课程设计：基于数字钟的大小月份自动调节系统课程设计说明书

1、湖南工程学院课 程 设 计课程名称 数 字 电 子 技 术 课题名称基于数字钟的大小月份自动调节系统专 业 自 动 化 班 级 0701 学 号 姓 名 指导教师 2010年 06 月 04 日湖南工程学院 课程设计任务书课程名称: 数 字 电 子 技 术题 目: 基于数字钟的大小月份自动调节系统 专业班级: 自动化学生姓名: 学 号: 指导老师: 审 批:任务书下达日期 2010年5月 24日星期一设计完成日期 2010年6月 4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，

2、二月28天或29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

3、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 陈大钦编目录一、设计总体思路与基本原理71 设计思路72 基本原理73 总体设计简图及电路总图8二、单元电路的设计101. 计数显示电路的设计102 控制调节电路19三、安装、调试步骤与故障诊断22四、故障分析与电路改进23五、总结与体会24六、附录261、材料清单262、参考文献26七、课程设计成绩评分表27一、设计总体思路，基本原理和框图1.设计思路

4、 该电子时钟具有自动调节大小月份的功能，日期的显示可由两片数码管显示器组成，由两片74ls160进行选择显示；月的显示用一片数码管显示器组成，可由一片74ls161进行选择；控制调节电路则是利用74ls153四选一数据选择器和组合控制逻辑电路去控制日期计数器的置数端及月份计数器的时钟，用74ls138进行译码，将大小月份选择出来，从而实现大小月份自动调节功能。电路中连入逻辑各功能芯片将电路进行调节。 2基本原理（1）计数显示电路 “日期计数器” 采用两片十进制计数器74ls160同步预置数（高位片置入0000，低位片置入 0001）构成，控制置数端使其每次从1开始计数（对应每月第一天是1号），

5、计数脉冲由实验仪上标准方波信号源提供，并通过试验仪上的译码显示器显示出来；“月计数器”采用一片74ls161计数器通过预置数做成十二进制计数器，从而进行1-12月份的累计计数，并通过试验仪上的译码显示器显示出来。（2）控制调节电路当逻辑电路从日计数器的输出端译出28(或29)、30、31三个信号送入数据选择器数据输入端，控制逻辑电路从月份计数器输出端用74ls138译码分出1-12月送入数据选择器地址输入端，数据选择器153根据月计数器输出的月份选择译码电路译出的相应一路信号去控制日期计数器的置数端及月份计数器的时钟，从而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2

6、8天（闰年二月为29天）。控制电路从月计数器的输出中用74ls138译出二月、小月和大月三组信号，通过组合逻辑电路将要显示的月份所对应的数据送入74ls153数据选择器的数据端。令数据选择器的地址端输入为1x0=31，1x1=30，1x2=29，1x3=28，a=（1、3、5、7、8、10和12月），b=（4、6、9和11月），2月用组合逻辑门分别与a、b连接，由153逻辑函数式1y=1c0（ab）+1c1（ab）+1c2（ab）+1c3（ab）g可知当a和b都为0即选通31天，当a和b为01时选通30天，当ab为10时选通29天，当ab为11时选通28天，如此可自动调节天数。日 显 示输出日

7、计数器（高位） 时钟 置数控制端 数据输入输出日计数器（低位）时钟置数控制端数据输入 译码数据选择器 控 制 逻 辑月 计 数 器时钟0000 0001a1a0级联来自时“计数器”月 显 示 3. 总体设计简图及电路总图图1.3.1 设计简图29 . 二、单元电路设计（各单元电路图）1. 计数显示电路的设计（1） 28进制日计数器“28进制计数器”采用两片十进制计数器160同步预置数构成，控制置数端使其每次从1开始计数（对应每月第1天）。图中load为同步置数控制端，mr为异步置0控制端，ent和enp为计数控制端；d0-d3为并行数据输入端,q0q3为输出端，rco为进位输出端。当计入28个

8、脉冲，经担任译码器的74ls00译码产生低电平信号立刻被74ls153选正输出低电平将两片74ls160置成0000，0001，于是便得到了二十八进制。由于74ls160为10进制同步计数器，当计数到（1001）9时，会在rco端产生一个1的脉冲（rco平时为0）。作为高位片的ep和et输入 ，当下一个cp信号来时高位片为计数工作状态，计入1，而低位片计成0（0000），它的c端回到低电平。而低位片的ep和et恒为1，始终处于计数工作状态。当mr=1,load=0时，在时钟脉冲cp上升沿到来时，并行输入的数据d0d3被置入计数器相应的触发器中，q0q1q2q3=abcd。当load=clr=e

