學號：課程設計題目：學院(系)：專業班級：學生姓名：指導教師：課程設計任務書學生姓名：專業班級：自動化0903班指導教師：工作單位：武漢理工大學題目:數字時鐘設計初始條件：運用所學的模擬電路和數字電路等知識；用到的元件：實驗板、電源、連接導線、74系列芯片、555芯片或微處理器等。要求完成的主要任務:設計一個有“時”，“分”，“秒”（23小時59分59秒）顯示且具有校時功能的電子鐘；擴展功能：整點報時即在某分某秒能輸出某一音頻信號；嚴格按照課程設計說明書要求撰寫課程設計說明書。時間安排：第1天下達課程設計任務書，根據任務書查找資料；第2～4天進行方案論證，軟件模擬仿真并確定設計方案；第5天提交電路圖，經審查后領取元器件；第6～8天組裝電路并調試，檢查錯誤并提出問題；第9～11天結果分析整理，撰寫課程設計報告，驗收調試結果；第12～14天補充完成課程設計報告和答辯。指導教師簽名：2011年6月26日系主任（或責任教師）簽名：2011年6月26日目錄引言 31、設計意義及要求 3設計意義 3設計要求 32、方案設計 32.1設計思路 3設計方案: 3方案比較： 33、電路設計: 33.1秒脈沖信號發生器 33.2秒、分、時計時器電路設計： 33.2.160進制計數器 33.2.224進制計數器 3譯碼顯示電路 3校時電路 3整點報時電路 34、調試與檢測 34.1調試中的故障及解決辦法 3顯示電路跳變嚴重 3報時器聲音小 3小時十位亂碼 3數字鐘顯示數字不完整 3調試與運行結果： 3結束語 3參考文獻： 3附錄: 3附錄1主要元器件引腳圖及其功能表 3附錄2：元器件清單 3引言數字鐘是一種典型的數字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。目前，數字鐘的功能越來越強，并且有多種專門的大規模集成電路可供選擇。數字鐘適用于自動打鈴、自動廣播，也適用于節電、節水及自動控制多路電器設備。它是由數子鐘電路、定時電路、放大執行電路、電源電路組成。為了簡化電路結構，數字鐘電路與定時電路之間的連接采用直接譯碼技術。具有電路結構簡單、動作可靠、使用壽命長、更改設定時間容易、制造成本低等優點。本文的設計是一款基于74LS90單片機數字鐘，通過7SEG8管腳顯示器顯示。本文通過對一個基于單片機的、能實現時鐘控制、開關控制及鬧鈴功能數字鐘的設計學習，從而學習理解單片機在各方面的應用。1、設計意義及要求設計意義設計數字鐘是為了讓我們了解數字鐘的原理，加深對我們所學知識的了解和認識、以及知識遷移的能力。而且通過數字鐘的制作我們可以親身實踐在實際制作中中小規模集成電路的作用以及使用方法。由于數字鐘包含組合邏輯電路和時序電路，通過它可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理及使用方法，以及各種電路之間是怎樣聯系起來的。設計要求①時制式為24小時制；②采用LED數碼管顯示時、分、秒采用數字顯示。顯示時間從00:00:00到23:59:59；③能夠實現對分、時的校正；④整點報時功能2、方案設計設計思路數字電子鐘由信號發生器、“時、分、秒”計數器、譯碼器及顯示校時電路、整點報時電路等組成。秒信號產生器是整個系統的時基信號，它直接決定計時系統的精度，一般用555構成的振蕩器加分頻器來實現。將標準秒脈沖信號送入“秒計數器”，該計數器采用60進制計數器，每累計60秒發出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數器”的時鐘脈沖。“分計數器”也采用60進制計數器，每累計60分，發出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數器”。