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1、数字电子钟设计1 概述1.1 设计任务和要求设计任务：秒脉冲由555定时器构成多谐振荡器提供；时钟具有计数与显示功能，能够精确计数以十进制的形式显示“分”和“秒”； “分”采用24进制，“秒”采用60进制，从0000开始到2359再回到0000；设计要求：用Protus仿真软件画出电路原理图并进行调试；选择电器元件，并设置其相应参数；利用焊接技术进行电路安装与调试，已达到最优效果；1.2 设计目的 电子技术实习旨在培养学生的动手能力，把所学专业知识运用于实际中，使其培养专业技能和巩固专业知识。其具体目的如下：1.更深一步熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理。 2.基本掌握手工电烙铁的焊接
2、技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。熟悉电子产品的安装工艺的生产流程。 3.进一步熟悉proteus等仿真软件的应用。 4.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查阅有关的电子器件图书。 5.能够正确识别和选用常用的电子器件，并且能够熟练使用普通万用表6.了解电子产品的焊接、调试与维修方法。8. 提高电路布局布线及检查和排除故障的能力。2 设计过程2.1 数字电子钟的构成该数字电子钟由秒脉冲、计数电路、显示电路三大部分组成。一个将“分”和“秒”显示于数码管的计时装置。秒计时器采用60进制，分计时器采用24进制。综合其设计思路和实际操作的考虑，选用74LS160十进制
3、计数器，并采用同步置数的方法。时钟脉冲由555多谐振荡器产生，输入频率为1Hz的方波信号。74LS48和数码管相连接构成显示电路。如下为设计框架图：数码管数码管数 码管数 码管译码器译码器译码器译 码器秒个位计数器秒十位计数器分十位计数器分十位计数器555定时器图1 设计框架图2.2 数字电子钟单元电路设计2.2.1 时钟脉冲根据设计任务和要求，需要设计一款秒脉冲信号发生器。联系已学知识，可以运用555定时器构成多谐振荡器提供秒脉冲信号。555定时器是一种功能强大的模拟和数字相结合的中规模器件，主要是通过外接电阻R和电容器构成充、放电电路，实现单稳态触发器、施密特触发器及多些振荡器等脉冲波形和
4、整形电路。如图2中，由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R1向放电端Dc放电，使电路产生振荡。电容C在2/3Vcc和1/3Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波。在多谐振荡器中，相关公式如下：输出信号的时间参数是： T=tw1+tw2tw1=0.7（R1+R2）Ctw2=0.7R2C其中，tw1为VC由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间，tw2为电容C放电所需的时间。该课程设计中所需要产生频率为1Hz的方波脉冲，根据实验室所提供的元件，从
5、而对应的参数可以设置为R1=24K,R2=22K，C=22uF,得到周期约为1s。即产生秒脉冲信号发生器。1 5 2 6 5553 74 8CIIHDVCCVSSIRQR 图2 555引脚分布图2.2.2 计数电路1 计数器74LS16074LS160是4位二进制同步加法计数器，除了有二进制加法计数功能外，还具有异步清零、同步并行置数 、保持等功能。74LS160的引脚排列图如图3所示，CR是异步清零端，LD是预置数控制端，D0 ，D1，D2，D3是预置数据输人端，P和T是计数使能端，C是进位输出端，它的设置为多片集成计数器的级联提供了方便。在数字电子技术课程中，我们经常使用该芯片进行计数，所
6、以对该芯片有一定程度的了解。此次数字电子钟设计刚好可以将所学知识运用于实际。选择74LS160芯片是计数电路中很好的方法。其引脚分布图如下：16 15 14 13 12 11 10 974LS1601 2 3 4 5 6 7 8VccrCOQ0Q1Q2Q3CTtLDGNDDDDCTprD3CRCPD0D1D2图3 74LS160的引脚排列图2 秒、分计数器电路设计秒、分计数器分别为60和24进制计数器，分别由两片74LS160构成。秒计数器中，将其中一片74LS160设置成十进制加法计数器，及个位计数状态Q3Q2Q1Q0=1001，另一片设置成6进制加法计数器。采用反馈清零串接而成，计数器的十
7、位和个位，输出脉冲除用作自身清零外，同时还作为下一级计数器的出入脉冲。在分计数器中，将其中一片74LS160设置成4进制加法计数器，即个位计数状态为Q3Q2Q1Q0=0011，另一片设置成3进制加法计数器，十位计数状态为Q3Q2Q1Q0=0010。采用反馈清零串接而成，计数器的十位和个位，输出脉冲用作自身清零。60进制和24进制图示分别如下：Q0 Q1 Q2 Q3 RCO74LS160D0 D1 D2 D3 EP ET CLK LD MR7400Q0 Q1 Q2 Q3 RCO74LS160D0 D1 D2 D3 EP ET CLK LD MRCP图4 60进制Q0 Q1 Q2 Q3 RCO74
