課程設(shè)計(jì)---多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)及制作

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　題 目: 多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)及制作 </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，顯示時(shí)分秒</p>

2、<p>　　小時(shí)12翻1，分秒60進(jìn)1</p><p>　　選做: 設(shè)計(jì)可校正時(shí)間的電路</p><p>　　要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書撰寫等具體要求）</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b></p><p><b>　　方案比較及認(rèn)證</b

3、></p><p><b>　　系統(tǒng)框圖，原理說(shuō)明</b></p><p>　　硬件原理，完整電路圖，采用器件的功能說(shuō)明</p><p><b>　　調(diào)試記錄及結(jié)果分析</b></p><p>　　對(duì)成果的評(píng)價(jià)及改進(jìn)方法</p><p><b>　　總結(jié)（收獲

4、及體會(huì)）</b></p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　附錄：器件表，芯片資料</p><p><b>　　時(shí)間安排：</b></p><p>　　6月27日~6月30日：明確課題，收集資料，方案確定，仿真</p><p>　　7月1日

5、~7月4日：硬件電路制作與調(diào)試</p><p>　　7月5日~7月8日；報(bào)告撰寫，交設(shè)計(jì)報(bào)告，答辯</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月</p><p><b>　　目錄</b&g

6、t;</p><p>　　摘要································&

7、#183;····································

8、;··1</p><p>　　多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)及制作····························

9、83;······················2</p><p>　　1數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求········&

10、#183;····································

11、;···2</p><p>　　1.1數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)內(nèi)容···························

12、3;······················2</p><p>　　1.2數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)要求········

13、83;····································&

14、#183;····2</p><p>　　2電路設(shè)計(jì)方案及其論證··························

15、························2</p><p>　　2.1數(shù)字鐘系統(tǒng)總電路圖······

16、3;····································&#

17、183;····2</p><p>　　2.2數(shù)字鐘的原理框圖··························&

18、#183;·······················2</p><p>　　2.3數(shù)字鐘的基本原理·······

19、····································

20、3;······2</p><p>　　3單元電路·························

21、83;····································&

22、#183;4</p><p>　　3.1計(jì)時(shí)電路······························

23、3;····························4</p><p>　　3.2脈沖信號(hào)源——多諧振蕩電路·

24、3;····································&#

25、183;··6</p><p>　　3.3顯示電路·····························

26、;·····························7</p><p>　　3.4校時(shí)電路··&#

27、183;····································

28、···················8</p><p>　　4硬件電路的設(shè)計(jì)及其制作與調(diào)試···········&

29、#183;······························9</p><p>　　4.1仿真使用的系統(tǒng)&

30、#183;····································

31、;···············9</p><p>　　4.2制作與調(diào)試的方法和技巧···············&

32、#183;····························10</p><p>　　4.3測(cè)試的數(shù)據(jù)和理論計(jì)算的比較分析

33、3;···································10</p

34、><p>　　4.4制作與調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法····························10</p>

35、<p>　　5本設(shè)計(jì)的方案優(yōu)勢(shì)及與被排除的方案的對(duì)比·······························&#

36、183;11</p><p>　　6系統(tǒng)需要的各類軟件和硬件·····························

37、3;················12</p><p>　　結(jié)束語(yǔ)···············

38、3;····································&#

39、183;···············13</p><p>　　參考文獻(xiàn)················&

40、#183;····································

41、;·············14</p><p>　　附錄···················

42、····································

43、3;··············15</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)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,車站, 碼頭辦公室等公共場(chǎng)所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮?/p>

44、的必需品,由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式鐘表,鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。</p><p>　　經(jīng)過(guò)了數(shù)字電子技術(shù)這門課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，特別經(jīng)過(guò)了關(guān)于組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路部分的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)具備了設(shè)計(jì)小規(guī)模集成電路的能力，借由本次設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，通過(guò)設(shè)計(jì)相關(guān)的組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電