“時計數器”采用24進制計數器，可以實現一天24h的累計。譯碼顯示電路將“時、分、秒”計數器的輸出狀態經七段顯示譯碼器譯碼，通過六位LED顯示器顯示出來。整點報時電路是根據計時系統的輸出狀態產生一個脈沖信號，然后去觸發音頻發生器實現報時。校時電路是來對“時、分、秒”顯示數字進行校對調整。其數字電子鐘系統框圖如下:數字電子鐘系統設計方案:方案1（小組方案）方案2(個人方案)方案比較：相同點：都是基于74LS90的數字鐘設計方案，都擁有計時、校時、整點報時等功能。不同點：eq\o\ac(○,1)方案設計方向不同，方案1面向實物，因而在實際連接時更容易實現，而方案2則比較難以實現。eq\o\ac(○,2)校時電路設計思路不同，方案1校時電路利用74LS157選擇器實現進位信號與連續脈沖信號的選擇，選擇進位信號時電路正常計時，選擇脈沖信號時可進行校時。而方案2中校時電路利用單刀雙擲開關切換輸入高低電平自制脈沖，從而達到校時的目的。eq\o\ac(○,3)整點報時電路設計不同，小組方案的報時電路會在接近整點的59分51秒到59秒，每隔一秒報時一次。個人方案中報時電路只會在00分00秒報時。方案選擇：顯然方案1優于方案2，因而更適合來作為實物連接方案。3、電路設計:3.1秒脈沖信號發生器秒脈沖信號發生器秒脈沖信號發生器是數字電子鐘的核心部分，它的精度和穩定度決定了數字鐘的質量。由振蕩器產生秒脈沖信號。振蕩器:通常用555定時器與RC構成的多諧振蕩器，經過調整輸出1Hz脈沖。其電路圖如圖2-1:輸出1HZ輸出1HZ脈沖圖2-1秒脈沖信號發生器3.2秒、分、時計時器電路設計：秒、分計數器為60進制計數器，小時計數器為24進制計數器。實現這兩種模數的計數器采用中規模集成計數器74LS90構成。3.2.160進制計數器由74LS90構成的60進制計數器，將一片74LS90設計成10進制加法計數器，另一片設置6進制加法計數器。兩片74LS90按反饋清零法串接而成。秒計數器的十位和個位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時還作為分計數器的輸入脈沖CP1。圖2-2電路即可作為秒計數器，也可作為分計數器。輸入信號輸入信號圖2-260進制計數器3.2.224進制計數器由74LS90構成的二十進制計數器，將一片74LS90設計成4進制加法計數器，另一片設置2進制加法計數器。即個位計數狀態為QdQcQbQa=0100十位計數狀態為QdQcQbQa=0010時，要求計數器歸零。通過把個位Qc、十位Qb相與后的信號送到個位、十位計數器的清零端，使計數器清零，從而構成24進制計數器。電路圖如圖1-3:輸入信號輸入信號圖1-324進制計數器譯碼顯示電路譯碼電路的功能是將秒、分、時計數器的輸出代碼進行翻譯，變成相應的數字。用與驅動LED七段數碼管的譯碼器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段譯碼器/驅動器，輸出高電平有效，專用于驅動LED七段共陰極顯示數碼管。若將秒、分、時計數器的每位輸出分別送到相應七段譯嗎管的輸入端，便可以進行不同數字的顯示。電路圖如圖1-4所示。而74LS49為OC門輸出，這樣輸出時要加上拉電阻以保證輸出為高電平。電路圖如圖2-5所示。圖2-474LS48譯碼顯示電路圖2-574LS49譯碼顯示電路校時電路校時電路是數字鐘不可缺少的部分，每當數字鐘與實際時間不符時，需要根據標準時間進行校時。SW1、SW2分別是時校正、分校正開關。不校正時，SW1、SW2開關是打向上方的。當校正時位時，需要把SW1開關打向下方，就能使時位每秒進一，根據需要確定撥動開關的時間，校正完畢后把SW1開關閉上。