数字钟电路课程设计报告.docx
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数字钟电路课程设计报告
一、设计任务和要求……………………………………………2
二、设计的方案的选择与论证
（1）总体电路分析…………………………………………2
（2）仿真分析………………………………………………2
（3）仿真说明………………………………………………2
三、电路设计计算与分析………………………………………3
（1）小时计时电路…………………………………………3
（2）分钟计时电路………………………………………8
（3）秒钟计时电路………………………………………9
（4）校时选择电路………………………………………10
（5）脉冲产生电路………………………………………10
（6）Multisim总原理图…………………………………11
四、Protel99se的使用…………………………………………12
（1）SCH原理图……………………………………………12
（2）PCB原理图……………………………………………13
五、焊接…………………………………………………………13
（1）主要焊接仪器………………………………………13
（2）焊接步骤……………………………………………13
（3）焊接理论依据………………………………………13
六、调试………………………………………………………13
（1）主要测试仪器………………………………………13
（2）测试步骤……………………………………………14
（3）测试电路功能…………………………………………14
（4）整块电路的联调………………………………………14
七、数字钟实物……………………………………………………15
（1）正面的数字钟实物………………………………………15
（2）反面的数字钟实物………………………………………15
（3）工作中的数字钟实物……………………………………16
八、总结及心得附录………………………………………………16
九、参考文献………………………………………………………17
一、设计任务和要求
实现24小时的时钟显示、校准。
具体要求：
（1）显示功能：
具有“时”、“分”、“秒”的数字显示（“时”从0~23，分0~59，秒0~59）。
（2）校时功能：
当刚接通电源或数字时钟有偏差时，可以通过手动的方式去校时。
二、设计的方案的选择与论证
（1）总体电路分析
总体电路设计是将单元电路模块小时计时电路、分钟计时电路、秒计时电路、校时选择电路，外接输入开关和输出显示数码管构成。
总体结构图如下：
（2）仿真分析
单击运行按钮，可观测仿真结果。
电路能完成显示计时、校时功能。
计时功能。
当开关J1、J2都处于断开时，给数字钟+5V的工作电压，数字时钟工作于计时状态。
此时，电路中的秒计时电路、分计时电路以及小时计时电路分别对秒脉冲、分脉冲和小时脉冲进行计数。
计数结果经数码管显示计时时间值。
校时功能。
当开关J1、J2处于导通状态时，给数字钟+5V的工作电压，数字时钟工作于同时校时校分状态。
J1导通、J2断开时，数字钟工作于校小时状态；J1断开、J2导通时，数字钟工作于校分钟状态。
（3）仿真说明
由于这里很少利用网络标号，总体看起来有点乱，可读性不是很高，但是可靠性还是很高的。
三、电路设计计算与分析
（1）小时计时电路。
小时计时电路如下图：
该电路用两片74LS191（二进制同步可逆单时钟异步清零计数器）构成二十四进制计数器，与非门74LS00、非门74LS04、或门74LS02组成一组使整个计数器的技术状态图为00至01至02至…至23再至00至01至…，共有24个稳定状态。
原理：
与非门74LS00的4A、4B输入连接小时的个位B与D，4Y输出连接分为两路，一路是连接小时的十位的计数器74LS191的14引脚（clk），当满足个位的OB与OD都是1（即1x1x）时使小时的十位计数器74LS191加1；另一路连接到非门74LS04的1A，非门74LS04的1Y接或门74LS021A,十位的计数器74LS191的OB引脚与个位的计数器74LS191的OC引脚分别接与非门的74LS00的3B、3A接到一起，保证十位是2个位是4的时候可以使两个计数器74LS191异步清成零，重新计数。
异步清零计数器74LS191
共阴数码管驱动74LS48
与非门74LS00
或非门74LS02
非门74LS04
七段共阴数码管
（2）分钟计时电路。
分钟计时电路如下图：
该电路用两片74LS191（二进制同步可逆单时钟异步清零计数器）构成六十进制计数器，异步清零计数器74LS191、与非门74LS00组成一组使整个计数器的技术状态图为00至01至02至…至59再至00至01至…，共有60个稳定状态。
原理：
个位的异步清零计数器74LS191的OB、OD分别接与非门74LS00的2A、2B，然后与非门74LS00的2Y接到十位的异步清零计数器74LS191，使得当个位从0到9，然后到10（暂态）使得十位的异步清零计数器74LS191的CLK从0变成1（上升沿），计数器加1；2Y接到个位的异步清零计数器74LS191的load引脚，使得个位在0到9十个状态循环。
十位的异步清零计数器74LS191的OB、OC分别接74LS00的1A、1B，1Y接十位的异步清零计数器74LS191，使十位达到6（暂态），马上变成0，此时个位也是0。
正好使在00到59共有60个稳定状态循环显示。
（3）秒钟计时电路。
秒钟计时电路如下图：
（注释：
秒的计时和分钟的计时是一样的，实际上都是0-59的变化）
该电路用两片74LS191（二进制同步可逆单时钟异步清零计数器）构成六十进制计数器，异步清零计数器74LS191、与非门74LS00组成一组使整个计数器的技术状态图为00至01至02至…至59再至00至01至…，共有60个稳定状态。