9、np=ent=1,cp端输入计数脉冲时,计数按照8421bcd码的规律进行十进制加法计数。当load=clr=1,且ent和enp中有0时，则计数器保持原来的状态不变。在计数器执行保持功能时，如enp=0、ent=1时，则rco=entq3q0=q3q0;如ent=0、enp=1时，则rco=entq3q0=0。下图所示为由两片74ls160级联组成的28进制同步加法计数器及其译码显示电路。图中ab实际由译码器及组合逻辑电路将11数据输入。 图2.1.1 二十八天计数器（2） 30进制日计数器原理如28进制日计数器，具体线路图如下所示。此时下面74ls160load接74ls153的输出端，1

10、53的输出端经过反相器后再输入74ls161的enp和ent端从而实现月的进位，与非门的输入端接q1q0输出端接74ls153的1x1端。图中ab实际由译码器及组合逻辑电路将01数据输入。 图2.1.2 三十天计数器（3） 31进制日计数器原理如28进制日计数器，具体线路图如下所示。此时下面的74ls160的load接74ls153的输出端，153的输出端经过反相器后再输入74ls161的enp和ent端从而实现月的进位，与非门的输入端接一片的q1q0和二片的q0输出端接74ls153的1x0端。图中ab实际由译码器及组合逻辑电路将00数据输入。 图2.1.3 三十一天计数器（4） 29进制日

11、计数器 当为闰年时，2月为29天。 原理如28进制日计数器，具体线路图如下所示。此时下面的74ls160的load接74ls153的输出端，153的输出端经过反相器后再输入74ls161的enp和ent端从而实现月的进位，与非门的输入端接一片的q1和二片的q3q0输出端接74ls153的1x2端。图中ab实际由译码器及组合逻辑电路将10数据输入，在整体电路图中用开关来控制闰年2月的天数选择。 图2.1.4 二十九天计数器（5） 12进制月计数器它是用一块74ls161芯片和一个二输入与非门芯片实现的。通过对74ls161的置数端 load的预置数，此时load接与二输入非门的输出端，与非门的输

12、入端接q2和q3，d0端置1，d1、d2、d3端置0，表示计数器从1开始计数，当第11个输入脉冲信号（11月份）来时经与非门产生低电平信号，待第12个脉冲信号（12月份）来时计数器将置1，表示1月份，周而复始。此反馈调节将十六进制计数器74161做成十二进制月计数器，原理图如下所示。 图2.1.5 十二月循环计数器在实际电路中，74ls161的enp和ent引脚与数据选择器的输出端y1经反向后与之相连接，即由日计满后进位来控制月的进位。此时由于进位控制的原因，在实际总电路图中应当用一片3输入的与非门来控制，与非门的第三个引脚接31天的输出经反向后的输出端，这样才会避免出现13月。（6）计数部分

13、所用的主要元器件有：74160十进制计数器(1)74160的引脚图（2）74160的功能表它的主要功能为：异步清除：当clk=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。74163十六进制计数器74163的引脚图其主要功能与74160相似。 7400二输入与非门（1）7400的引脚图（2）7400的功能表7400是应用广泛的数字ic之一，它们内含4个独立的2输入端与非

14、门，其逻辑功能是：输入端全部为“1”时，输出为“0”；输入端只要有“0”，输出就为“1”。 led数码管，引线图如下图所示 在ewb软件中则用 表示。七段led显示器也称数码管是由发光二极管组成的一个列阵,它可以直接显示出译码器输出的十进制数。七段发光显示器有共阴和共阳两种结构。共阳极接法就是发光二极管的阳极都接到一起接到高电平上；共阴接法则相反，就是把发光二极管的阴极都连在一起接地。在数字集成电路中，七段译码器/驱动器是专门用来驱动数码管发光显示数码的。能够驱动共阴极结构led数码管的集成电路有：74ls48、74ls49、74ls248、74ls249、cc4511、mc14495等；能够

15、驱动共阳极结构led数码管的集成电路有：74ls47、74ls246、74ls247等。2. 控制调节电路（1） 数据选择器引线图 : 74153为2四选一选择器，它的逻辑功能如下图所示具体接线如下： 图2.2.1 数据选择器接线ab为选择输入端，1x01x3为数据端, 1y为数据输出端，1e为底电平有效的选通输入端。它的原理是通过给定不同的地址代码（即x1x0的状态），即可从4个输入数据中选出所要的一个，并送至输出端y。（2） 组合控制逻辑当x1x0分别为00、01、10、11时，数据选择器分别选择x0、x1、x2、x3，它们分别代表31、30、29、28（日数），并输出对应y值，从而对日计

16、数器进行控制调节。组合逻辑即是将112月份各月所包含的天数对应至地址输入端a1、a0中。电路中用两片74ls138组合成四输入的译码电路，分别译出12个月份，在译码器的输出端将大小月份区分开分别用组合逻辑电路实现00、01、10、11四个数据的输出。用到译码器应当注意到74ls138译出的为反码。具体接线如图2.2.2 图2.2.2 组合控制逻辑该组合控制逻辑电路由两片74ls138、一个四输入或非门、一个二输入或非门、一个七输入与门、一个二输入与门组成。a、b接数据选择器地址信号，这样能按月份计数器74ls163的d0、d1、d2、d3端月份的输出天数分别选择出来，从而实现大小月份的显示。此