45、路以及運(yùn)用合適的集成芯片使其能實(shí)現(xiàn)所要求的功能，將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中來(lái)。 </p><p>　　摘要：數(shù)字鐘、集成電路、數(shù)字電子技術(shù)、集成芯片</p><p>　　多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)及制作</p><p>　　1數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求</p><p>　　1.1數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　數(shù)字鐘是一種用數(shù)

46、字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置。數(shù)字鐘的從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包含了組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。通過(guò)設(shè)計(jì)相關(guān)的組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路使其能實(shí)現(xiàn)時(shí)分秒計(jì)時(shí)的功能。</p><p>　　1.2數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　（1）準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，顯示時(shí)分秒。</p><p>　?。?）小時(shí)24翻1，分秒60進(jìn)1。</p><p&

47、gt;　?。?）具有校時(shí)功能，可以對(duì)時(shí)和分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到準(zhǔn)確時(shí)間。</p><p>　　2電路設(shè)計(jì)方案及其論證</p><p>　　2.1數(shù)字鐘的系統(tǒng)總電路圖</p><p>　　數(shù)字鐘的系統(tǒng)總電路圖如下圖圖1所示。</p><p>　　2.2數(shù)字鐘的原理框圖</p><p>　　數(shù)字電子鐘由時(shí)鐘脈沖源、“時(shí)

48、、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼電路、數(shù)碼顯示管、校時(shí)電路組成。具體連接方式如下圖圖2</p><p>　　圖2數(shù)字鐘的原理框圖</p><p>　　2.3數(shù)字鐘的基本原理</p><p>　　數(shù)字電子鐘由時(shí)鐘脈沖源、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼電路、數(shù)碼顯示管、校時(shí)電路組成。各部分功能如下：</p><p>　　時(shí)鐘脈沖源：多諧振蕩電路，產(chǎn)生1HZ的脈

49、沖，作為數(shù)字鐘的標(biāo)準(zhǔn)秒計(jì)數(shù)基準(zhǔn)——1秒鐘計(jì)數(shù)一次。</p><p>　　“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器：將標(biāo)準(zhǔn)秒計(jì)數(shù)脈沖送入秒計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器由芯片74LS290N構(gòu)成60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，累計(jì)60 發(fā)送一個(gè)分計(jì)數(shù)脈沖，分計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)入分計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器由芯片74LS290N構(gòu)成60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，累計(jì)60 發(fā)送一個(gè)時(shí)計(jì)數(shù)脈沖，時(shí)計(jì)數(shù)脈沖送入時(shí)計(jì)時(shí)器，該計(jì)數(shù)器由芯片74LS290N構(gòu)成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，累計(jì)24變回0，重新計(jì)數(shù)。&l

50、t;/p><p>　　譯碼電路、數(shù)碼顯示管：計(jì)數(shù)器芯片74LS290N的輸出端連接顯示電路，以顯示時(shí)間。顯示電路由六個(gè)譯碼器及六個(gè)數(shù)碼顯示管組成，譯碼器為芯片74LS48，數(shù)碼顯示管能顯示0～9十個(gè)數(shù)字，六個(gè)數(shù)碼顯示管依次顯示時(shí)、分、秒。</p><p>　　校時(shí)電路：時(shí)校時(shí)電路和分校時(shí)電路分別由兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)組成，其中一個(gè)單刀雙擲開關(guān)一端接脈沖信號(hào)，一端接單次脈沖，單次脈沖由一個(gè)單刀雙擲開

51、關(guān)和高低電平組成。</p><p><b>　　3單元電路</b></p><p><b>　　3.1計(jì)時(shí)電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中的計(jì)時(shí)電路采用計(jì)數(shù)芯片74LS290，其引腳圖和功能表見附錄。74LS290是異步二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74LS290由兩部分構(gòu)成：第一部分是一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如圖3所示， 和

52、 是它的計(jì)數(shù)輸入端和輸出端；第二部分是一個(gè)異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如圖4所示， 是它的輸入端， 、 、 是輸出端。</p><p>　　圖3 二進(jìn)制 圖4 五進(jìn)制</p><p>　　如果將 和 相連，計(jì)數(shù)器脈沖從 輸入，即成為8421碼異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出碼序是 ；如果將 和 相連，計(jì)數(shù)器脈沖從 輸入，即成為5421碼異步十進(jìn)

