数字电子技术课程设计-基于数字钟的大小月份自动调节系统.doc

湖南工程学院 课 程 设 计 课程名称课程名称 数数 字字 电电 子子 技技 术术 课题名称课题名称 基于数字钟的大小月份自动调节系统基于数字钟的大小月份自动调节系统 专专 业业 xxxxxxxxx 班班 级级 xxxx 学学 号号 2008xxxxxxxx 姓姓 名名 XX 指导教师指导教师 XXX 2011 年年 1 月月 5 日日 湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称: 数数 字字 电电 子子 技技 术术 题 目: 基于数字钟的大小月份自动调节系统基于数字钟的大小月份自动调节系统 专业班级: XXXXXX 学生姓名: xx 学 号: 2008XXXXXXXXX 指导老师: xxx 审 批: 任务书下达日期 2010 年 12 月 27 日星期一 设计完成日期 2011 年 1 月 5 日星期五 设计内容与设计要求 一设计内容： 1、设计一基于数字钟的大小月份自动调节系统 要求如下: . 实现大小月份自动调节功能。即日期的计数实现 大月 31 天，小月 30 天，二月 28 天。 2、用 EWB 进行仿真 3、在实验室组装实际电路并调试通过 4、写出设计报告 二、设计要求： 1、思路清晰，给出整体设计框图和总电路图； 2、单元电路设计，给出具体设计思路和电路； 3、写出设计报告； 主要设计条件 1提供调试用实验室； 2提供调试用实验箱和电路所需元件及芯片； 说明书格式 1 课程设计封面； 2 任务书； 3 说明书目录； 4 设计总体思路，基本原理和框图（总电路图） ； 5 单元电路设计（各单元电路图） ； 6 安装、调试步骤； 7 故障分析与电路改进； 8 总结与体会； 9 附录（元器件清单） ； 10 参考文献 11、课程设计成绩评分表 进度安排 第一周星期一 上午 布置任务、讲解 星期一 下午-星期二下午 查资料进行设计 第二周星期一上午 领元件（实验楼四楼电子实习实验室） 星期一 下午-星期四下午调试电路（实验楼四 楼电子实习实验室） 星期五 答辩 参考文献 数字电子技术基础 周良权编 电子技术课程设计指导 彭介华编 电子技术基础实验 陈大钦编 目目 录录 一一、设设计计总总体体思思路路与与基基本本原原理理. . . . . . . . .7 二二、设设计计框框图图. . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 三、总电路图9目录 第第 1 1 章章 设设计计总总体体思思路路与与基基本本原原理理7 7 1.1 设计总体思路.7 1.2 基本原理.7 1.2.1 月份显示器.7 1.2.2 日显示器.8 1.2.3 控制调节电路.8 1.3 总体设计简图及电路总图.9 1.3.1 总体设计简图.9 1.3.2 电路总图：.9 第第 2 2 章章 单单元元电电路路的的设设计计. . . . . . . . . . .1 11 1 2.1 计数显示器电路.11 2.1.1 计数显示器主要元件.11 2.1.2 12 月计数显示电路.11 2.1.3 31 天计数显示器电路.12 2.1.4 30 天显示计数器电路.13 2.1.5 29 天计数显示电路.14 2.2 控制调节电路.15 2.2.1 3 线-8 线译码器.15 2.2.2 74LS153 数据选择器 .16 第第 3 3 章章 安安装装、调调试试步步骤骤与与故故障障诊诊断断1 18 8 堤堤 4 4 章章 故故障障分分析析与与电电路路改改进进. . . .2 20 0 第第 5 5 章章 总总结结与与体体会会. . . . . . . . . . . . . . . . . .2 21 1 第第 6 6 章章 附附录录. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 23 3 6.1 元件清单.23 6.2 参考文献.23 第第 7 7 章章 电电气气与与信信息息工工程程系系课课程程设设计计评评 分分表表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 24 4 四四、主主要要芯芯片片功功能能介介绍绍. . . . . . . . . . . . .10 74160 十进制计数器 .10 74161 十六进制计数器 .11 74153 八选一数据选择器.12 五五、单单元元电电路路. . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 （一）日计数器模块.13 （二）月计数器模块.14 （三）数据选择器模块.15 （四）控制模块.16 六六、安安装装与与调调试试. . . . . . . . . . . . . . . . .18 七七、故故障障分分析析 与与电电路路改改进进. . . . . . . . . . .19 八八、总总结结与与心心得得体体会会. . . . . . . . . . . . . .20 九九、附附录录（元元器器件件清清单单）. . . . . . . . . . .21 十十、参参考考文文献献. . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 一一、设设计计总总体体思思路路与与基基本本原原理理 本次设计要求具有大小月份自动调节功能，即日计数器实现大月31 天，小月 30 天，二月 28 天。基于要求可用两片十进制计数器 （74160）级联构成日计数器，控制置数端使其每次从01 开始计数 （对应每月第一天是1 号） ;从日计数器的输出通过与非门等译出 31、30、28 这三个信号，再根据月计数器的四个输出端译码输出两个 控制端控制 74153 的数据选通端，选择译出的31、30、28 三个信 号，同时月计数器加1，当月数为 12 时输出端用与非门控制其同步 置数端置 1。 设计的基本原理为：1、两片 74160 构成日计数器， 74160（1）为高位片， 74160（2）为低位片，两片74160 的同步脉 冲，清零端 CLR 都接高电平（不清零） ，74160（2）的 D、C、B、A 置数端为 0001，74160（1）的 D、C、B、A 置数端为 0000，74160（2）的使能端 ENP、ENT 接高电平，其进位端RCO 接 到 74160（1）的使能端 ENP，ENT 接高，两片 74160 的置数端接到 一起，由 74153 的选通输出信号控制，当日期为31、30 或 28 时， 它们的置数端会分别为0，置数后日期低位置为1，高位置为 0。2、16 进制计数器 74161 构成月计数器，其脉冲与74160 的脉 冲是同步的，使能端ENT、A、CLR 接高电平， ENP 接 74160 置数端 的反，即在日置数时月份加1，其置数输入为0001，置数端 LOAD 由它的输出端译码控制，即在12 月后置 1。3、由日计数器译码产 生的 28、30、31 三个信号分别接到74153 数据选择器的 1C0、1C1、1C2,数据选择器的个1G接地，选择端A、B 与月计数 器译码输出两个信号相接，实现BA 在 2 月时输入为 10；1、3、5、7、8、10、12 月 BA 为 00；4、6、9、11 为 01，以 时钟 置数端 输出 输入 日计数器（高） 74153 数据选择 器 控制逻辑 月计数器脉冲 月显示 逻辑电路 （28、30、31 天） 日显示 时钟 置数端 输入 输出 日计数器（低） 0001 0000 控制通道选通而实现31、30、28 三种不同月数。 二二、设设计计框框图图 图 1 三三、总总电电路路图图 四四、主主要要芯芯片片功功能能介介绍绍 74160 十进制计数器 (1)74160 的引线图如下图所示 (2)74160 的功能表 CLK CLRLOAD ENP ENT工作状态 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 置零 预置数 保持 保持（但 C=0） 计数 它的主要功能为： 异步清除：当CLR=0 时，无论有无CLK，计数器立即清零， QD-QA 均为 0，称为异步清除。 同步预置：当LOAD=0 时，在时钟脉冲上升沿的作用下， QD=D，QC=C，QB=B，QA=A。 当使能端 ENP=ENT=1 时，计数器计数。 锁存：当使能端ENP=0 或 ENT=0 时，计数器禁止计数，为锁 存状态。 74161 十六进制计数器 (1)74161 的引线图与 74160 基本一致 （略） (2)74161 的功能表 CLK CLRLOAD ENP ENT工作状态 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 置零 预置数 保持 保持（但 C=0） 计数 它的主要功能为： 异步清除：当CLR=0 时，无论有无CLK，计数器立即清零， QD-QA 均为 0，称为异步清除。 同步预置：当LOAD=0 时，在时钟脉冲上升沿的作用下， QD=D，QC=C，QB=B，QA=A。 当使能端 ENP=ENT=1 时，计数器计数。 锁存：当使能端ENP=0 或 ENT=0 时，计数器禁止计数，为锁存 状态。 74153 双四选一数据选择器 (1)74153 的引线图如下图所示 (2)74153 的功能表 当选通输入端1G=0 时， 1Y 是 B,A 的四选 1C3、1C2、1C1、1C0 一输出， BA 组成 11、10、01、00 分别对应 输出 1C3、1C2、1C1、1C0。利用这一点，另一通路选择与1 选择 通路一样，实现组合逻辑函数。 五五、单单元元 电电路路 （一一）日日计计数数器器模模块块 设计思路： 采用并行级联方式连接两片74160 作为日计数器。两片74160 的 CLK 为同一个脉冲信号（此处采用手动脉冲），高位 74160 的 ENP 由低位 74160 的进位端控制，此为它的进位功能。高位的输入端 DCBA 为 0000，低位的 DCBA 为 0001，低位的输入端D0 接高电平， 当置数数将从01 开始计数。其置数端与74153 的输出端 Y 相接。 单元电路图如下： （二二）月月计计数数器器模模块块 设计思路： 原理略同日计数器。