数字钟的设计与制作过程

1数字钟的设计与制作一、设计指标1.显示时、分、秒。2.可以24小时制或12小时制。3.具有校时功能，可以对小时和分单独校时，对分校时的时候，停止分向小时进位。校时时钟源可以手动输入或借用电路中的时钟。4.具有正点报时功能，正点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。（选做）5.为了保证计时准确、稳定，由晶体振荡器提供标准时间的基准信号。二、设计要求1.画出总体设计框图，以说明数字钟由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，时钟信号传输路径、方向和频率变化，并以文字对原理作辅助说明。2.设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。3.选择合适的元器件，并选择合适的输入信号和输出方式，在面包板上接线验证、调试各个功能模块的电路。在确保电路正确性的同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。（也可选用Mutisim仿真）4.在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线，进行合理布局，进行整个数字钟电路的接线调试。三、制作要求自行在面包板上装配和调试电路，能根据原理、现象和测量的数据检查和发现问题，并加以解决。四、设计报告要求1.格式要求（见附录1）2.内容要求①设计指标。②画出设计的原理框图，并要求说明该框图的工作过程及每个模块的功能。③列出元器件清单，并画出管脚分配图和芯片引脚图。④画出各功能模块的电路图，加上原理说明（如2、5进制到10进制转换，10进制到6进制转换的原理，个位到十位的进位信号选择和变换等）。⑥画出总布局接线图（集成块按实际布局位置画，关键的连接应单独画出，计数器到译码器的数据线、译码器到数码管的数据线可以简化画法，但集成块的引脚须按实际位置画，2并注明名称）。⑦数字钟的运行结果和使用说明。⑧设计总结：设计过程中遇到的问题及解决办法；设计过程中的心得体会；对课程设计的内容、方式等提出建议。五、仪器与工具1.直流电源1台。2.四连面包板1块。3.数字示波器（每两人1台）4.万用表（每班2只）。5.镊子1把。6.线剥钳1把。7.斜口钳1把。8.螺丝刀2把。六、器件与连线1.共阳八段数码管6个。2.74LS51集成块1块。3.74LS47集成块6块。4.74LS74集成块1块。5.74LS390集成块3块。6.74LS08集成块1块。7.74LS00集成块2块。8.CD4060集成块1块。9.10MΩ电阻5个。10.470Ω电阻6个。11.30p电容2个。12.32.768k时钟晶体1个。13.单股线1米（每人）。七、元器件资料（详见附录2）3(1)74HC00D(2)74LS08(3)74HC390D(4)74HC51D(4)CD4060(5)74LS74(6)74LS47(7)数码管AedcdpAgfab4八、组成框图九、各功能模块电路（仿真详见附录3）4060BP_5VO122O133RTC10O37MR12RS11O45O54O66O714O813O915O111CTC9R145-32.768kHz10MΩ0.5%30pF30pF2Hz输出4060构成脉冲发生及分频电路55VABCDEFGCA100¦¸0.5%74LS47仿真电路74LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC1674LS47构成译码驱动电路U2ABCDEFGCAR1100¦¸0.5%U174LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U3A74HC390N_6V1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2V120Hz5VVCC5V74390构成十进制计数器6U2ABCDEFGCAR1100Ω0.5%U174LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U3A74HC390N_6V1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2V120Hz5VVCC5V74390构成六进制计数器U4A74LS00DU4B74LS00DU2ABCDEFGCAR1100Ω0.5%U174LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U3A74HC390N_6V1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2V1200Hz5VVCC5VU4ABCDEFGCAR2100Ω0.5%U574LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U6A74HC390N_6V1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2VCC5VU7A74LS00DU7B74LS00D74390构成六十进制计数器7U2ABCDEFGCAR1100¦¸0.5%U174LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U3A74HC390N_6V1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2V1200Hz5VVCC5VU4ABCDEFGCAR2100¦¸0.5%U574LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U6A74HC390N_6V1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2VCC5VU7A74LS00DU7B74LS00D74390构成二十四进制计数器C16.2uFR31kΩ0.5%校时电路（分校时时，不会进位到小时）8十、总设计电路图（见附录4）十一、注意事项1.