53、制計(jì)數(shù)器，其輸出碼序是 。分別見圖5圖6。</p><p>　　圖5 8421碼十進(jìn)制 圖6 5421碼十進(jìn)制</p><p>　　從74LS290的功能可知，當(dāng) 、 全為1， 、 中至少有一個(gè)為0時(shí)，電路輸出被置為0000。當(dāng) 、 全為1， 、 為任何狀態(tài)，電路輸出被置為1001。當(dāng) 、 和 、 中至少有一個(gè)為0時(shí)，電路為計(jì)數(shù)狀態(tài)。<

54、;/p><p>　　依上功能，在本設(shè)計(jì)中利用將 和 相連，計(jì)數(shù)器脈沖從 輸入，構(gòu)成8421碼異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出碼序是 。然后在8421碼異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器基礎(chǔ)上利用置零端 、 同時(shí)為1時(shí)置零，將 、 分別接 ，只有當(dāng) 同時(shí)為1時(shí)，計(jì)數(shù)器被置零，從而形成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。最后級(jí)聯(lián)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p><b>　　級(jí)聯(lián)原理如下：</b></p>&

55、lt;p>　　利用計(jì)數(shù)器芯片級(jí)聯(lián)（相當(dāng)于串行進(jìn)位）法實(shí)現(xiàn)N進(jìn)制計(jì)數(shù)器，首先用反饋清零法分別實(shí)現(xiàn)M1和M2進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，然后讓低位芯片的進(jìn)位信號(hào)送入高位芯片的脈沖信號(hào)CP,級(jí)聯(lián)形成N=M1×M2進(jìn)制計(jì)數(shù)器。原理如下圖7所示。</p><p>　　圖7 級(jí)聯(lián)原理圖</p><p>　　同六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在8421碼異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器基礎(chǔ)上利用置零端 、 同時(shí)為1時(shí)置零，構(gòu)成二

56、十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。下面從分別數(shù)字鐘的三個(gè)計(jì)時(shí)電路講述原理：</p><p><b>　?、倜胗?jì)時(shí)電路</b></p><p>　　秒計(jì)時(shí)電路為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，先由兩片74LS290分別構(gòu)成六進(jìn)制和十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，然后將六進(jìn)制和十進(jìn)制進(jìn)行級(jí)聯(lián)得到六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。原理圖如下: </p><p>　　圖8 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理圖</p>

57、<p>　　功能原理：依據(jù)上面的解釋可知，芯片（2）的 和 相連，構(gòu)成8421碼異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器， 、 和 、 中全部接地，即全為 0，該計(jì)數(shù)器一直處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。 接標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，每一秒計(jì)數(shù)一次。將芯片（2）的輸出 接芯片（1）的計(jì)數(shù)脈沖 ，當(dāng)芯片（2）計(jì)數(shù)為0000~0111之間時(shí)， 一直是0，當(dāng)計(jì)數(shù)到1000時(shí)， 為1，直到芯片（2）計(jì)數(shù)到1001，然后回到0000重新計(jì)數(shù)時(shí)， 從1跳0，產(chǎn)生下降沿，由于74LS290是

58、下降沿觸發(fā)，此時(shí)芯片（1）加計(jì)數(shù)1。即芯片（1）計(jì)數(shù)10，芯片（2）計(jì)數(shù)1。由于芯片（2）將 接輸出端 ， 接輸出端 ，則在計(jì)數(shù)從0000計(jì)數(shù)到0110時(shí)， 、 全為1，此時(shí)置零，則整個(gè)秒計(jì)數(shù)器全部清零，重新計(jì)數(shù)。即為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p><b>　?、诜钟?jì)時(shí)電路</b></p><p>　　分計(jì)時(shí)電路為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，電路及原理同秒計(jì)時(shí)電路，這里不再贅述