校正分位時和校正時位的方法一樣。其電路圖如圖2-6:秒進位信號分進位信號時輸出分輸出1HZ脈沖秒進位信號分進位信號時輸出分輸出1HZ脈沖圖2-6校正電路整點報時電路仿廣播電臺整點報時電路設計,每當數字鐘計時快到整點時發出響聲,51秒開始，到59秒第5響結束。電路圖如圖2-7所示。圖2-7整點報時電路4、調試與檢測調試中的故障及解決辦法顯示電路跳變嚴重故障:剛開始接好校時電路時，只要輕輕碰一下面包板，數碼管顯示的數字就會發生跳變，這會使計時失去意義。解決方法：觀察發現，面包板的接線都是插入式的，并沒焊接，很容易接觸不良，因此在受到震動或者觸碰，就會使計數脈沖發生改變，因此跳變嚴重。于是把跟校時電路有關的導線固定下來，尤其是校時用的開關SW1、SW2.固定之后還是偶爾出現跳變。[理論上可以用鎖存器消除抖動。本次設計最后未采用。報時器聲音小故障：鬧鐘響時聲音太小，二極管僅僅發出微弱的綠光。解決方法：通過上網查詢三極管參數知9018集電極電流為，而類似的一種三極管9013的為，于是決定換用9013型。最終在整點報時時鬧鐘聲音比較大，燈的亮度也比較高。小時十位亂碼故障：當接好小時個位以及分鐘、秒的個位和十位后，小時的十位總是在“8”和“9”之間來回跳變。解決放方法：重新該部分的接線，還是不行，于是把小時十位的計數譯碼芯片74LS48和74LS90都拔下換掉個位原來的，發現計數正常，說明芯片是完好的。則肯定是接線問題。仔細檢查每一根線，發現均正確。考慮是芯片管腳與面包板之間接觸不良，于是用萬用表檢查每個管腳和對應的面包板的插孔是否接觸良好，最終檢查出來是小時十位的計數器74LS90的1和2號管腳并未接入面包板。然后用細導線插入二者的孔里面，從而保證接觸良好。發現計數正常了。問題解決。數字鐘顯示數字不完整故障：數字鐘顯示亂碼，不按照進制計數。甚至數碼管僅僅顯示一部分。解決方法：通過觀察數碼管亮度不夠，用萬用表測總電源電壓。僅，遠遠低于芯片工作電壓5V.換用新電池后，數碼管7段二極管均發光。而且，CP信號也正常觸發秒個位計數器。整個電路正常工作。調試與運行結果：經調試，數字鐘計時電路能正常運行，校時電路尚存在一定的抖動，整點報時電路工作正常接近整點時開始報時。結束語設計中，我們通過個人方案的設計初步了解了數字鐘設計的各種要求，過小組討論最終擬定了便于實物連接的小組方案。通過；個人方案與小組方案的對比我了解到了仿真模擬與面向實物的設計有很大的區別，仿真模擬中有很多實物無法實現的功能器件如信號發生器，仿真設計中只需一個系統提供的信號源，而實際中很可能沒有一個現成的信號源這就需要利用555來自行設計，而面向實物的設計則把這些問題一一考慮了進去。本次課程設計最大的難點則是實物連接，連接時我們不僅僅需要耐心的連接好每一根線，有時候我們還需要根據連接后的效果對設計方案進行一些具有針對性的修改，比如說連接完成后計時器校時電路有明顯的抖動，這時為了完善數字鐘，增添一個防抖電路就是必須的了。實物連接的過程讓我體會到了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。參考文獻：1唐華光，電子技術基礎，高等教育出版社，20022張慶雙，電子元器件的選用與檢測，機械工業出版社，20033趙保經，中國集成電路大全，國防工業出版社，19854高吉祥，電子技術基礎試驗與課程設計，電子工業出版社，20025呂思忠，數字電路實驗與課程設計，哈爾濱工業大學出版社，20016謝自美，電子線路設計、試驗、測試，華中理工大學出版社，20037趙志杰，集成電路應用識圖方法，機械工業出版社，20038童本敏，TTL集成電路，電子工業出版社，19859