- 1 - 數(shù)碼管顯示的多功能數(shù)字鐘 項目設計方案 1 設計內容及要求 計內容 設計一個數(shù)碼管顯示的多功能數(shù)字鐘 。 計要求 1、時鐘功能。具有顯示日、時、分、秒的功能。 2、具有快速較準時、分、秒的功能。 3、具有整點報時的功能，在離整定 10自動發(fā)出鳴叫聲，步長 1s，每隔1s 鳴叫一次，前 4 響是低音，后 1 響為高音，共鳴叫 5 次，最后 1 響結束時為整點。 4、整點報時高音為 1000 5、計時準確度，每天計時的誤差不超過 10s。 2 電路設計方案及其論證 路設計方案 1 理框圖 時計時電路 分計時電路時數(shù)碼顯示管 分數(shù)碼顯示管 秒數(shù)碼顯示管譯碼管 譯碼管 譯碼管秒計時脈沖校時電路時校時分校時秒計時電路 - 2 - 圖 原理電路圖 1 3 - 圖 路設計方案 2 理框圖 方案 2的基本原理框圖和方案一相同。 理電路圖 1 4 - 圖 案論證 數(shù)字電子鐘由信號發(fā)生器、計數(shù)器、數(shù)碼顯示管、校時控制電路組成。時鐘源產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號送進秒計時器，通過六十進制的秒計數(shù)器后產(chǎn)生一個 分脈沖，使分計數(shù)器計一次數(shù)，同樣通過分計數(shù)器產(chǎn)生一個時脈沖，使時計數(shù)器計一次數(shù)。最后一整個循環(huán)下來，通過反饋清零對數(shù)字鐘清零。在計數(shù)過程中計數(shù)器 - 5 - 的輸出端接譯碼器，將二進制碼傳送到數(shù)碼顯示管，則可以顯示時間。校時電路則是通過開關來控制各個芯片的脈沖輸入端，需要校時時，該芯片接開關控制的單脈沖則可以通過一次次的單脈沖來校正時間。 3 單元電路的說明及各參數(shù)的計算 蕩電路 路原理圖 圖 諧振蕩器也稱無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，同時無需外加觸發(fā)脈沖，就能輸 出一定頻率的矩形波形。用 555實現(xiàn)多諧振蕩，需要具有一定參數(shù)的 2和電容進行連接，并且接上 +5 振蕩周期： T=C,其中當 3， 0， C=f=1 時電路 時電路所用芯片 74作原理 74 （ 1）二進制計數(shù)：將計數(shù)脈沖由 7 4 L S 9 0Q 1Q 2Q 3 Q 0C P 0 C P 1 S 9 A S 9 B R 0 A R 0 555R 1R 2V 01 3 - 6 - 圖 2）五進制計數(shù)：將計數(shù)脈沖由 由 出 圖 3） 8421 連 ,計數(shù)脈沖 7 4 L S 9 0Q 1Q 2Q 3 Q 0C P 0 C P 1 S 9 A S 9 B R 0 A R 0 7 4 L S 9 0Q 1Q 2Q 3 Q 0C P 0 C P 1 S 9 A S 9 B R 0 A R 0 7 4 L S 9 0Q 1Q 2Q 3 Q 0C P 0C P 1S 9 A S 9 B R 0 A R 0 B - 7 - 圖 4）用級聯(lián)（相當于串行進位）法和脈沖反饋法實現(xiàn)大容量計數(shù)器。 脈沖反饋：用 ， ， 1， 2， ， N 個計數(shù)脈沖 計數(shù)器的狀態(tài)。 個： ， 在輸入第 過控制電路，利用狀態(tài) 信號，送給異步置 0端，使計數(shù)器立刻置 0，即實現(xiàn)了 級聯(lián)：將多個集成計數(shù)器（如 制）串接起來，以獲得計數(shù)容量更大的 N（ =制計數(shù)器。一般集成計數(shù)器都設有級聯(lián)用的輸入端和輸出端。異步計數(shù)器實現(xiàn)的方法：低位的進位信號高位的 圖 秒計時原理 0 0 8 - 圖 的個位部分逢十進一，為十進制計數(shù)，十位部分逢六進一，為六進制計數(shù)，從而共同完成六十進制計數(shù)器，當計數(shù)到 59 時清零并重新開始計數(shù)。秒計時的個位可以直接利用十進制計數(shù)器 74行計數(shù)，由 0 增加到 9 時，芯片輸出端 1001跳變到 0000，即最高位 在十位的計數(shù)器脈沖輸入端 而實現(xiàn)個位的十進制計數(shù)和進位功能。