59、。</p><p>　　分計(jì)數(shù)器的芯片（2）的計(jì)數(shù)脈沖 接分計(jì)數(shù)器的芯片（2）的輸出端 ，當(dāng)輸出端 由1變0時(shí)（即分計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)六十，一個(gè)周期），芯片（4）產(chǎn)生一個(gè)下降沿，計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)1 。同樣的加到六十時(shí)置零，重新計(jì)數(shù)。</p><p><b>　?、蹠r(shí)計(jì)時(shí)電路</b></p><p>　　時(shí)計(jì)時(shí)電路為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，先由兩片74LS290構(gòu)

60、成十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)到24時(shí)兩片74LS290同時(shí)置零，實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制。原理圖如下：</p><p>　　圖9 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理圖</p><p>　　功能原理：芯片（3）和（4）的輸出端 和 相連，都構(gòu)成8421碼異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。然后將芯片（3）和（4）的 、 都分別接芯片（3）的輸出端 和（4）輸出端 ，即只有當(dāng)兩個(gè)輸出端同時(shí)為1 才置零。因?yàn)閮尚酒?、 全部接地，為

61、0，只要 、 同時(shí)為1即置零。芯片（4）的計(jì)數(shù)脈沖 接分計(jì)數(shù)器的芯片（2）的輸出端 ,當(dāng)輸出端 由1變0時(shí)（即分計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)六十，一個(gè)周期），芯片（4）產(chǎn)生一個(gè)下降沿，計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)1 。芯片（3）接芯片（4）的輸出 ，當(dāng)芯片（4）計(jì)數(shù)為0000~0111之間時(shí)， 一直是0，當(dāng)計(jì)數(shù)到1000時(shí)， 為1，直到芯片（4）計(jì)數(shù)到1001，然后回到0000重新計(jì)數(shù)時(shí)， 從1跳0，產(chǎn)生下降沿，由于74LS290是下降沿觸發(fā)，此時(shí)芯片（3）加計(jì)數(shù)1。當(dāng)

62、計(jì)數(shù)到芯片（3）的輸出端 和（4）輸出端 </p><p>　　都為1，即計(jì)數(shù)到24此時(shí)兩芯片同時(shí)置零，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制</p><p>　　3.2脈沖信號(hào)源——多諧振蕩電路</p><p>　　555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。由555定時(shí)器和外接元件 、 、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。如圖10所示。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)

63、態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過(guò) 、 向C充電，以及C通過(guò) 向放電端 放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在 和 之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對(duì)應(yīng)的波形如</p><p>　　圖10 555構(gòu)成的多諧振蕩器 圖11多諧振蕩器的工作波形</p><p><b>　　圖11所示。</b></p><p

64、>　　輸出信號(hào)的時(shí)間參數(shù)是： </p><p>　　T= =0.7（ + ）C =0.7 C其中， 為VC由 上升到 所需的時(shí)間， 為電容C放電所需的時(shí)間。 其振震蕩的頻率為 </p><p>　　由于要利用555定時(shí)器產(chǎn)生頻率為1HZ的時(shí)鐘脈沖，所以通過(guò)設(shè)置相關(guān)的R和C得到預(yù)想的時(shí)鐘信號(hào)。本設(shè)計(jì)中采用 =5 , =4.3 , C=100uF,

65、可以使得f=1HZ。</p><p><b>　　3.3顯示電路</b></p><p>　　顯示電路由六個(gè)譯碼器和六個(gè)七段數(shù)碼顯示管組成，從原理框圖可知，一個(gè)74LS290芯片的輸出端接一個(gè)譯碼管的輸入端，譯碼管的輸出端接七段數(shù)碼顯示管的輸入，即將74LS290的二進(jìn)制輸出轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為數(shù)字0~9顯示。</p><p>　　譯碼管是

66、一種將二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制的器件，本設(shè)計(jì)采用4線-7端74LS48，它是BCD 碼七段譯碼管兼驅(qū)動(dòng)器，其引腳圖及功能表見附錄。</p><p>　　74LS48的引出端符號(hào)為： </p><p><b>　　譯碼地址輸入端；</b></p><p>　　/ 消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效） ；</p><p&

