設(shè)計要求

時間以24秒為一個周期，具有自動清零功能。

前言

24進制電子數(shù)字鐘是實現(xiàn)具有24進制清零功能的電子鐘，它主要由脈沖、10進制加法器74LS160、譯碼器74LS48、共陰極LED數(shù)碼管等四個模塊構(gòu)成。通過找課外書,上網(wǎng)查找有關(guān)該課題方面的知識,將課題提交給指導(dǎo)老師,同指導(dǎo)老師討論后課題可行。自學Multisim9和Protel軟件的操作,并進行了防真實驗,在11號到15到學習制作印刷板并把領(lǐng)來的元器件裝上電路板,15號以后調(diào)試及寫課程設(shè)計報告,在這過程中主要要掌握計數(shù)、譯碼和顯示原理的學習及焊接技術(shù)。

1.方案論證與對比

1.1 方案一

一、如圖1所示：首先由實驗室提供震蕩周期為一秒的標準秒脈沖，由74LS160采用同步清零法組成二十四進制時計數(shù)器，使用74LS48為驅(qū)動器，共陰極七段數(shù)碼管作為顯示器。

1.2 方案二

二、如圖2所示：首先由實驗室提供震蕩周期為一秒的標準秒脈沖，由74LS160采用異步清零法組成二十四進制時計數(shù)器，使用74LS48為驅(qū)動器，共陰極七段數(shù)碼管作為顯示器。

1.3 兩種方案的對比

相同點：兩方案都正確，而且他們的基本的設(shè)計思想相同。

不同點：同步計數(shù)器中各個觸發(fā)器都受同一個時鐘脈沖控制，當輸入計數(shù)脈沖到來時，要更新狀態(tài)的觸發(fā)器同時翻轉(zhuǎn)。異步計數(shù)器中各個觸發(fā)器沒有統(tǒng)一的時鐘脈沖，有的觸發(fā)器直接受輸入計數(shù)脈沖控制，有的觸發(fā)器則是把其他的觸發(fā)器輸出用作時鐘脈沖，當輸入計數(shù)脈沖到來時，要更新狀態(tài)的觸發(fā)器，有的先翻轉(zhuǎn)，有的后翻轉(zhuǎn)。再者我們對異步清零電路更加了解。綜合以上考慮我們選擇第二種方案。

2、各功能模塊設(shè)計

2.1 計數(shù)器電路

集成計數(shù)器一般都設(shè)置有清零輸入端和置數(shù)輸入端，而且無論是清零還是置數(shù)都有同步和異步之分。有的集成計數(shù)器采用同步方式，即當CP觸發(fā)沿到來時才能完成清零或置數(shù)任務(wù)；有的集成計數(shù)器則采用異步方式，即通過觸發(fā)器的異步輸入端來直接實現(xiàn)清零或置數(shù)，與CP信號無關(guān)。本設(shè)計采用具有2片十進制同步加法計數(shù)器74LS160（圖2-1-1）、一片與非門74LS00（圖2-1-2）和一片非門74LS04（圖2-1-3）。

由外加送來的進位脈沖送入個位計數(shù)器，電路在進位脈沖的作用下按二進制自然序依次遞增1，當計數(shù)到24，這顯示器個位輸出0011（也就是3），顯示器十位輸出0010（也就是2），顯示器十位計數(shù)器只有QC端有輸出，顯示器個位計數(shù)器只有QB端有輸出，將QC、QB端接一個二輸入與非門，與非門輸出一路先送入十位計數(shù)器的清零端然后取反送入或非門的另一個輸入端，輸出接顯示器個位計數(shù)器的清零端，其每10秒清零并向顯示器十位計數(shù)器送進位脈沖，當十位輸出為二，顯示器個位輸出為3時，將整個電路清零，完成24秒的顯示。其計數(shù)器的原理圖（圖2-1-4）。

