【文章內容簡介】 LLLHHHLHHLLHHHLLLHHHHHLHHHHHHHLHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHBIXXXXXXLLLLLLLL2RBIHLLLLLLLLLLLLL3LTLXXXXXHHHHHHHH4H=高電平，L=低電平，X=不定21數字時鐘系統(tǒng)的設計圖315 74LS48的管腳圖（2）共陰極七段數碼管共陰極七段發(fā)光數碼管由七只發(fā)光二極管構成阿拉伯數字“8”字的七個筆劃，每個發(fā)光管的陽極單獨引出成為a、b、c、d、e、f、g七個引腳，全部發(fā)光管的陰極接在一起構成公共陰極k。其管腳圖如圖316所示。圖316 共陰極七段數碼管的引腳圖將所有數碼管的8個顯示筆劃“abcdefgdp”的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于譯碼器對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮?！皶r”、“分”、“秒’’的譯碼和顯示電路完全相同，均使用七段顯示譯碼器74LS248直接驅動七段共陰極LED數碼管。由74LS48和LED七段數碼管組成的數碼顯示電路如下圖317所示。將“時”、“分”、“秒”計數器的每一位輸出分別與七段譯碼器的輸入端相接，便可進行不同數字的顯示。23圖317 由74LS48和LED七段數碼管組成的數碼顯示電路當數字鐘的指示同實際時間有出入時，就需要對其校準，校時基本原理是將“秒”信號直接引入“分”計數器，同時將“時”計數器置0，讓“分”計數器快速計數，在“分”的指示調到需要的數字后，再切斷“秒”信號，校“時”電路也是按此方法讓“秒”信號輸入“時”計數器，同時讓“分”計數器置0?？焖俑淖儭皶r”的顯示，直到等于需要的數字為止。對校時電路的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數；在分校正時不影響秒和小時的正常計數。本次設計采用“快校時”形式，校時電路和校分電路分別使用一個74LS51芯片和兩個74LS00芯片接電阻和開關實現功能。 74LS51芯片和74LS00芯片的結構和功能（1）74LS51芯片74LS51芯片為兩組與或非門（正邏輯），一組是3－3輸入端，一組是2－2輸入端。其邏輯表達式為Y=。其管腳圖如圖318所示。圖318 74LS51的管腳圖25數字時鐘系統(tǒng)的設計（2）74LS00芯片74LS00芯片為四組 2 輸入端與非門（正邏輯），邏輯表達式為Y=。其管腳圖如圖319 所示，其功能表如表39所示。圖319 74LS00的管腳圖表39 74LS00的功能表輸入輸出ABYLLHLHHHLHHHLH=高電平，L=低電平 校時校分電路的設計圖320所示為?！皶r”?！胺帧彪娐?。其中S1為校“分”用的控制開關，S2為?！皶r”用的控制開關。校時脈沖采用555多諧振蕩器輸出的1HZ脈沖，當S1或S2分別為“0”時可進行校時。因為校時電路是由兩個與非門構成的組合邏輯電路，開關S1或S2為“0”或“1”時，可能產生抖動，接電阻RR2可以緩解抖動。圖320 ?！皶r”?！胺帧彪娐氛c報時電路可設計為在整點前十秒時開始每隔1 秒鳴叫一次，鳴叫時長為1 秒，即59 分51 秒、53 秒、55 秒、57 秒、59 秒各鳴叫一次，到整點時共鳴叫5 次，鳴叫結束，正好是整點。5 次鳴叫中，前4次為低音( 500Hz) ，第5 次為高音( 1kHz) 。因為報時電路因未涉及到“時”，所以它只與“分”、“秒”計數器有關?！胺帧笔挥嫈灯鬏敵龆藶镈CBA4，“分”個位計數器輸出端為DCBA3，“秒”十位計數器輸出端為DCBA2，“秒”個位計數器輸出端為DCBA1。在報時時段內，“分”十位、個位計數器和“秒”十位計數器的狀態(tài)是不發(fā)生變化的，即D4C4B4A4 = 0101，D3C3B3A3 = 1001，D2C2B2A2 = 0101 保持不變，所以C4 = A4 = D3 =A3 = C2 = A2 = 1。只有“秒”個位計數器在正常計數，在51 秒、53 秒、55 秒、57 秒時，A1 = 1，D1 = 0，輸出500 Hz 信號。 在59 秒時，A1 = 1，D1 = 1，輸出1kHz 信號。綜上所述，可得整點報時電路如圖321所示，報時電路采用蜂鳴器報時。