67、gt;　　燈測(cè)試輸入端（低電平有效）； </p><p>　　脈沖消隱輸入端（低電平有效）； </p><p><b>　　- 段為輸出端。</b></p><p>　　當(dāng) 為低電平時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何， - 均為低電平，數(shù)碼管七段全暗。譯碼時(shí) 。燈測(cè)試輸入 低電平有效，當(dāng) =0， / =1時(shí)，無(wú)論輸出為何種狀態(tài)，所有輸出為1，數(shù)碼管七

68、段全亮，顯示數(shù)字8。譯碼時(shí) =1。</p><p>　　脈沖消隱輸入端 =1時(shí)，對(duì)譯碼無(wú)影響。當(dāng) 時(shí)，若 ，輸入數(shù)碼是十進(jìn)制零時(shí)，七段全暗，不顯示，輸入數(shù)碼不為零時(shí)，則照常顯示。脈沖消隱輸出 與消隱輸入 共用一個(gè)管腳4，當(dāng)它作為輸出時(shí)，與 配合，共同使冗余零消隱。</p><p>　　數(shù)碼管由7個(gè)發(fā)光二極管組成，此外，還有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管（在圖中以dp表示），用于顯示小數(shù)點(diǎn)。通過(guò)七段發(fā)

69、光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號(hào)。數(shù)碼管中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法：</p><p>　　共陽(yáng)極接法就是把發(fā)光二極管的陽(yáng)極都一起接到高電平上，輸入低電平有效。</p><p>　　共陰極接法則相反，它是把發(fā)光二極管的陰極都一起接地，輸入高電平有效。</p><p>　　設(shè)計(jì)中將74LS48和數(shù)碼管配套使用，將74LS48的輸出 - 與數(shù)

70、碼管的輸入端a-g相連，即將計(jì)數(shù)器的二進(jìn)制碼通過(guò)譯碼器譯為十進(jìn)制，再通過(guò)數(shù)碼管顯示為十進(jìn)制數(shù)字。</p><p>　　圖12 七段數(shù)碼顯示管</p><p><b>　　3.4校時(shí)電路</b></p><p>　　多功能數(shù)字鐘作為一種計(jì)時(shí)裝置，為了更精確的顯示時(shí)間，安裝校時(shí)電路是很有必要的。本設(shè)計(jì)中安裝了時(shí)校時(shí)電路和分校時(shí)電路，兩個(gè)校時(shí)電路單獨(dú)

71、操做。時(shí)校時(shí)電路的簡(jiǎn)單原理圖如下圖13所示。</p><p>　　圖13 時(shí)校時(shí)電路原理圖</p><p>　　功能原理：該時(shí)校時(shí)電路由兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)組成，開關(guān) 接時(shí)計(jì)數(shù)器的地位芯片計(jì)數(shù)脈沖 ，雙擲的上端接分計(jì)數(shù)器高位發(fā)出的進(jìn)位信號(hào)，下端接開關(guān) ，開關(guān) 的上端接電源 ，下端接地。即開關(guān) 構(gòu)成一個(gè)單次脈沖源，開關(guān)來(lái)回?fù)芤淮?，形成一個(gè)下降沿，可以加計(jì)數(shù)一次，從而可以手動(dòng)的調(diào)整時(shí)計(jì)數(shù)器的數(shù)

72、字。當(dāng)開關(guān) 撥向上面時(shí)，處于正常計(jì)數(shù)狀態(tài)，當(dāng)開關(guān) 撥向下面時(shí)，便于開關(guān) 接通，可以通過(guò)開關(guān) 來(lái)產(chǎn)生單次脈沖，從而精確校時(shí)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中分校時(shí)電路與是校時(shí)電路完全相似，這里不再贅述。</p><p>　　4硬件電路的設(shè)計(jì)及其制作與調(diào)試</p><p>　　4.1仿真使用的系統(tǒng)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)使用的仿真軟件為Mul

