設計要求

時間以24秒為一個周期，具有自動清零功能。

前言

24進制電子數字鐘是實現具有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數碼管等四個模塊構成。通過找課外書,上網查找有關該課題方面的知識,將課題提交給指導老師,同指導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來的元器件裝上電路板,15號以后調試及寫課程設計報告,在這過程中主要要掌握計數、譯碼和顯示原理的學習及焊接技術。

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器，使用74LS48為驅動器，共陰極七段數碼管作為顯示器。

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器，使用74LS48為驅動器，共陰極七段數碼管作為顯示器。

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計思想相同。

不同點：同步計數器中各個觸發(fā)器都受同一個時鐘脈沖控制，當輸入計數脈沖到來時，要更新狀態(tài)的觸發(fā)器同時翻轉。異步計數器中各個觸發(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，當輸入計數脈沖到來時，要更新狀態(tài)的觸發(fā)器，有的先翻轉，有的后翻轉。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、各功能模塊設計

2.1 計數器電路

集成計數器一般都設置有清零輸入端和置數輸入端，而且無論是清零還是置數都有同步和異步之分。有的集成計數器采用同步方式，即當CP觸發(fā)沿到來時才能完成清零或置數任務；有的集成計數器則采用異步方式，即通過觸發(fā)器的異步輸入端來直接實現清零或置數，與CP信號無關。本設計采用具有2片十進制同步加法計數器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），顯示器十位計數器只有QC端有輸出，顯示器個位計數器只有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器的清零端，其每10秒清零并向顯示器十位計數器送進位脈沖，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。其計數器的原理圖（圖2-1-4）。

圖2-1-3 74LS04引腳圖

2.2 譯碼驅動電路

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

74LS48七段譯碼驅動器功能表如下（圖2-2-2）：

2.3 共陰極七段數碼管顯示器

顯示器件的種類很多,在數字電路中最常見的顯示器是半導體顯示器(又稱為發(fā)光二極管顯示器,LED)和液晶顯示器(LCD),本設計采用7段LED數碼顯示器.7段LED數碼顯示器俗稱數碼管,其工作原理是將要顯示的十進制數碼分成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字. LED的死區(qū)電壓較高，工作電壓大約1.5~3V，驅動電流為幾十毫安。74LS48譯碼驅動器輸出是高電平有效，所以，配接的數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由相應的BCD七段譯碼器來驅動

圖2-3-1 共陰極式與共陽極式LED數碼管的接線圖

3、調試與操作說明

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，很易氧化脫皮而產生炭化，造成虛焊。

將焊接好的電路進行調試。將電路接到+5伏電源上，觀察數碼管顯示是否正常。如果顯示正常，計數正確，是從00計數到23說明電路原理和安裝焊接正確，設計、調試成功。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計正確、是否存在虛焊、是否焊接錯誤等，找出錯誤繼續(xù)調試，直到調試成功為止。

3.4 電路板的測試情況、參數分析與實際效果

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

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

通過這次對數字鐘的設計與制作，讓我們了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于數字鐘的原理與設計理念。在此次的數字鐘設計過程中,更進一步地熟悉了芯片的結構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.

通過這次對數字電子鐘的設計作，讓我了解了電路設計的基本步驟，也讓我了解了關于數字鐘的原理與設計理念，要設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，在設計時應考慮兩者的差異，從中找出最適合的設計方法。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，必須從課堂走向實踐。這也是一次預演和準備畢業(yè)設計工作。通過課程設計，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型期。

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

課程設計達到了專業(yè)學習的預期目的。在三個星期的課程設計之后，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，并能夠結合實際存在的問題在專業(yè)領域內進行更深入的學習。

5、元器件及儀器設備明細

表1 電路圖與器材清單表

6、參考文獻

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

[2]康華光主編.電子技術基礎.數字部分.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)燒友網站：24進制計數原理.m.sdkjxy.cn/.2009.6.5.

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

7、致謝

本次課程設計主要由我們三人共同完成，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計。

責任編輯：xj

原文標題：24進制數字電子鐘時計器、譯碼顯示電路

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