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1.2设计方案................................................................3
2.模块设计及protues仿真...................................................4
2.1显示电路....................................................................5
2.2译码器74LS48................................................................6
2.3计数器74LS90......................................................................7
2.4时钟电路.....................................................................................
2.5按键复位电路.................................................................................
2.6电路仿真效果.....................................................................................................
3.protel原理图和PCB焊接线路设计...............................................9
3.1protel原理图设计............................................................................9
3.2protelPCB焊接电路设计..................................................................9
4.元件清单.............................................................................................10
5.电路焊接.............................................................................................10
6.设计总结..............................................................................................12
参考文献...............................................................................................12
1.设计要求及设计方案
1.1设计要求
(1)设计一个数字时钟,由四个数码管显示。
(2)第一个数码管显示1/10秒,以十循环技术;
第二和第三个数码管显示秒,以六十循环计数;
第四个数码管显示分,以十循环计数。
(3)以555为中心作时钟电路,为计数电路产生时钟信号。
(4)具有一个独立按键,控制整个电路的清零。
1.2设计方案
(1)方案比较
方案一:
方案二:
方案一电路简单可行,方案二电路虽然实现功能更多,但考虑到所用芯片众多,电路庞大,无法在一块万用板上实现。
故最终选用既可以实现设计要求,又切实可行的方案一。
(2)总体方框图
电路总体方框图如下,整个电路可以分为四个大的部分。
显示部分,由四个数码管显示,电路选用数码管显示,连接简单;
译码部分,采用74LS48芯片对电路进行译码;
技术部分,采用74LS90和74LS92连接作为计数器;
时钟电路,用555定时器产生1kHz方波,再又74LS90分频为计数器提供时钟信号。
图1总体方框图
2.模块设计及protues仿真
2.1显示电路
(1)显示模块有数码管完成,数码管有共阴和共阳两种,其内部结构图如图1。
当a,b,c,d,e,f,g给相应的高低电平的时,数码管就对应显示各种数字,从而达到显示的作用。
图2数码管结构图
(2)本电路采用共阴数码管,公共端接330Ω电阻限流,对数码管进行保护。
图3显示电路图
2.2译码器74LS48
译码器74LS48有三个使能控制端,四个信号输入端口,八个信号输出端口,其真值表如下图所示。
电路连接如下图,3、4、5脚直接接高电平,开使能,使74LS48处于正常的译码状态。
A,B,C,D接计数器的输出端口,QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG分别接数码管a,b,c,d,e,f,g端口。
2.3计数电路
本电路中主要使用数字芯片74LS90作为计数器,功能表如下:
其对应输出的两种编码8421和5421如下图所示
在秒计数中,为了得到一个60进制的计数器,我们还用到了74LS92,功能表如下
74LS92为12进制计数器,编码图如下,我们发现Q3计数方式是6进制的,所以我们用Q3作为秒计数的高位。
2.3.1十分之一秒
信号由14脚CKA输入,CKB接Q0,构成输出为8421编码的计数器。