要求学生根据原理和芯片引脚图，分功能设计原理图，并根据接线顺序分步骤验证。2.容易出现故障为接触不良。a)集成块引脚方向预先弯好对准面包板的金属孔，再小心插入。b)导线的剥线长度与面包板的厚度相适应（比板的厚度稍短）。c)导线的裸线部分不要露在板的上面，以防短路。d)导线要插入金属孔中央。3.按照原理图接线时首先确保可靠的电源和接地。4.注意芯片的控制引脚必须正确接好。5.检查故障时除测试输入、输出信号外，要注意电源、接地和控制引脚。6.要注意芯片引脚上的信号与面包板上插座上信号是否一致（集成块引脚与面包板常接触不良）。7.为了便于测试，可将2Hz信号直接输入到各级计数器。8.接校时电路时可接模拟信号输入（如1Hz和2Hz）测试输出信号的切换正确后，再将秒进位和分进位信号接到校时电路，再接校时电路输出到分计数器和时计数器。从较时电路接入信号时，必须将原进位信号拔掉。十二、设计日程安排3月7日（06级4、5班）/3月14日（06级6、7班）：1.分发仪器、工具、器件。2.讲解总体设计的过程，明确数字钟实现的功能，由哪些相对独立的功能模块组成，各个模块之间互相联系，时钟信号传输路径、方向和频率变化。3.讲解面包板的结构和使用方法，连接导线的要点，包括导线剥线头、插线方法、要求，检查面包板，如面包板中的导电铜片变形或移位，更换导电铜片。4.七段数码引脚排列测试，验证每段显示为一个发光二极管，同时完成对每个数码管的检查。5.分功能讲解各个模块功能实现原理、实现，搭建实际电路一个个验证(在接线时注意合理布线和接线的可靠性)，或选用Multisim软件仿真验证。(1)数码管的译码驱动电路接线、测试、译码器控制功能测试（手工输入测试电平）。除了进一步熟悉原理外，主要练习接线合理布局，走线整齐、美观，用手指触动导线时也能9正常工作。可以静态显示学号的后几位。然选一个可正常工作的译码、显示电路，分别测试译码器的3个控制引脚的作用。(2)晶体震荡电路接线、测试（用示波器测量4060输入时钟，每一路分频输出的频率）。(3)5进制计数器接线，输入用4060的2Hz，输出用数码管显示。(4)10进制计数器接线、测试。(5)6进制计数器接线、测试（在10进制基础上改）。(6)60进制计数器接线、测试。(7)24进制计数器、测试（在60进制基础上改）。(8)校时电路接线，用示波器观察电路的信号选择功能。5.在熟悉各个功能模块基础上，结合对总体框图的理解，设计总接线图。3月7日（06级4、5班）/3月15日（06级6、7班）：6.根据总接线图各种元器件数量、连线，在面包板上确定所有元器件布局。7.按以下顺序接线：晶体震荡、秒电路、分电路、时电路。8.如时间允许加接校时电路和报时电路（整点报时）。9.写课程设计报告。(1)设计指标要求。(2)总体框图设计。(3)功能模块设计（对所用元器件使用作一些说明）。(4)总电路图设计。(5)训练总结：遇到的问题和解决办法、体会、意见、建议等。10U1ABCDEFGCAU2ABCDEFGCAU3ABCDEFGCAU4ABCDEFGCAU5ABCDEFGCAU6ABCDEFGCAU774LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U874LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U974LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U1074LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U1174LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U1274LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U13A74LS390N1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U13B74LS390N1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U14A74LS390N1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U14B74LS390N1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U15B74LS390N1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U15A74LS390N1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U19A74LS51D81121391011U19B74LS51D62345U16A74LS00DU16B74LS00DU17A74LS00DU17B74LS00DU18A74LS00DU18B74LS00DU20A74LS74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U214060BP_5VO122O133RTC10O37MR12RS11O45O54O66O714O813O915O111CTC9R110MC130pFC230pFX1R145-32.768kHzR210MR310MR410MR510MS1Key=AS2Key=BVCC5VVCC5VVCC5VVCC5VVCC5VVCC5VVCC5VVCC5VVCC5VVCC5VU22A74LS08DU22B74LS08DU22C74LS08DR6200R7200R8200R9200R10200R112001234561312111098151214141512121514