圖2-1-3 74LS04引腳圖

2.2 譯碼驅(qū)動電路

譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài),并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。常用的7段譯碼驅(qū)動器屬TTL型的有74LS47、74LS48等，CMOS型的有CD4055液晶顯示驅(qū)動器等。74LS47為低電平有效，用于驅(qū)動共陽極的LED顯示器，因為74LS47為集電極開路（OC）輸出結(jié)構(gòu)，工作時必須外接集電極電阻。74LS48為高電平有效，用于驅(qū)動共陰極的LED顯示器，其內(nèi)部電路的輸出級有集電極電阻，使用時可直接接顯示器。本設(shè)計選擇74LS48（圖2-2-1）作為譯碼驅(qū)動器。

74LS48七段譯碼驅(qū)動器功能表如下（圖2-2-2）：

2.3 共陰極七段數(shù)碼管顯示器

顯示器件的種類很多,在數(shù)字電路中最常見的顯示器是半導(dǎo)體顯示器(又稱為發(fā)光二極管顯示器,LED)和液晶顯示器(LCD),本設(shè)計采用7段LED數(shù)碼顯示器.7段LED數(shù)碼顯示器俗稱數(shù)碼管,其工作原理是將要顯示的十進制數(shù)碼分成7段,每段為一個發(fā)光二極管,利用不同發(fā)光段組合來顯示不同的數(shù)字. LED的死區(qū)電壓較高，工作電壓大約1.5~3V，驅(qū)動電流為幾十毫安。74LS48譯碼驅(qū)動器輸出是高電平有效，所以，配接的數(shù)碼管必須采用共陰極接法。下圖是共陰極式與共陽極式LED數(shù)碼管的接線圖（圖2-3-1），使用時，公共陰極接地，7個陽極a到g由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來驅(qū)動

圖2-3-1 共陰極式與共陽極式LED數(shù)碼管的接線圖

3、調(diào)試與操作說明

3.1 電路仿真效果圖

3.2 Protel電路印刷板原理圖及印刷板制版電路圖

圖3-2-1 電路印刷板原理圖

3.3 實際電路系統(tǒng)的制作及測試

在Protel制版中，實驗室條件不允許我們制作雙面版，所以在制作單面版的時候由于芯塊過多電腦無法完整布線，有許多線我們只能在焊接中飛線。

實際制作簡述:畫出上圖的PCB圖后，同過打印機打出銅膜走線圖，打印圖紙出來后,將圖紙拿給老師看,經(jīng)老師檢查合格，老師發(fā)給我們布滿銅膜的板和一張油紙,將油紙放入打印機重新打印出銅膜走線圖,將打印好的圖剪下來粘到板上,把它送到燒板機上通過加熱把圖紋印到板上,接下來就是把板放進氯化鐵溶液進行對板的腐蝕,第一次腐蝕板時,因自動腐蝕機內(nèi)溫度未達到需要溫度而使的對板的腐蝕失敗。

第二次我們注意了這個問題,待自動腐蝕機內(nèi)溫度達到50度后, 把板放進氯化鐵溶液進行對板的腐蝕,大約50秒后,布滿銅的板只剩下有圖紋的地方有銅,其余的地方的銅均被腐蝕掉了,這時就可以將板取出到鉆孔機上鉆孔，待將所有的孔鉆完后,此時一張 Protel印刷電路板就制作完成了,此時可以將元器件按照PCB板的布置裝到印刷板上去了,后進行焊接和飛線，便可以完成電路板制造了。

在焊接中要注意的地方：掌握好焊接的溫度和時間。在焊接時，要有足夠的熱量和溫度。如溫度過低，焊錫流動性差，很容易凝固，形成虛焊；如溫度過高，將使焊錫流淌，焊點不易存錫，焊劑分解速度加快，使金屬表面加速氧化，并導(dǎo)致印制電路板上的焊盤脫落。尤其在使用天然松香作助焊劑時，錫焊溫度過高，很易氧化脫皮而產(chǎn)生炭化，造成虛焊。