由Q3作为进位信号,使整个电路构成一个10进制的计数器。
2.3.2秒计数器
秒计数器有74LS92和74LS90构成60进制计数器,74LS90的Q3作为74LS92的进位信号,再把92的QC做为整个秒计数的进位。
2.3.3十分钟计数器
分计数在整个电路中设计为十分钟循环计数,所以这个电路也是设计为十进制计数器,电路连接和十分之一秒计数电路相同,电路连接如下图。
2.4时钟电路
(1)时钟由555定时器产生
由555定时器构成的1KHZ的自激振荡器,其原理是0.7(2R3+R4+R5)C4=1ms,f=1/t=1KHZ。
计时是10HZ的脉冲才是1/10S计一次数,所以需要分频才能得到10HZ的脉冲,如图所示电路,是两个用十进制计数器74LS90串联而成的分频器,分频原理是在74LS90的输出端子中,从低位输入10个脉冲才从高位输出1个脉冲,这样一片74LS90就可以起十分频的作用,两个74LS90串联就构成了百分频的电路,输出的便是10HZ的信号,从而达到目的。
555产生的方波,经两个74LS90两次十分频后输出给计数电路。
电路连接如下
2.5按键复位电路
按键复位电路接在了每一块计数芯片的清零端,但没有按键按下的时候,计数器正常计数,当有按键按下的时候给R0
(1)、R0
(2)两个清零端一个高电平,使四个计数芯片全部清零,从而数码管显示也为零。
3.protel原理图和PCB焊接线路设计
3.1protel原理图设计
在电路仿真完成之后,进行了protel的原理图设计,最终设计图如下:
3.2protelPCB焊接电路设计
根据protel原理图,对pcb进行了布局,然后走线,最终图如下:
4.元件清单
元器件
封装
个数
74LS48
DIP
4
74LS90
5
74LS92
1
555
数码管
插座
40p
2
14p
6
16p
按键
电阻
330Ω
电位器
20k
5.1k
电容
103
1uf/16v
820Ω
5.电路焊接
1.在万能板上粘贴一张白纸,根据电路板上圆孔的位置在白纸上一一对应进行打孔。
2.先对整个电路进行布局,然后按1:
1的比例将电路图画在板子上。
有铜圈的一面为焊接面,无铜圈的一面为元件面。
按照电路的整体布局及电路图将元件从无铜圈面一一插入。
3.使用电烙铁焊接时将其加热到350℃,将锡丝放在引脚的一侧,电烙铁从另一侧慢慢靠近,然后迅速将电烙铁向上挪开。
用导线焊接时,用老虎钳将导线皮去除,在露出的导线表面先放进已融入焊锡的松香中涂上一层锡丝,以便于焊接。
依照电路图将元件一一焊接起来。
补充:
焊接时的注意事项
1.长期放置不用的元件和板子,在焊接时要砂纸或是镊子先将其表层的氧化膜去掉。
2.焊接时电烙铁的温度不宜太高也不能太低,应将之调整到一个适宜的温度(350℃左右)。
3.电路图的绘制要美观、元件的布局应均匀。
4.需要焊的点和相交的线在图中应用圆点标出,不相交的特殊两根相邻线应用飞线进行区别分开。
飞线必须从元件面穿过,以防止与焊接面短路的现象。
5.布局中三端稳压器应与电容有一定大的空间,防止电容发热时对稳压器造成影响。
6.元件引脚一般不能安置在电路主线上(特殊情况除外)。
7.焊接时应注意区分电容、二极管等器件的正负极。
切勿接反。
⑧焊接事要细心,焊点尽量美光,要像圆锥形状。
导线不可相交,要走直线,不可弯弯曲曲的。
8.电烙铁在不适用的时候要将其温度调至最低,以保证其使用寿命。
电路调试
1.根据原理图,用万用表测量焊接面和元件面。
用万用表的蜂鸣档判断是否短路或通路,线路各支路是否相通。
若是有明亮的蜂鸣声则表明线路是连通的,若无,则表示电路未连通,出现断路现象。
a.测元件面,主要测是否通路。
在测试时,忽略焊接面,直接在元件面进行测试。
首先测试中间那条长横线,从头到尾进行测试,中间接点无需再进行测试。
然后再分别测试每条竖线通不通路。
b.测焊接面,主要测是否短路。
测相邻但不相交的两根线之间是否短路,听蜂鸣器是否鸣叫,叫则表示短路。
6.设计总结
经过了大概一个学期的数电课程设计,我学到了很多,感触更多。
实践与理论的差距让人可以抓狂,理论分析和仿真都是浮云啊!
制作之前很轻松的完成了电路设计和要求的仿真,一切进展顺利,但是等到实物制作的时候,问题层出不穷,有些低级错误,像有虚焊、有些元器件选型时候没有选对啊,等等。
同时,突然之间发现要求很多都达不到,自信心很受打击,有时候拿着板子不知道怎么办了,特别是在调试多次之后仍然问题很多,感觉能力很有限制,但是和组里成员交流之后却豁然开朗了很多。
有时候为了一个几个问题,纠结很久很久,所以求助于其他人不断完善设计,在大部分问题解决之后,感觉又轻松愉快了很多。
所以呢,有时候在自己冥思苦想不得其果的时候,交流仍然独具魅力,成员之间的交流和合作是不可多得的宝贵经验啊!
虽然我们的实物最终仍有缺陷,但已然没有当初的那种浮躁的感觉了,在电子设计制作的过程中肯定有这样那样的复杂问题,但这些都不应该羁绊我们的学习步伐,进步是缓慢的,不足是常有的,淡定是必须的。
大家加油!
参考文献
[1]李中发主编.数字电子技术.北京:
中国水利水电出版社,2001.7.97—192.
[2]康华光主编.电子技术基础.数字部分.北京:
高等教育出版社,2006.1.137—286.
[3]赵志刚,吴海彬编著.ProtelDXP使用教程.清华出版社,北京交通大学出版社.2004.11
[4]电子发烧友网站:
10进制与6进制计数原理
[5]彭介华主编.电子技术课程指导.北京:
高等教育出版社,2008.4.2—32
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