73、tisim11,由于它的仿真元件庫(kù)很豐富，數(shù)字電路的集成芯片和各種電路元件都能滿足需要。另外操作起來(lái)很簡(jiǎn)單，所以非常適用，這也是我選擇Multisim11的重要原因之一。</p><p>　　在設(shè)計(jì)數(shù)字鐘的實(shí)驗(yàn)電路之后，就針對(duì)所涉及的元件進(jìn)行導(dǎo)入，連線，仿真，在此過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題如下：</p><p>　　由于該仿真元件庫(kù)里的集成芯片與我們平時(shí)數(shù)電實(shí)驗(yàn)中所用到的芯片所標(biāo)注的管腳不一樣，所以

74、在搭建電路的過(guò)程中出現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，例如芯片74LS290N的管腳標(biāo)號(hào)就比較特殊，其輸出端為 ，如圖14所示，而不是 ，而且更重要的是 是從低位到高位，而平時(shí)接觸到的 是從高位到低位輸出，我開始搭建電路時(shí)就沒(méi)注意，于是仿真結(jié)果出現(xiàn)了亂碼。經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查后，便發(fā)現(xiàn)是輸出短接錯(cuò)的結(jié)果。同樣的，該仿真元件庫(kù)里的集成芯片74LS290N的清零端INA和INB也相應(yīng)的對(duì)應(yīng)數(shù)電實(shí)驗(yàn)管腳圖中的 、 ，此處也需格外注意，容易出錯(cuò)。 </p>

75、<p>　　圖14 仿真軟件中74LS290的管腳圖</p><p>　　由于仿真元件庫(kù)里的元件十分豐富，資源也非常多，這給我們到來(lái)很多便利，但是同時(shí)也給加大我們的工作量，如，當(dāng)我在搭建校時(shí)電路時(shí)一直沒(méi)找到單次脈沖源，翻遍了所有的元件庫(kù)及窗口右邊的工具條，都沒(méi)有找到合適的單次脈沖源，詢問(wèn)了同學(xué)，上網(wǎng)搜尋資料也無(wú)結(jié)果，最后只有尋求老師的幫助，才知道沒(méi)有現(xiàn)成的單次脈沖源可用，只能利用自己已學(xué)的知識(shí)及單次脈沖

76、源的性質(zhì)特點(diǎn)自己設(shè)計(jì)，于是我用到了一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，分別接高低電平構(gòu)建單次脈沖源。</p><p>　　還有，由于仿真軟件跟實(shí)際實(shí)驗(yàn)還是存在一定的差異，所以仿真中，當(dāng)將</p><p>　　1HZ的時(shí)鐘脈沖送入秒計(jì)時(shí)器中，數(shù)碼管中的數(shù)字并不是一秒鐘變化一次，而是不動(dòng)，好像是電路出現(xiàn)故障，所以我將時(shí)鐘脈沖的頻率加大，此時(shí)便可以看到數(shù)碼管的秒計(jì)數(shù)器在不停地計(jì)時(shí)，當(dāng)秒從00加到59之后，又重新變

77、回00。而分計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)分計(jì)數(shù)器從00加到59之后，又重新變回00。而時(shí)計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器從00變到23后，數(shù)字鐘全部清零，又重新開始計(jì)數(shù)。</p><p>　　仿真的時(shí)候由于仿真庫(kù)里有1HZ的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，于是忽略了制作時(shí)鐘信號(hào)源，經(jīng)過(guò)老師提醒，數(shù)字鐘不可能還跟電源打包買吧。于是考慮用555定時(shí)器制作秒脈沖信號(hào)。正是由于仿真軟件的便捷，各種元件齊全，導(dǎo)致我們?cè)诳紤]硬件實(shí)現(xiàn)的時(shí)候忽略了一些實(shí)際中沒(méi)有的元件，