十位收到個位的進位信號后計一次數(shù)，十位計數(shù)到 5時接下來的脈沖使其變成 6，一瞬間通過清零端反饋清零，秒計數(shù)集體清零，由于清零所需時間很短，所以顯示管上不會顯示出60，而是直接從 59跳到 00。 計時原理 分計時原理和秒計時原理一樣，同樣是通過兩塊 74聯(lián) 和反饋清零實現(xiàn)六十進制計數(shù)。 計時原理 0 4 0 4 - 9 - 圖 自分計數(shù)電路的進位脈沖使時的個位加一，十計數(shù)器由 0增加到 9產(chǎn)生向十位的進位信號，該進位信號即 在十位計數(shù)的脈沖輸入端，使十位計數(shù)，當十位計數(shù)到 2，個位計數(shù)到 4時，通過反饋清零將計數(shù)器清零，同樣由于清零時間較短，顯示管上不會顯示 24，而是從 23便可以跳到 00。 示電路 顯示電路由譯碼器 74 碼器 74作原理 圖 4段譯碼器 /驅動器。 輸出端（ 高電平有效，可驅動燈緩沖器或共陰極 要求輸出 0 15 時，消隱輸入（ 為高電平或開路，對于輸出為 0 時還要求脈沖消隱輸入（ 高電平或者開路。當 低電平時，不管其它輸入端 ,狀態(tài)如何， 為低電平。當 地址端（ 為低電平，并且燈測試輸入端（ 高電平時， 沖消隱輸出（ 變?yōu)榈碗娖?。?a 。 引出端符號 : 碼地址輸入端 - 10 - 電平有效） /脈沖消隱輸出（低電平有效） 電平有效） 電平有效） 輸出 碼顯示管工作原理 7 段數(shù)碼管一般由 8 個發(fā)光二極管組成，其中由 7 個細長的發(fā)光二極管組成數(shù)字顯示，另外一個圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點。 當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫發(fā)光。控制相應的二極管導通，就能顯示出各種字符，盡管顯示的字符形狀有些失真，能顯示的數(shù)符數(shù) 量也有限，但其控制簡單，使有也方便。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極數(shù)碼管，陰極連在一起的稱為共陰極數(shù)碼管，如圖 圖 7段數(shù)碼管內部字段 共陰極 共陽極 - 11 - 圖 7 段數(shù)碼管結構圖 發(fā)光二極管（ 一種由磷化鎵（ 半導體材料制成的，能直接將電能轉變成光能的發(fā)光顯示器件。當其內部有一一電流通過時，它就會發(fā)光。 7 段數(shù)碼管每段的驅動電流和其他單個 光二極管一樣，一般為 510向電壓隨 發(fā)光材料不同表現(xiàn)為 等。 7段數(shù)碼管的顯示方法可分為靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示，下面分別介紹： （ 1） 靜態(tài)顯示 所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示某一字符時，相應段的發(fā)光二極管恒定地尋能可截止。這種顯示方法為每一們都需要有一個 8 位輸出口控制。對于 51 單片機，可以在并行口上擴展多片鎖存 74 靜態(tài)顯示器的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導通電注一定的情況下顯示器的亮度高，控制系統(tǒng)在運行過程中，僅僅在需要更新顯示內容時， 樣大大節(jié)省了 高了 點是位數(shù)較多時，所需 I/件開銷太大，因此常采用另外一種顯示方式 動態(tài)顯示。 （ 2）動態(tài)顯示 所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描），對于顯示器的每一位而言，每隔一段時間點亮一次。雖然在同一時刻只有一位顯示器在工作（點亮），但利用人眼的視覺暫留效應和發(fā)光二極管熄 滅時的余輝效應，看到的卻是多個字符“同時”顯示。顯示器亮度既與點亮時的導通電流有關，也與點亮時間和間隔時間的比例有關。