采用一片16 进制的 74161 作为月计数器。 月计数器的置数端由其输出端控制，用与门与输出端D、C 端连接， 其输出再和 74153 输出的反 Y接与非门并将输出接到置数端 LOAD ，由此实现了112 位数与 CLK 同步的循环。将计数器的输 入端 DCBA 接为 0001，由此实现了从1 开始计数的功能。月计数器 的 ENT,CLR都接高电平， ENP 接一开关，实现能手动设置月份。 单元电路图如下： LED 数码管依次显示的数字： （三三）数数据据选选择择器器模模块块 设计思路： 如图所示，地址端A、B 分别接 74161 输出的 D、C、A 经过 逻辑电路的两个输出，这样可将三种月份大、小、平月从12 个月 区分出来。 153 的 1C2、1C1、1C0 分别接从日期显示引出的三条逻 辑电路（ 28、30、31 三种月的天数信号） ，Y 传输给日置数端， Y 接到月的 ENP 端。 单元电路图如下： （四四）控控制制模模块块 设计思路： 三种置数日期（ 31、30、28）信号输出电路：为了找出三种月份 的特殊天数，日期显示的低位的A 及高位的 B、A 通过与非门连接， 当且仅当高位为xx11、低位 0001 时输出一低电平信号，即31 天； 三十天时将日期高位的BA 接与非门后（此处用一与门加以非门）再 与 31 天的输出信号相与再做30 天的信号输出，目的是防止在设置日 期后若日恰好为31 时其不能正确地输出置数信号；28 天的信号则 只用了高位的B 和低位的 D，即 0010、1000 时，利用者两端接与非 门即可得到 28 天的置数信号。电路采用同步CLK 信号，所以日期 及月数都会同步变化。再将得到的三种置数信号接到74153 的 1C2、1C1、1C0，它们有 153 的 AB 选择端控制。下图为此部分的逻 辑电路图： 三种天数的选择电路：从与计数器的D、C、A 三端引线接入 大小月份判断逻辑电路中，74153 的选择 A 端与引入的 DCA 三端 的逻辑表达式为： A C D+AD；选择 B 端与引入的 DCA 三端的逻 辑表达式为： ACD。上两表达式时将1 到 12 月的真值表列出而化 简的 ,31 天的为 00,30 天的为 01,28 天为 10，其他月数不须考虑： 月数BA月数BA 000100011100 001010100000 001100100101 010001101000 010100101101 011001110000 此电路如下： 六六、安安装装与与调调试试 （1）安装 1）领取实验箱子，面包板，以及设计电路所需要的各种芯片，并 测试各芯片的好坏。 2）将面包板固定在实验箱中，然后将已测试好的芯片合理的安装 在面包板上。 3）接通实验箱的电源，然后在实验箱中检测每根导线的好坏，为 接电路做准备。 4）按照已仿真好的电路图进行分模块接线，并在每个模块接好后， 进行模块电路的测试。 5）将各模块安装好以后，再将模块之间连接起来，待整个电路安 装完成以后，接通实验箱的电源，观察电路的运行情况，看电路能否正 常工作，如果电路不能正常运行，则进行下一步工作调试。 （2）调试 1）检查所用的两片七段显示器是否是好的。 2）检查面包板上的芯片是否与面包板接触良好。 3）检查各芯片的电源和地是否接完整。 4）观察是否与实验箱接触，如果接触将面包板调整适当高度。 5）检查导线是否与面包板接触不良。 6）利用发光二极管为状态灯，对电路的各模块进行检查观察各模 块电路是否正常。 7）检查所接电路是否与仿真电路相符，观察是否有漏接的元件或 导线。 七七、故故障障分分析析 与与电电路路改改进进 部分故障分析：部分故障分析： 1、七段数码显示器并不是按照电路的要求显示。 分析：每次通电均出现8，检查七段显示器接线是否正确，其次 检查与显示器连接的芯片供电是否正常或连接是否稳定，经过换线处理 其初始化及之后都能正确显示。 2、每个月份均出现为28 天。 分析：此说明74153 的 BA 选择端置为 10，先将它的 B 端直接接 低电平，再接通调试，若仍为28 天说明与 B 连接的这段线出现断路， 换线即可；若为一直31 天将 A 端接高电平，再进行测试，若出现了 某个为 30 天则是 A 端输入那部分电路出问题。 3、在非手动设置月份的情况下，月数与日同时增加。 分析：说明 74161 的 ENP 为高电平，检查与此连接的线是否断路， 若不是则检查非门（7404 芯片）是否正常工作或与其连接的线是否正 常。依次顺藤摸瓜式检查。 电电路路改改进进： 在设置月份时，日也会增加，再增加一个开关可以解决此问题，但 操作也会随之变得复杂，所以电路改为异步脉冲（CLK）更好。 八八、总总结结与与心心得得体体会会 此次的数电电子技术课程设计让我熟悉了很多数电的知识，特别是 更加熟练的掌握了数电电路的设计。这次大小月份自动调节系统主要 的困难在于区分每个月的是大月还是小月，这部分的逻辑电路需要写出 真值表并化简出最简形式，并以此连接与非门等的逻辑电路。由于日 期需要同步变化，所以采用全部为同步时钟，但同步时钟也带来一些问 题：如月的设置问题，日会随月的设