78、給硬件實(shí)現(xiàn)留下漏洞。</p><p>　　4.2制作與調(diào)試的方法和技巧</p><p>　　在硬件操作中，主要是布線和布置元器件的技巧。在仿真軟件中這些東西調(diào)整起來(lái)比較容易，而且由于軟件是虛擬的，所以不用考慮空間限制及經(jīng)濟(jì)性，而在實(shí)際操作中必須得在有限的面包板上搭建好完整的電路，并且還要考慮易于操作和美觀性。因此布線和布置元器件是關(guān)鍵。在硬件搭建過(guò)程中還要靠組員之間的配合協(xié)作。</p

79、><p>　　技巧：對(duì)譯碼驅(qū)動(dòng)電路和計(jì)數(shù)電路同時(shí)布線。先只進(jìn)行它的一個(gè)顯示管和一塊74LS48和一塊74LS290秒的個(gè)位安裝，當(dāng)驗(yàn)證產(chǎn)生的計(jì)數(shù)沒(méi)有問(wèn)題時(shí),即數(shù)碼管顯示正常，才進(jìn)一步對(duì)它進(jìn)行擴(kuò)展，安裝秒的十位，分的個(gè)位和十位，以及時(shí)的個(gè)位和十位，并進(jìn)行檢驗(yàn)。這么做主要是為了檢查方便。其次安裝的是555定時(shí)器振蕩電路。按照理論設(shè)計(jì)和已經(jīng)在Multisim11軟件中驗(yàn)證過(guò)的電路進(jìn)行安裝，當(dāng)然實(shí)際安裝中有不可預(yù)見的問(wèn)題可能

80、發(fā)生，我就觀察數(shù)碼管的秒計(jì)數(shù)器，是否是1秒鐘計(jì)數(shù)一次，果然像設(shè)計(jì)和預(yù)料的那樣，1HZ的脈沖波形出現(xiàn)。再次安裝的模塊是校時(shí)模塊，我們?cè)瓉?lái)的設(shè)計(jì)的是采用單刀雙擲開關(guān)，但是由于實(shí)驗(yàn)室這樣的開關(guān)資源不夠，我們的設(shè)計(jì)只好稍微做下修改，將單刀單擲的開關(guān)用進(jìn)來(lái)，即原來(lái)接地電平的一端略去，雖然效果沒(méi)有單刀雙擲開關(guān)好，但是也能正常校時(shí)，這樣的意外我覺(jué)得在數(shù)字電子的設(shè)計(jì)中是常見的，用其他的方法代替更能提高動(dòng)腦和動(dòng)手的能力。</p><p

81、>　　4.3測(cè)試的數(shù)據(jù)和理論計(jì)算的比較分析</p><p>　　在搭建好電路后，觀察數(shù)字中的功能，計(jì)時(shí)的功能完全正常，與預(yù)想和仿真的結(jié)果完全一樣。但是在觀察校時(shí)功能時(shí)，存在突變的情況，例如，在校時(shí)，從10按了五次開關(guān)后調(diào)到15，松開開關(guān)后，時(shí)間就跳變到37了。這是由于開關(guān)抖動(dòng)太大，而在仿真時(shí)各種元件都是工作在理想狀態(tài)，不存在這種狀態(tài)，所以又麻痹了我們，沒(méi)有考慮去抖動(dòng)這一點(diǎn)，因此這一點(diǎn)無(wú)法避免。</p&

82、gt;<p>　　4.4制作與調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法</p><p>　　由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)所采用的元件一部分實(shí)驗(yàn)老師沒(méi)有給，所以必須采用一些功能一樣的元件代替，硬件實(shí)現(xiàn)中所使用的計(jì)數(shù)芯片是74LS90，而不是原來(lái)設(shè)計(jì)所用的74LS290。從指導(dǎo)老師那里領(lǐng)了面包板和芯片，之后又買了其他元器件和導(dǎo)線，在面包板上連好主體電路后，接通電源，發(fā)現(xiàn)電路不能正常運(yùn)行，裝上74LS48（譯