17、电路还能区分出闰年二月的输出天数，当为闰年时将开关合上即可实现二月输出29天。三、 安装、调试步骤与故障诊断调试前检查导线，选用连接良好的导线用于调试时使用;用芯片检测仪检查芯片引脚有无短路，芯片有无损坏，连接处有无接触不良。然后按照电路图进行连接。电路分四个单元块接，分别一步一步实现。首先，先连接日计数器部分，并使其与显示器相连。此时已通好电源。在做28、30、31进制时，分别用与非门连到load端，反馈置数，并观察显示器，当显示器能够显示正确的数字达到相应功能时，再继续下一步，如果不能正确显示，就要检查线路是否连正确，电路的引脚有无错接和漏接，互碰等情况。其次，连接月计数器，并使其与显示器

18、相连。连好后观察是否能显示数字。如果不能正确显示，就要检查线路是否连正确。紧接着，断开电源，连接数据选择器和逻辑电路图，全部连好后，再接通电源，观察显示器上的数字。 按照这样的步骤，第一次接线时连接日显示的时候没有出错，可是连接完显示月的计数器之后，显示的数字就静止不动了，由于接线过于紧密，仔细检查之后也没能排除故障。没办法只得拆线从头开始，第二次我们成功了，第二次的接线更加细心，总结第一次的经验，将各个芯片合理布局，正确安排走线的顺序和方向。能顺利完成此次电路设计和硬件接线的成功是很高兴的。四、 故障分析与电路改进故障产生的原因很多，情况也很复杂，本实验产生故障的原因主要有以下几种：（1）定

19、型芯片使用一段时间后出现故障，元器件损坏，连接线路是发生短路或断路（接插件接触不良）；（2）新设计安装的电路来说，故障原因可能是，实际电路、与设计的原理图不符；元器件使用不当或损坏；连线发生短路或断路现象等；（3）仪器使用不正确引起的故障；（4）芯片布局不合理，引脚走线不合理。常用的故障排除方法：（1）直接观察法：直接观察法包括不通电检查和通电检查。检查仪器的选用和使用是否正确；集成电路的引脚有无错接和漏接，互碰等情况；布线是否合理，电阻和电容有无烧焦和炸裂等。仔细观察元，器件有无发烫、冒烟，电子管是否亮。（2）对比法：怀疑某一电路存在问题时，可将此电路与工作状态相同的正常电路的参数进行一一对

20、比，从中找到电路的不正常情况，进而分析故障原因，判断故障点。（3）短路法：用万用表测量拐角对地无电压。（4）断路法：把稳定的电压接入一带故障的电路，使输出电流过大，我们采取依次断开电路的某一支路的办法来检查故障。（5）分部检测法：电路分四个单元块，分别断开各个单元连接点，输入合适的数据看是否有相应的显示结果。五、 总结与体会作为工科学生，动手实践很重要，理论联系实践是很重要的。经过两周的数字电子技术课程设计，又一次加强了我们动手、思考和解决问题的能力，我们以前也做过这样的训练，对我们的能力有很大的提高，像电工实习。但这次是第一次完全由自己设计电路然后接成实物，遇到的困难可想而知，但最终还是很好

21、的完成了任务，而且使我受益匪浅。尝到了收获的甜头真的很兴奋，并且此次设计我们这组是第一个顺利完成，并完全按照老师的要求实现了整个电路的设计。第一周我们主要任务是老师布置课题，并对课题了解后画出仿真电路图。此次仿真我们用的是proteus仿真软件，由于是第一次接触这个软件，有很多不熟悉的地方，于是我们就在图书馆里找来几本相关的书，边看书边在电脑上实践。电路图的设计，特别是各模块的设计，要考虑很多东西，书本上理论上的东西与在实际运用中还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入理解，而且要不断的更正以前的错误思维，一切问题都要靠自己与队友一点一滴的解决，而在解决问题中过程中发现自己在不断地提升。如怎样接才正确？怎样调整线才好看？怎样把门转化为必要的芯片才能节约芯片？电路图出来后，我就开始运用proteus软件连线仿真。第一次仿真结果不是很令人满意没能实现，然后反复查阅资料，查看所用到芯片的功能作用，最后经过反复的调试运行，终于实现了老师要求的结果。仿真出来后，填写元器件清单到老师那里领取所需的芯片与试验箱。把基本芯片合理布局下，认真考虑了合理、美观、高效和易懂性几个方面后，根据实际情况绘制了安装接线图。然后照图连线，连线过