將焊接好的電路進行調(diào)試。將電路接到+5伏電源上，觀察數(shù)碼管顯示是否正常。如果顯示正常，計數(shù)正確，是從00計數(shù)到23說明電路原理和安裝焊接正確，設(shè)計、調(diào)試成功。如果不是上面所說情況，說明電路存在問題，需要找出問題所在，仔細檢查電路是否設(shè)計正確、是否存在虛焊、是否焊接錯誤等，找出錯誤繼續(xù)調(diào)試，直到調(diào)試成功為止。

3.4 電路板的測試情況、參數(shù)分析與實際效果

制作完成后，連接+5V電源和地線，加入頻率為1Hz的脈沖，顯示電路出現(xiàn)故障沒有反應(yīng)。

故障分析：

一：在電路版腐蝕的過程中，部分線路被腐蝕掉造成線路斷路；

二：由于要飛的線過多，在焊接過程可能造成了虛焊；

三：接線和芯片的接觸不良以及接線的錯誤所引起的故障。

4、心得與體會

通過這次對數(shù)字鐘的設(shè)計與制作，讓我們了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計理念。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中,更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法.

在連接二十四進制的接法中,要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,那么在電路出錯時便能準確地找出錯誤所在并及時糾正了.

通過這次對數(shù)字電子鐘的設(shè)計作，讓我了解了電路設(shè)計的基本步驟，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計理念，要設(shè)計一個電路先進行軟件模擬仿真再進行實際的電路制作。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。

所以，在設(shè)計時應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計方法。通過這次學習，讓我們對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手操作才會有深刻理會，才會有收獲。

對我們電子信息專業(yè)的本科生來說，實際能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，而這種實際能力的培養(yǎng)單靠課堂教學是遠遠不夠的，必須從課堂走向?qū)嵺`。這也是一次預(yù)演和準備畢業(yè)設(shè)計工作。通過課程設(shè)計，讓我們找出自身狀況與實際需要的差距，并在以后的學習期間及時補充相關(guān)知識，為求職與正式工作做好充分的知識、能力準備，從而縮短從校園走向社會的心理轉(zhuǎn)型期。

課程設(shè)計促進了我系人才培養(yǎng)計劃的完善和課程設(shè)置的調(diào)整。近年來，我系為適應(yīng)學生的實踐需要陸續(xù)增設(shè)與調(diào)整了一系列課程，受到同學的歡迎，其中這次的設(shè)計很受同學們的喜歡。

課程設(shè)計達到了專業(yè)學習的預(yù)期目的。在三個星期的課程設(shè)計之后，我們普遍感到不僅實際動手能力有所提高，更重要的是通過對電路板制作流程的了解，進一步激發(fā)了我們對專業(yè)知識的興趣，并能夠結(jié)合實際存在的問題在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)進行更深入的學習。

5、元器件及儀器設(shè)備明細

表1 電路圖與器材清單表

6、參考文獻

[1] 李中發(fā)主編.數(shù)字電子技術(shù).北京：中國水利水電出版社，2001.7.97—192.

[2]康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ).數(shù)字部分.北京：高等教育出版社，2006.1. 137—286.

[3]趙志剛，吳海彬編著. Protel DXP使用教程.清華出版社,北京交通大學出版社.2004.11

[4]電子發(fā)燒友網(wǎng)站：24進制計數(shù)原理.www.nxhydt.com/.2009.6.5.

[5]彭介華主編.電子技術(shù)課程指導(dǎo).北京：高等教育出版社，2008.4.2—32

7、致謝

本次課程設(shè)計主要由我們?nèi)斯餐瓿?，其間當然老師也同樣是付出了大量的時間和精力來幫助我們。同時我們也要衷心地感謝我們所有的老師，以及幫助我們的同學們，要是沒你們的幫助我們是不能這么好的完成這次的課程設(shè)計。

責任編輯：xj

原文標題：24進制數(shù)字電子鐘時計器、譯碼顯示電路

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