整點報時電路的1000hz高頻脈沖由獨立的555多諧振蕩器產生，而500hz的脈沖則由分頻器引出。整個電路由幾種與門電路芯片組成，簡單易實現。這樣的結構也使整點報時部分與時鐘主要電路相獨立，不會互相影響。而電路采用蜂鳴器報時，簡單易操作。圖321 整點報時電路27數字時鐘系統(tǒng)的繪制、制作和調試4數字時鐘系統(tǒng)的繪制、制作和調試本次數字時鐘系統(tǒng)的設計采用的是電氣行業(yè)常用的Protel99se軟件，Protel99se軟件主要有原理圖設計系統(tǒng)和PCB設計系統(tǒng)兩大部分組成：（1）原理圖設計系統(tǒng)，包括電路圖編輯器（簡稱SCH編輯器）、電路圖元器件編輯器和各種文本編輯器。本系統(tǒng)的主要功能是繪制、修改和編輯電路原理圖，更新和修改電路原路圖元件庫，查看和編輯有關電路圖和元器件庫的各種報表。正確設計完原理圖后生成網絡表，為PCB的設計打好基礎。（2）PCB設計系統(tǒng)，包括印制電路板編輯器（簡稱PCB編輯器）、元器件封裝編輯器和電路板組件管理器。本系統(tǒng)的主要功能是繪制、修改和編輯印制電路板，更新和修改元器件封裝，管理電路板組件。最終完成PCB設計文件，用于電路板的生產。（1）原理圖的繪制原理圖的繪制步驟：新建設計數據庫。新建一個原理圖。新建元件。放置元件：（1）添加元件庫。（2）放置元件。調整元件布局。元件標號。原理圖連接。完成上面的所有步驟之后，開始連接原理圖中的元件。放置電源和地。接著在原理圖中添加電源和地符號。 放置網絡標號。電氣規(guī)則檢查，最后繪制生成的原理圖如圖41所示。電氣規(guī)則檢查圖如圖42所示。圖41在Protel99se中繪制的原理圖圖42 電氣規(guī)則檢查圖（2）PCB的繪制PCB的繪制步驟：建立PCB文件并確定電路板的尺寸。繪制PCB封裝。生成網絡表并導入PCB。元件布局。元件成功導入PCB后，就開始元件布局，通過手動調整后，元件重新布局。設置布線規(guī)則。元件布局完成后，在手動布線之前，需要對布線規(guī)則進行設置。手動布線。設置規(guī)則檢查。用設計規(guī)則來檢查剛設計的電路板。補淚滴和覆銅。覆銅的基本規(guī)則是覆銅的網絡一定要和地網絡連接起來。生成元件清單。繪制的PCB如圖43所示。圖43 在Protel99se中繪制的PCB圖面包板（集成電路實驗板）是電路實驗中一種具有多孔插座的常用插件板，專為電子電路的無焊接實驗設計制造。面包板分為上下兩個部分，上面部分一般是由一行或兩行的插孔構成的窄條，行和行之間不電氣連通。每5列插孔為一組，～。在進行電路實驗時，可以根據實驗電路的連接要求，在相應孔內插入電子元器件的引腳以及連接導線等，使其與孔內的彈性接觸簧片接觸，當能感覺到有輕微、均勻的摩擦阻力，在面包板倒置時，元器件能被簧片夾住而不脫落即可，由此連接成所需的實驗電路。各種電子元器件可根據需要隨意插入或拔出，免去了焊接，節(jié)省了電路的組裝時間，而且元件可以重復使用，所以非常適合電子電路的組裝、調試和訓練。本次設計使用面包板搭建電路，方便快捷，也更易于調試和后期改進。使用面包板搭建的電路如圖44所示。圖44 使用面包板搭建的數字時鐘電路在本設計中，為了設計的順利進行，我在面包板上進行了調試，因為電路太復雜，在進行了分步調試后，又對電路整體進行了進一步的整體調試，以確保最后能很好的完成其各部分功能。調試后就開始繪制PCB圖，用來制印制板。因為PCB圖先畫，后經過反復考慮，對部分電路和整體布局進行了一些修改，更加適應實際的應用和后期調試改進。調試的步驟為：—811所示安裝圖，用常規(guī)工藝安裝好電路。2．確認安裝無誤后，接通電源，逐級調試：用示波器測量振蕩器輸出頻率，調節(jié)微調電阻R2，使振蕩頻率為1000Hz。再逐級檢測分頻器輸出的波形頻率。3.①將秒脈沖送入秒計數器，檢查秒個位、十位是否按10秒、60秒進位。采用同樣方法檢測分和時計數器。②調試好時、分、秒計數器后，通過校時開關依次校準秒、分、時。數字鐘正常走時。③利用校時開關加快數字鐘走時，調試整點報時電路。在現用電路調試中，振蕩器輸出頻率為1kHz，用三片74LS90組成了三級十分頻電路，在調試中我對振蕩器輸出的波形和每級分頻分路進行了依次測試。在第一級分頻后出現的脈沖信號為100Hz，經過第二級得到了10Hz的標準脈沖，這樣一級級的分頻，經過三次分頻后得到了標準的1Hz脈沖信號。