83、碼器）后，電路還是有問(wèn)題。用萬(wàn)用表檢查電路，發(fā)現(xiàn)多處斷路，才終于弄明白面包板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，原來(lái)是面包板得使用不當(dāng)。修改搭建電路后，看到四個(gè)數(shù)碼管中有三個(gè)是亮的，另外一個(gè)不亮。通過(guò)先后交換74LS90，74LS48，數(shù)碼管的方法，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)74LS90壞了，換了新的芯片后，能正常計(jì)時(shí)并顯示。</p><p>　　5本設(shè)計(jì)的方案優(yōu)勢(shì)及與被排除的方案的對(duì)比</p><p>　　在設(shè)計(jì)數(shù)字鐘的數(shù)字

84、電路時(shí)，運(yùn)用所學(xué)的組合邏輯電路和數(shù)字邏輯電路知識(shí)，開始確定的方案有兩種，最終確定的方案的系統(tǒng)電路圖為圖1。</p><p>　　還有一種方案的電路圖為下圖15所示，與本設(shè)計(jì)所采用的方案不同之處在于芯片U5和U3的清零端均與一個(gè)二輸入的與門的輸出端相連，與門的輸入端分別接74LS290輸出端 、 ，當(dāng) 、 同時(shí)為1時(shí)，與門輸出為1，才清零。</p><p>　　兩種方案中明顯本設(shè)計(jì)采用的方案

85、有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵陔娐繁緛?lái)就很龐大的數(shù)字鐘電路里，能盡量減少器件的使用，不僅能夠減少實(shí)驗(yàn)搭建電路的難度，減少</p><p>　　實(shí)驗(yàn)誤差的產(chǎn)生，還能減少經(jīng)濟(jì)消耗。</p><p>　　6系統(tǒng)需要的各類軟件和硬件</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中使用的軟件為Multisim11。</p><p>　　硬件有集成芯片74LS290、74LS48、5

86、55定時(shí)器，面包板，6V充電器，開關(guān)，電容，電阻，導(dǎo)線。具體型號(hào)和數(shù)量見附錄。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、動(dòng)腦、思考和解決問(wèn)題的能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們通過(guò)這個(gè)方案包括設(shè)計(jì)了多套電路原理和元器件的選擇，最終確立了一套比較優(yōu)勢(shì)的方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里想著這樣的接法

87、可以行得通，但實(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間很多。做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。比如一些芯片的功能，平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐讓我們對(duì)各個(gè)元件映象深刻。認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)</p><p>

88、;　　踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個(gè)期末測(cè)試之后的課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的作用是非常大的。 在硬件實(shí)現(xiàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)細(xì)心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是線的布局上既要美觀又要實(shí)用和走線簡(jiǎn)單，兼顧到方方面面去考慮是很需要的，否則只是一紙空話。</p><p>　　仿真跟實(shí)際操作還是有很大的區(qū)別，很多問(wèn)題可能被忽略，比如說(shuō)忘了構(gòu)建1HZ的時(shí)鐘脈沖源，這肯定會(huì)給硬件實(shí)現(xiàn)留下很大的

89、漏洞。 經(jīng)過(guò)兩個(gè)星期的實(shí)習(xí)，過(guò)程曲折可謂一語(yǔ)難盡。在此期間我們也失落過(guò)，也曾一度熱情高漲。從開始時(shí)滿富盛激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無(wú)不令我回味。總之，在很大的程度上細(xì)節(jié)決定一個(gè)大工程的成敗。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]康華光.數(shù)字電子技術(shù).高等教育出版社</p><p>　　[2

90、]邱關(guān)源.電路. 高等教育出版社</p><p>　　[3]Charles K.Alexander.電路基礎(chǔ).清華大學(xué)出版社</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　芯片74LS290的功能表及管腳圖</p><p>　　圖16 74LS290的管腳圖</p><p>　

91、　表1 74LS290的功能表</p><p>　　2. 74LS48的功能表及管腳圖</p><p>　　圖17 74LS48的管腳圖</p><p>　　表2 74ls48引腳功能表</p><p><b>　　3．元器件列表</b></p><p>　　表3 元器件列