原理：
个位的异步清零计数器74LS191的OB、OD分别接与非门74LS00的2A、2B，然后与非门74LS00的2Y接到十位的异步清零计数器74LS191，使得当个位从0到9，然后到10（暂态）使得十位的异步清零计数器74LS191的CLK从0变成1（上升沿），计数器加1；2Y接到个位的异步清零计数器74LS191的load引脚，使得个位在0到9十个状态循环。
十位的异步清零计数器74LS191的OB、OC分别接74LS00的1A、1B，1Y接十位的异步清零计数器74LS191，使十位达到6（暂态），马上变成0，此时个位也是0。
正好使在00到59共有60个稳定状态循环显示。
（4）校时选择电路。
校时选择电路如下图：
该电路用两片与非门74LS00，电阻R1、R2为限流电阻，电容C1、C2是去抖电容，两个与非门74LS00、电阻、电容和开关组成校时电路，实现当开关J1、J2处于导通状态时，数字时钟工作于同时校时校分状态。
J1导通、J2断开时，数字钟工作于校小时状态；J1断开、J2导通时，数字钟工作于校分钟状态。
（5）秒的产生
（注释：
在此处用了计数器74LS191的十分频，即555定时器产生100ms的脉冲，但是在protel99se中由于没有用到74LS191，所以有些参数不一样，但是原理是一样的）
（6）数字钟总原理图
（注释：
整合到一起，有少许的变化，但是原理是一样的）
四、Protel99se中的原理图
（1）SCH原理图
（2）PCB原理图
五、焊接
主要焊接仪器：
1.电烙铁一个
2.吸枪一个
3.焊锡一卷
4.手钳（尖嘴、平嘴）各一个
5.焊锡膏一罐
6.松香一块
焊接步骤：
1.先焊接跳线，跳线有四十多根，比较多，需要先焊接
2.其次焊接电阻电容
3.然后焊接IC插座
4.接着焊接数码管
焊接理论依据：
先焊接那些离板子比较近的，不容易处理的跳线，焊接小芯片在前，焊接大器件在后。
六、测试
主要测试仪器：
1.CA8040型双踪示波器一台
2.面包板一块
3.万用表一块
4.函数信号发生器一台
测试步骤：
检查电路板的焊接
①检查电路板是否有虚焊焊点出现
②检查电路板是否有断路现象
③检查电路板是否有漏焊现象
测试电路功能
整个电路由六部分组成，测试方法分为五步：
秒脉冲产生模块、秒计时模块、分计时模块、小时计时模块和校时模块，数码管模块检测夹杂在其它五部分之中。
电路测试由先后顺序进行测试顺序及步骤为：
1秒脉冲产生模块
利用示波器检测555定时器3引脚，观察波形
2秒计时模块
挑断秒脉冲产生模块与秒计时模块连接的线，将函数信号发生器调到3-5hz,接到秒计时器芯片异步清零计数器74LS191的14引脚,观察数码管数据变化
3分计时模块
跟秒计时模块调试一样,挑断秒计时模块与分计时模块连接的线，将函数信号发生器调到3-5hz,接到分计时器芯片异步清零计数器74LS191的14引脚,观察数码管数据变化。
4小时计时模块
跟分秒计时模块调试原理一样，挑断分计时模块与小时计时模块连接的线，将函数信号发生器调到3-5hz,接到时计时器芯片异步清零计数器74LS191的14引脚,观察数码管数据变化。
5校时模块
通过对开关J1、J2的通断，用示波器观察时和分个位计数器74LS191的14引脚波形。
整块电路的联调
把挑断的线连接到一起，供上5V电源电压，观察整体运行效果
七、数字钟实物
（1）数字中的正面
（2）数字钟的反面
（3）工作中的数字钟
八、总结及心得附录
在调试板子的时候，时间过的好快，转眼间，为期一周的数字电路课程设计就结束了。
通过这一周的课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到较大提高。
焊接板子的时候由于追求速度，再加上平时焊接没有练习，结果导致后面好多虚焊，给后面调试的时候造成了很多麻烦。
课程设计的过程中，由于没有对原理图进行优化，结果导致四十多根跳线，调试的时候，由于对自己不自信，给multism原理图和protel99se中的原理图一步一步的对照，跳线一根一根的检查，芯片一个一个检测，通过这次课程设计，使我懂得了模块化分析，如何去检测一个芯片是否是好的，跳线多的情况如何检测等等。
一般焊接问题都是虚焊，检测是否虚焊需要从正面检测，不要从管脚与焊锡接触处检测。
对我们电气专业的本科生来说，实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。
这也是一次预演和准备毕业设计工作。
通过课程设计，让我们找出自身状况与实际需要的差距，并在以后的学习期间及时补充相关知识，为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备，从而缩短从校园走向社会的心理转型期。
通过课程设计，我还更加明白了一个真理。
时至今日，课程设计基本告成，才切身领悟“实践是检验真理的唯一标准”，才明晓实践出真知。
因为在教材上，数字钟不过是由计数器和译码显码器组合而成，也便不以为然搭建电路图，结果电路出现诸多问题。
课程设计达到了专业学习的预期目的。
课程设计完成后，使我的
元器件明细表
名称
型号或功能
数量（个）
共阴数码管
SM42056
W8U3
6
74LS48
共阴数码管驱动芯片
6
74LS191
二进制同步可逆单时钟异步清零计数器
6
74LS00
与非门
4
74LS02
或非门
1
74LS04
非门
1
电容
0.01uf
3
电位计
200k
1
电解电容
1uF
1
555定时器
产生矩形波
1
电阻
3.3k
2
电阻
47k
1
九、参考文献
【1】阎石.数字电子技术基础.第四版.北京：
高等教育出版社，2010
【2】李艾华.电子技术基础实验及课程设计教程.安阳：
内蒙古大学出版社，2005
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