調整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于 8位，則控制顯示器 公共極電位只需一個 8位 I/O 口（稱為掃描口或字位口），控制各位 示器所顯示的字形也需要一個 8 位口（稱為數(shù)據(jù)口或字形口）。 動態(tài)顯示器的優(yōu)點是節(jié)省硬件資源，成本較低，但在控制系統(tǒng)運行過程中，要保證顯示器正常顯示， 占用了低了 時顯示亮度較靜態(tài)顯示器低。 綜合以上考慮，由于數(shù)字鐘時分秒的現(xiàn)實只需 6個數(shù)碼管，又考慮到芯片工 - 12 - 作效率與電源效率，本設計采用靜態(tài)顯示，為共陰極顯示。 時電路 校時電路功能是在其他計時功能正常 的情況下對時（分、秒）進行手動校時。 圖 作原理是當 關打向上方，電路正常計時；當開關 關 向接地端時產(chǎn)生單脈沖后，需校時的芯片計數(shù)增加一，每上下?lián)軇右淮?校時的芯片技術加一，直到校時到所需時間。 時分秒各個校時電路原理相同，再次不再贅述。 需校時的芯片 C P S 2 - 13 - 4 硬件電路的設計及其制作與調試 路仿真出現(xiàn)的問題和調試過程 仿真使用的系統(tǒng)是 該軟件平臺下將設計好的電路圖仿真出來，由于該軟件仿真功能比較強大，在電路的連接，原件的選擇都 很全面，所以仿真過程中出現(xiàn)的問題都不難解決。 主要問題有生振蕩的時候需要設定電容電阻的值，以達到產(chǎn)生的方波為1是在已有的理論知識的基礎上得到的理論值放到仿真系統(tǒng)中后不能達到需要的效果。 圖 件制作出現(xiàn)的問題和調試過程 在檢測面包板狀況的過程中 ,出現(xiàn)本該相通的地方卻未通的狀況 ,后經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)是由于萬用表筆尖未與面包板內部垂直接觸所至 . 在檢測 74動電路的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示的狀況 ,經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)主要是由于接觸不良的問題 ,其中包括線的 接觸不良和芯片的接觸不良 ,在實驗過程中 ,數(shù)碼管有幾段二極管時隱時現(xiàn) ,有時會消失 V 電源對數(shù)碼管進行檢測 ,一端接地 ,另一端接觸每一段二極管 ,發(fā)現(xiàn)二極管能正常顯示的 ,再用萬用表歐姆檔檢測每一根線是否接觸良好 ,在檢測過程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時能接通 ,有時不能接通 ,把接觸不好的線重新接過后發(fā)現(xiàn)能正常顯示了 用萬用表歐姆檔檢測有幾個引腳本該相通的地方卻未通 ,而檢測的導線狀況良好 ,其解決方法為把 74芯片拔出 ,根據(jù)面包板孔的的狀況 - 14 - 重新調整其引腳 ,使其正對于孔 ,再用力均勻地將芯片插入 面包板中 ,此后發(fā)現(xiàn)能正常顯示 。 在連接校正電路的過程中 ,出現(xiàn)時和分都能正常校正時 ,但秒?yún)s受到影響 ,特別時一較分鐘的時候秒亂跳 ,而不校時的時候 ,秒從 40 跳到 59,然后又跳回 40,分和秒之間無進位 ,電路在時 ,分 ,秒進位過程中能正常顯示 ,故可排除芯片和連線的接觸不良的問題 校正電路的連線沒有錯誤 ,后用萬用表的直流電壓檔帶電檢測秒 的 十位的 B, ,發(fā)現(xiàn) 時有電壓時而無電壓 ,再檢測秒到分和分到時的進位端 ,發(fā)現(xiàn)是由于秒到分的進位未拔掉所至 。 由于在仿真過程中沒辦法考慮所設參數(shù)是否合理 ，所以發(fā)現(xiàn)在硬件實現(xiàn)過程中電路中設定的 50和 43的電阻以及 電容沒辦法完全沒到相同的，所以，為了買元件方便，就改變了硬件的參數(shù)，但是為了達到振蕩電路 1買的電阻和電容盡量達到可以滿足公式 =1的要求即可。 - 15 - 7474輯圖、功能表 5 課程設計總結 在做課程設計的時候，我深深地體會到了知識有限是多么的讓人痛苦，所以，我今后要多學習知識，正所謂技多不壓身，學校提供了機會讓我們 學習，我們就 - 16 - 該將其放在心上。 本次課程設計是本人到目前為止覺得最有意義也是收獲最大的一次實習。