数字电子钟设计数字电路课程设计(7页).docx

-数字电子钟设计数字电路课程设计-第 - 5 - 页福州大学数字电路课程设计报告数字电子钟设计专业： 微电子科学与工程 班级： 微电子（5）班 学号： 111400567 学生姓名： 郑镇洪 同组成员： 吴志强 指导老师： 江浩 2016-2017年第一学期（2017-01-10）一、 设计任务用中小规模集成电路设计一台能显示周、时、分，秒的数字电子钟。数字电子钟的电路组成方框图如图3.3.1所示。 图3.3.1 数字电子钟框图由图3.3.1可见，数字电子钟由以下几部分组成：石英晶体振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器；校时电路；六十进制秒、分计数器及24 进制(或12 进制)计时计数器；以及秒、分、时，周的译码显示部分等。二、 设计功能1由晶振电路产生1Hz 标准秒信号。2秒、分为0059六十进制计数器。3时为0023二十四进制计数器。4周显示从06为七进制计数器。5可手动校正：能分别进行秒、分、时、周的校正。只要将开关置于手动位置，可分别对秒，分、时、周进行手动脉冲输入调整或连续脉冲输入的校正。三、 所用仪器和元器件清单174LHC00、74LHC04、74LSl61、74LHC74及门电路2晶振：32768Hz3电容：可调电容30p4电阻：10k、22M5.拨码开关，共阴极8段数码管，芯片插座，软电线等四、 设计方案1秒脉冲发生器秒脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，通常用晶体振荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz 的秒脉冲。如晶振为32768Hz，通过15 次二分频后可获得1Hz的脉冲输出，电路图如图3.3.2 所示。2计数译码显示秒、分、时、日分别为60、60、24 和7 进制状态表计数器。秒、分均为六十进制，即显示0059，它们的个位为十进制，十位为六进制。时为二十四进制计数器，显示为0023，个位仍为十进制，而十位为三进制，但当十进位计到2，而个位计到4 时清零，就为二十四进制了。 图3.3.2 秒脉冲发生器 周为七进制数，按人们一般的概念一周的显示为星期“日、1、2、3、4、5、6”，所以我们设计这七进制计数器，应根据译码显示器的状态表来进行，如表3.3.1 所示。 表3.3.1 状态表Q4Q3Q2Q1显示1000日000110010200113010040101501106按表3.3.1状态表不难设计出“日”计数器的电路(日用数字8 代)。所有计数器的译码显示均采用BCD七段译码器，显示器采用共阴或共阳的显示器。3校正电路在刚刚开机接通电源时，由于日、秒、分、时为任意值，所以，需进行调整。置开关在手动位置，分别对时、分、秒、日进行单独计数，计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输入。4整点报时电路当时计数器在每次计到整点前六秒时，需要报时，这可用译码电路来解决。即当分为59时，则秒在计数计到54时，输出一延时高电平，直至秒计数器计到58时，结束这高电平脉冲去打开低音与门，使报时声按500Hz 频率鸣叫5声，而秒计到59时，则去驱动高音lKHz 频率输出而鸣叫1声。五、 调试过程及问题分析 一开始仿真成功后，按照电路原理图进行焊接，由于设计时间刚好处于期末阶段，所以焊接得比较快，没有很仔细地规划检查完再焊接或者边焊接边检查。最终焊接完成之后，数码管显示得根本不正确，我们立刻进行了电路的检查，发现有些根本没焊接上，我们立刻进行了分工，队友焊接，我继续检查电路。最终检查了好几条电路线是未连接的，电路线如果未能成功连接，那么译码器芯片或者计数器芯片等就无法正常实现它的功能。 所以当我们检查焊接完成之后，数码管便显示了它大部分的功能：从0-59秒的显示，从0-23小时的显示，从1-日的星期数的显示。但是分钟的显示出了问题：十位数一直是处于0状态不变，而秒的溢出不会使个位数进位，个位数只显示奇数位并且个位数的溢出也不会使十位数进位。所以我们只能继续检查电路。 我们检查了很多遍电路，发现并没有错误，便猜想是芯片或者数码管出了问题，所以我们更换了芯片和数码管，但是结果依旧那样。我们又猜想是否是外接连线连错了，因为外接线很多很复杂，所以最后才考虑。还好的是，重新连接一遍之后，就可以正常显示了。 通过这个问题，我们知道细心是相当关键的，每一个基本步骤虽然容易，但却是非常重要的，千万要重视，而且，这是个仿真中根本看不到的问题所在。每个小小的细节都会导致最后实验结果的和理想差很多，所以说在做实验的过程中，一定要细心细心再细心。六、 设计以及最后成品结果原理图如下：PCB版图如下：仿真结果如下：(依次为秒、分、时、周)七、设计总结本学期开设了数字电路逻辑设计这门课程，让我心血澎湃，因为关于设计电路的一切总是令人激动的。只有通过实践，才能把理论与现实结合起来；从而对我们学的知识有了更进一步的理解，而且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；也能通过这个锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯，培养我们对待问题时的态度和处理事情的能力。各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点。同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。伟大的实践总是免不了一些挫折，我们的设计，有一部分是无法正常显示的。而问题就出现在连接线的错误，这是个很容易被忽略的“小”问题，但却是无法被忽略的“大”问题。我们检查了一整天的电路，也更换了芯片，也测试了数码管的显示功能，却未能发现连接线出了问题，四五十跟连接线，一根未接触好，从而导致了分钟数无法正常显示。这让我们懂得了一个小小的接触点，便可以影响整个系统的功能。通过这次课程设计，使我明白了，要设计一个成功的电路，不仅要耐心和认真，更要细心细心再细心。基本步骤很容易，但是也很重要，课程设计过程中很多步骤在设计时需要反复实践，其过程很烦琐，但是，如果不加以重视，那么，毁掉的，是整个系统的功能。也许有时候，花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中会很急躁，就需要我们静下心，仔细查找原因，然后做出相应的改动，千万不能忙了手脚，我们应当仔细分析。同时我也深刻了解到了仿真与真正的实验室搭建电路在实现功能上面的差别是十分大的，有很多在仿真时没有发现和没有想到的问题都出现了。有的问题虽然已经想到了，也提出了解决的方法，但是在真正搭建时还是有层出不穷的问题出现。就像本次焊接的问题，在仿真中根本不会出现的问题。对于我们本科生来说，出现问题不仅没有害处，相反，是对我们能力的一种考验，如何成功解决这个问题将是我们在本次课程设计中最大的收获。即使没有成功，但是也学到了许许多多的经验，比如对电路的分析更透彻了，对电路的设计更细心了，对焊电路更耐心了等等。本次设计，我收获良多，所以，我觉得，本次设计所花的时间和精力，很值得。