第1章设计总体思路
1.1设计基本方案介绍
本次数字电子技术课程设计的具体要求有:
1、用五个数码管分别显示月、日、星期。
2、月、日的计数显示均从1开始,并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。
3、对星期的计数显示从1到6再到日(日用8代替)。
3、对设计的电路进行仿真。
4、在实验室组装实际电路并调试通过。
5、写出设计报告。
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。
同时,星期计数器由一片十进制计数器(74160)构成,控制置数端使其每次从8开始计数(对应每星期第一天是星期日);从星期计数器的输出通过7410(三输入与非门),使其变成一个七进制的星期计数器。
星期计数器和日计数器公用一个脉冲。
1.2 基本原理
设计的基本原理为:1、三片74160构成日计数器和星期计数器,74160(1)为高位片,74160(2)为低位片,7410(3)为和三输入与非门构成星期计数器。
三片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0000,7410(3)的D、C、B、置数端为1000。
74160(2)的使能端E NP、ENT接高电平,其进位端RCO接到74160(1)的使能端EN P,EN T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、CL R接高电平,E NP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LOA D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B A为00;4、6、9、11为01,以控制通道选通而实现31、30、28三种不同月数。
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
时钟 置数端
输出 输入 星期计数器
1000
星期 显示 1.3 设计框图
第2章单元电路设计
2.1 星期模块
星期模块是由一块74160和一个三输入与非们(7410)构成的七进制的一个计数器,其脉冲和日计数器模块同步。
星期模块图如下:
图2-1
2.2 日期模块
日期模块是由两片十进制计数器(74160)级联构成日计数器。
日期模块图如下:
图 2-2
2.3 月份模块
月份模块是由一块74161和一个与非门构成12进制的计数器,模块图如下:
图 2-3
第3章总电路设计
3.1 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B A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C LK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。
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D CA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:A'C'D'。
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
010*********
010*********
011001110000
3.2 总电路图
图 3-1
第4章安装、调试
4.1 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。
4.2 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。
第5章故障分析与电路改进
第一次安装仿真图接线的时候,发现无论怎样给脉冲,数码管总是显示0,不作任何改变。
初步怀疑芯片是坏的,拿芯片去测量,发现芯片并没有坏。
再对照芯片的封装,查看芯片封装管脚是否接错,结果发现,原来74160和74161芯片都没有接电源线和地线,因为仿真图省略了这两块芯片的电源线和地线。
第二次接线时,采用了各个模块逐步验证法,就是首先独立的接好每个模块,并验证起准确性,然后再连接成总电路。
此法的优越性就是容易排查故障。
电路改进:
由于领芯片的时候没有领到三输入或非门7427,所以需要改进电路。
经过分析决定,三输入或非门可由两个二输入或门(7432)和一个非门(7404)代替。
总结
两周的数字电子技术课程设计已经结束了,总的来说这两周我学到了不少东西。
首先,通过课程设计,我又对数字电子技术有了更深一步的了解,特别是在运用数电知识解决一些问题的能力上有了很大的提高。
此次课程设计的课题是制作具有大小月份自动调节功能的数字日历。
其中主要有三大模块:星期模块,日期模块和月份模块。
设计的难点主要集中在区分每个月的是大月还是小月,要设计出实现此功能的逻辑电路还是有些困难。
还有就是此次排查故障花了很多时间,主要是自己对于芯片的封装管脚不熟悉所致。
第一次接线的时候,由于仿真电路省略了部分芯片的电源和地管脚,而自己又一时疏忽,导致接完线无论怎么给脉冲,数码管就是没有任何反应,还认为是芯片坏了。
当数字日历各部分功能在板子上实现了的时候,其实自己心中还是有些许成就感的,因为毕竟是自己亲手做的!
附录:
元器件清单:
芯片数量(片)
74160 3
74161 1
74153 1
7432 1
7404 1
7400 1
7410 1
7402 1
数码管 4
参考文献:
《电子技术与EDA技术课程设计》郭照南主编《电子技术课程设计指导》彭介华主编
《电子线路设计、实验、测试》谢自美主编。