数字电子钟Word格式.docx
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2012年12月20日
目录
目录2
第1章.课程设计内容及要求3
第2章.课程设计目的与器材4
1课程设计目的4
2课程设计器材及主要器件4
第3章.芯片介绍5
1.74LS160芯片介绍5
2.译码器(74LS247)5
3.CD40136
4.CD40607
第4章.数码管及编码器原理8
1.7段LED数码管8
2.译码原理图9
第5章.数字电子钟基本原理10
计数器10
第6章.设计实物图12
第7章.课程设计心得14
参考文献15
第1章.课程设计内容及要求
数字钟是一个将“
时”,“分”,“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。
它的计时周期为24小时,显示满刻度为23时59分59秒。
一个基本的数字钟电路主要由秒信号发生器、“时、分、秒、”计数器、译码器及显示器组成。
由于采用纯数字硬件设计制作,与传统的机械表相比,它具有走时准,显示直观,无机械传动装置等特点。
本设计中的数字时钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”的显示和调整。
通过采用各种集成数字芯片搭建电路来实现相应的功能。
在对整个模块进行分析和画出总体电路图后,对各模块进行仿真并记录仿真所观察到的结果
课程设计要求
(1)设计一个有“时”、“分”、“秒”(24小时59分59秒)显示的电子钟;
(2)用中小规模集成电路组成电子钟,并在实验箱上进行组装、调试;
(3)画出框图和逻辑电路图,写出设计、实验总结报告;
第2章.课程设计目的与器材
1课程设计目的
·
掌握数字电子钟的设计、组装与调试方法;
进一步掌握各芯片的逻辑功能及使用方法
2课程设计器材及主要器件
元器件清单
(1)74LS160(6片)
(2)74LS247(6片)
(3)74LS00(1片)
(4)共阳七段数码显示器(6片)
(5)CD4013(1片)
(6)CD4060(1片)
(7)4012(1片)
(8)电阻、晶振、电容、导线、锡丝等(若干)
第3章.芯片介绍
1.74LS160芯片介绍
74LS160是十进制同步计数器(异步清除)。
其管脚图及逻辑功能如图所示:
RCO进位输出端
ENP计数控制端
QA-QD输出端
ENT计数控制端
CLK时钟输入端
CLR异步清零端(低电平有效)
LOAD同步并行置入端(低电平有效)
2.译码器(74LS247)
74LS247各引脚功能说明如下图:
6、2、1、7脚为译码输入(即编码输出);
9—15为译码输出;
8、16脚为电源正负极。
74LS247译码器功能表
3.CD4013
CD4013是一双D触发器,由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。
每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q及Q输出,此器件可用作移位寄存器,且通过将Q输出连接到数据输入,可用作计算器和触发器。
在时钟上升沿触发时,加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。
置位和复位与时钟无关,而分别由置位或复位线上的高电平完成。
4.CD4060
CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成。
第4章.数码管及编码器原理
1.7段LED数码管
显示器普遍的用于直观的显示数字系统的运行状态和工作数据,按照材料及产品工艺,单片机应用系统中常用的示器有:
发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。
LED显示器是现在最常用的显示器之一。
发光二极管(LED)由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成,可以单独使用,也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件(半导体显示器)。
分段式显示器(LED数码管)由7条线段围成8字型,每一段包含一个发光二极管。
外加正向电压时二极管导通,发出清晰的光。
只要按照规律控制各发光段亮、灭,就可以显示各种字型或符号,LED数码管有共阳、共阴之分。
图是共阳式、共阴式LED数码管的原理图和符号:
显示电路显示模块需要实时显示当前的时间,即时、分、秒,因此需要六个数码管,另需两个数码管来显示横。
采用动态显示方式显示时间,硬件连接如下图所示,时的十位和个位分别显示在第一个和第二个数码管,分的十位和个位分别显示在第四个和第五个数码管,秒的十位和个位分别显示在第七个和第八个数码管,其余数码管显示横线。
LED显示器的显示控制方式按驱动方式可分为静态显示方式和动态显示方式两种。
2.译码原理图
(图4)
①、74LS247各引脚功能说明(图4):
②、七段LED数码管:
显示译码器输出状态(共阳极)。
第5章.数字电子钟基本原理
.数字电子钟的逻辑框图如图3-4所示。
它由555集成芯片构成的振荡电路、分频器、计数器、显示器和校时电路组成。
555集成芯片构成的振荡电路产生的信号经过分频器作为秒脉冲,秒脉冲送入计数器,计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。
计数器
秒脉冲信号经过6级计数器,分别得到“秒”个位、十位、“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时。
“秒”“分”计数器为六十进制,小时为二十四进制。
(1)六十进制计数
由分频器来的秒脉冲信号,首先送到“秒”计数器进行累加计数,秒计数器应完成一分钟之内秒数目的累加,并达到60秒时产生一个进位信号,所以,选
用两片cc40192和一片cc4011组成六十进制计数器,来实现六十进制计数。
其中,“秒”十位是六进制,“秒”个位是十进制。
如图3-4-3-1所示。
图3-4-3-1所示(60进制计数构造)
(2)二十四进制计数
“12翻1”小时计数器是按照“01——02——03——……——22——23——00——01——02——……”规律计数的,这与日常生活中的计时规律相同。
在此实验中,它是由两片cc40192和一片cc4011构造成的同步二十四计数器,利用异步清零端实现起从23——00的翻转,其中“24”为过渡状态不显示。
其中,“时”十位是3进制,“时”个位是十进制。
第6章.设计实物图
板子正面图
板子焊锡
数字电子钟原理图
第7章.课程设计心得
经过三四天的努力,在指导老师和同学的帮助下,终于完成了该电子时钟的课程设计,在此次的数字钟设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。
此次的数字钟设计重在于仿真和接线,虽然能把电路图接出来,并能正常显示,但对于电路本身的原理并不是十分熟悉.总的来说,通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力。
在连接六进制、十进制、六十进制的进位及十二进制的接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。
在设计电路中,往往是先仿真后连接实物图,但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的,例如仿真的连接示意图中,往往没有接高电平的16脚或14脚以及接低电平的7脚或8脚,因此在实际的电路连接中往往容易遗漏。
在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的错误所引起的。
设计过程中遇到的问题及其解决方法。
在检测面包板状况的过程中,出现本该相通的地方被断了的导线堵塞,用镊子将其挑出。
在检测74LS47驱动电路的过程中发现有两个数码管显示的数字是没有规律的(不是从0到9的显示),正是由于我们布线的整齐简明,经过检查发现是74LS47其中的两跟译码线与显示管脚连接出错,交换,就OK了!
在连接晶振的过程中,晶振起振,但是输出的脉冲明显不是1HZ的,对照设计电路检查,发现CD4060的输出管脚接错,接上3号管脚,一切OK!
。
在布置地线和5V电压线时,不甚把两线接到了一起,导致整个板没法工作。
经认真的检查,排除了问题!
参考文献
致谢
[1]谢希仁.计算机网络(第五版)[M].北京:
电子工业出版社,2008年2月
[2]胡小强.计算机网络[M]北京:
北京邮电大学出版社2005年1月
[3]朱定华.电子电路测试与实验[M].北京:
清华大学出版社,2004.
[4]阎石.数字电子技术基础(第四版).北京:
高等教育出版社,2005.
[5]吕思忠施齐云.数字电路实验与课程设计.哈尔滨:
哈尔滨工程大学出版社;
2001.
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