在計數電路部分的調試中，遇到了一些問題：（1）在秒計數電路部分的調試中順利得到了結果，秒計數器的個位能準確以十進制形式計數；秒計數器的十位也能準確以六進制的形式計數；當秒計數器的個位計數到9后自動向秒計數器的十位計數。（2）分計時電路調試的結果是：這部分的結果與秒計數電路部分的結果一樣。（3）小時計數部分，這部分電路較復雜，在第一次焊接完成后的調試顯示中，發(fā)現小時的十位沒有變化，經過分析、檢查發(fā)現74LS160的接地沒有處理好，將6管腳全部接地后問題就得到了解決。在調試校時電路部分時，因為在整個電路的設計中，需要用到兩個校時電路，兩個校時電路的功能相同，它們不同的是在電路的設計時，所接的輸入和輸出不同，對這部分的長導線進行了加固，以免因為電路接觸不良引起不必要的失誤。調試的結果是：當開關至1檔時，分計數電路，小時計數電路正常計數，當開關至2檔時，校時電路進行校時。只是有時松開按鍵時，較時數會有點誤變化，經過仔細分析，確定是由于在按鍵時產生了抖動，所以接上了兩個10k的電阻消除抖動。由于不熟悉本設計電路構造，經常會有一些誤操作導致不能得到想要結果，這里特此列舉出一些常見問題及其解決辦法。（1）調試時鐘校正電路時，顯示器顯示數據不改變，且到60秒時分位依然不改變，解決辦法：此時顯示器顯示的時間為鬧鐘時間，應切換顯示開關，再調節(jié)校正按鈕即可。（2）顯示開關已切換至時鐘顯示，顯示器顯示數據依然不改變，分、時電路可以不能進位。解決辦法：檢查進位部分的連接線，尤其是接地和接電源部分。（3）定時電路可以正常定時，時鐘電路也可以正常計時，但當時鐘到達定時時刻時，沒有鬧鐘信號發(fā)出，揚聲器沒有聲音，且此時整點報時也不起作用。解決辦法：此時鬧鐘控制開關處于斷開狀態(tài)，把此開關閉合問題即得到解決。31總結與展望5總結與展望此次的數字鐘設計重點在于理論設計、對各種集成芯片的應用和電路本身的原理的熟悉,與電路的仿真和實際的連線，讓我收獲很大。也讓我明白實際操作與單純的課本知識有很大的差異。在此次的數字鐘設計過程中,讓我更進一步地熟悉了芯片的結構及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。在連接六十進制及其進位輸出和用555定時器構成多諧振蕩器的接法中,熟悉了邏輯電路及其芯片各引腳的功能,在電路出錯時能準確地找出錯誤所在并及時糾正，進一步地增強了實驗的動腦、動手能力。讓我體會到了學習知識時理論聯系實際的重要性，也讓我我知道了要完成一個課題的設計要涉及到許多方面的知識。上網查詢和查閱相關書籍資料，不僅讓我知道了大量關于數字鐘設計的知識，更讓我更深一步掌握了時序邏輯電路的功能，學會了解了做課程設計的一般步驟和設計中應注意的問題。另外，我還漸漸熟悉了Protel99se軟件的各個功能，還在電腦制作文檔的過程中，對辦公軟件也有了更進一步的了解和掌握。此次設計讓我明白不論是在設計還是在今后的學習中，都應該有一種堅定不移不達目的不罷休的信念，只有這樣才能達到自己的最終目標。成功就是在不斷摸索中前進實現的，遇到問題我們不能灰心、不煩躁、不放棄，靜下心來仔細思考，分部檢查，找出最終的原因進行改正，這樣才會有進步，才會一步步向自己的目標靠近，才會取得自己所要追求的成功。在課程設計的過程中，由于對理論掌握的不熟練，或者是操作過程中發(fā)生失誤，都會導致最后結果失敗。在這個過程中，我不斷的發(fā)現錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲取。最終的檢測調試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。通過課程設計，我還更加明白了一個真理。時至今日，課程設計基本告成，才切身領悟“實踐是檢驗真理的唯一標準”，才明曉實踐出真知。因為在教材上，數字鐘不過是由計數器和譯碼顯碼器組合而成，也便不以為然搭建電路圖，結果電路出現諸多問題，譬如短路開路，引腳懸空引發(fā)不工作等，不為則不知，無為則無知，實踐才能出真知。在這次設計中遇到了很多問題，最后在老師的辛勤指導和自己的努力鉆研下，終于迎刃而解。同時，身為一個電氣專業(yè)的學生，我也學到了很多實用的知識，這不僅是一次畢業(yè)設計的工作，也是我們將課本知識與實踐相結合的一次探索。通過這次設計，我找出了自身狀況與實際需要的差距，并會在以后及時補充相關知識，為求職與正式工作做好充分的知識和能力準備，從而縮短從校園走向社會的心理轉型期。35致謝致謝首先，感謝這次課程設計的指導老師趙