芯片的結(jié)構(gòu)、工作原理和具體的使用方法，通過實(shí)踐加深了對(duì)課堂上所學(xué)理論知識(shí)的理解，提高了實(shí)踐動(dòng)手能力。同時(shí)在制作過程中，我也深刻明白了一個(gè)道理，

40、無論做什么，細(xì)心與耐心是不可缺少的。在整個(gè)制作過程中，由于面包板面積有限，因此合理的布局是必須的，于是就要在制作過程中不斷地對(duì)布線進(jìn)行調(diào)整，這就需要我們有足夠的耐心去完成這件事。而每當(dāng)自己成功并十分美觀地接完一個(gè)模塊時(shí)，看著自己的作品，一種成就感與喜悅感便會(huì)油然而生。而在制作過程中，由于線路較為復(fù)雜，稍有不慎便會(huì)導(dǎo)致線路出錯(cuò)，這就要求我們必須細(xì)心謹(jǐn)慎地去完成接線。當(dāng)我終于完成接線興致勃勃地準(zhǔn)備調(diào)試時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管怎么都不亮。于是我便又一

41、根線路一根線路的仔細(xì)檢查，耗費(fèi)時(shí)間不說，最終花了很長時(shí)間檢查了一遍又一遍卻根本發(fā)現(xiàn)不出問題。最后仔細(xì)排查后才發(fā)現(xiàn)原來僅僅是在接線時(shí)隨意丟的一根小線頭卡在面包板上導(dǎo)致線路短路。這個(gè)教訓(xùn)使我深深感到細(xì)心與嚴(yán)謹(jǐn)是多么重要。</p><p>　　另外，在本次設(shè)計(jì)過程中要特別感謝xx老師的悉心指導(dǎo)，三位老師在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中的全方位指導(dǎo)是我能夠完成本次設(shè)計(jì)的根本保證。在三位老師的指導(dǎo)下，我學(xué)到了許多平時(shí)沒有學(xué)到的東西，加深了

42、我對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解。</p><p>　　同時(shí)，還要感謝學(xué)校給我們安排了這次課程設(shè)計(jì)，給我們這樣一個(gè)平臺(tái)去實(shí)際操作，去檢驗(yàn)在課堂上學(xué)習(xí)的各種專業(yè)理論知識(shí)，在實(shí)踐中加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。還要感謝在設(shè)計(jì)過程給予我?guī)椭囊恍┩瑢W(xué)，有些問題在老師不在的情況下，我們相互討論得到了解決。</p><p><b>　　附錄一：電路原理圖</b></p><p&g