8、LS160D0 D1 D2 D3 EP ET CLK LD MR7400Q0 Q1 Q2 Q3 RCO74LS160D0 D1 D2 D3 EP ET CLK LD MRCP图5 24进制2.2.3 显示电路1 译码器74LS48 为了使数码管显示十进制，必须将十进制的代码经译码器译出，然后经驱动器点亮显示器对应的段。译码器的功能是：对应于某一组数码输入，相应的几个输出端有有效信号输出。74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，输出高电平有效信号用以驱动共阴极显示器。其引脚分布图如图6所示。16 15 14 13 12 11 10 974LS481 2 3 4 5 6 7 8Vccr
9、YfYgYaYbYcYdGNDDDDA0A3A2LTBIRBIYeA1图6 74LS160的引脚排列图2 共阴极显示器 LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，所以将会显示从0到9不同的数字。通过计数就会显示不同的数值。 FEABCDG 图7 数码管引脚图 译码器和数码管相对应的字段连接，比如a与Ya相对应连接。这就构成了简单的译码显示电路。2.3 仿真调试 此次课程设计的首要任务便是运用Protus仿真软件对电路原理图进行仿真，大二开始我们就已经接触Protus仿真软件，但是运
10、用较少。这次仿真不仅可以使我们巩固已学的操作知识，同时也在原有基础上对仿真有了更进一步了解。 开始运用仿真软件时，显得有些生疏，慢慢的经过自己摸索和同学指导，对其操作逐渐熟练。从开始的查找器件，必须清楚电子元器件的代码（即英文表示）到联系再到最后的运行，每一步都需要细心且耐心的对待。虽然原理图很简单，但是自己真正着手进行仿真时需要花费很多时间。这其中最需要时间的便是布局问题，由于缺乏练习的经验，我没有先构思如何布局就直接画图，所以之后很多器件不好放置，导致仿真失败。后来经过自己的思考和参考同学的电路，合理放置电子元器件，这才使仿真过程进行顺利。当然，原理图画好后，运行出了些小问题，比如说无脉冲
11、信号、分计数器不计数等小问题，经过仔细检查，发现问题后及时纠正，最后才达到理想的效果：设计正确、运行正常、布局合理。2.4 电路安装及调试过程2.4.1 电路焊接焊接技巧：1、初步确定电源、地线的布局 2、善于利用元器件的引脚3、善于设置跳线，可以简化连线，而且要美观得多4、善于利用元器件自身的结构 数字电子钟焊接中线路较多，如果布线不合理的话，很容易导致焊接出现问题，比如虚焊或者两个引脚焊接到一块，这都会影响到调试的过程。在焊接过程中，有部分导线是多股线，这直接影响着焊接的效果，在起初的焊接中，由于自己耐心不够，急于求成，导致许些点出现虚焊的情况，这对后来的调试产生了不必要的麻烦。发现问题后
12、，我开始慢慢调整心态，耐心的进行焊接，所以与之前比较，有了明显的进步。2.4.2 调试过程 按照指导老师建议的调试方法，即焊接一部分就进行调试，而不是等全部焊接完毕后再调试，那样出现问题的风险过大。我在做数字电子钟的焊接过程是：先焊接555定时器，再焊接秒计数器，最后焊接分计数器。对每一部分分别进行调试。所有焊接完毕后，再进行总的调试。 555定时器在调试时，测试结果良好，没有出现什么问题。但是在秒计数器的调试中，就出现了问题，比如说：不显示、不计数、数字显示不完整。对于不显示的问题，老师建议测量该数码管是否损坏，于是我用万用表对其引脚进行测量，确实发现错误，原来是数码管坏了。而对不不计数、数
13、字不按顺序显示发现某几处未接地，还有在数码管的引脚中有虚焊的现象。具体问题具体解决，对出现的问题“对症下药”后，调试取得了理想的结果。同时，我也汲取经验，在之后的分计数器焊接中努力提醒自己要细心，反复检查线路是否已连接和是否连接正确，而且保证不出现虚焊的现象。所以在之后的分计数器调试中并无出现任何问题，进展非常顺利。3 心得与体会此次课程设计中受益匪浅，感触很深。主要有以下几点：（1）巩固和学习专业知识：本学期开设了数字电子技术专业课程，此次课程设计原理是以数字电子技术为基础，其中涉及译码器，计数器，数码管及555定时器的应用。在总体设计的过程中，通过查阅资料和指导书，不仅巩固了已学的知识，并
14、在其中获得了新的知识,开拓了自己的专业视野。（2）熟练运用Proteus仿真软件：课程设计之前也有接触Proteus仿真软件，但是自己并没有花时间去熟练运用它。此次设计的第一步便是仿真原理图，通过自己的不断学习和同学的指导，逐渐掌握仿真软件的运用。尤其是在布局排版上，通过不断的实践积累了不少经验，我想这对以后的学习是非常有益的。（3）加强动手实践能力：在原理图正确的基础上，作品中最关键的便是焊接技术。由于很久没有使用烙铁，刚开始焊接时很生疏，造成某些点虚焊，以致计数不能正常运行。经过不断的摸索和实践，熟练运用了正确的焊接方法，并在老师的指导下对导线进行合理布局，这样不仅使节约了资源，也使作品看上去更加美观大方。此外，设计期间，老师很耐心的为我们解答了所遇到的问题，并提出了许多合理的建设性意见，这对我们能够顺利完成作品起到了关键的作用。附录 元件清单元件名称
