数电数字钟课程设计报告（精选11篇）
设计题目： 数字钟 班级学号：092022226
二〇一一年十二月
数字钟的设计
数字钟是采用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的使用，使得数字钟的精度、稳定度远远超过了机械钟表。钟表的数字化在提高报时精度的同时，也大大扩展了它的功能，诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭路灯等。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。
一、设计目的
1.掌握数字钟的设计方法。2.熟悉集成电路的使用方法。
二、设计任务与要求
时钟显示功能，能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。其中时为24进制，分秒为60进制。
三、设计思路、芯片选择及单元电路功能简介 1.设计思路：
数字钟的设计可以分为4个单元电路来设计，分别为1Hz脉冲产生电路、数码管显示电路、60进制计数器电路、24进制计数器电路这四个单元电路。2.芯片的选择：
BCD——七段译码器74LS47
十进制可逆计数器74192
555定时器
集成与门芯片74LS11 3.单元电路功能简介： ①、1Hz脉冲产生电路：
该单元电路是用由555定时器构成的多谐振荡器来产生的1HZ方波的电路，其中考虑
到电路的“延时”效应，该电路产生的方波的频率并不是标准的1HZ方波，而是频率稍大于1Hz的方波。它是为整个电路提供时钟源的，它的输出脉冲提供给秒单元电路的低位计数芯片。
②、数码管显示电路：
该单元电路是用来显示一位数字的电路，它由一块数码管和一块数码管驱动芯片组成，它的输入信号由计数器提供。
③、60进制计数器电路：
该单元电路由两片74LS192可逆计数器芯片、一个三输入与非门和一个非门构成的60进制计数器电路，它是为秒显示和分显示电路提供驱动信号的单元电路
④、24进制计数器电路：
该单元电路是由两片74LS192可逆计数器芯片和一个与门构成的24进制计数器电路，它的低位脉冲信号由分钟计数器单元电路的进位信号提供，它为小时显示电路提供驱动信号。
四、总电路图
五、仿真效果
本次课程设计使用proteus软件进行仿真，在进行仿真时应注意以下几点： 1.在接通电源之前，应保持开关SW1断开且SW2闭合，如下图所示：
2.接通电源后应先断开开关SW2，保持开关SW1断开状态不变，如下图所示： 3.在做完第二步之后，应保持开关SW2断开状态不变，闭合开关SW1，如下图所示：
在执行完以上三步之后，就是仿真的正确结果了，如下图所示：
否则，将会产生以下错误的仿真效果：
六、总结
通过这次课程设计，我对数字电子技术的理论知识的理解更加深刻，对时序电路的设计步骤也更加熟悉，熟悉了仿真软件proteus的应用。在本次设计中，我还发现了一点问题，就是理论和实际并不是完全符合的。比如对于74LS192可逆计数器芯片来说，他本是十进制计数器，若用它构成六进制计数器，按照理论知识，只需要将它的输出端Q1和Q2端通过一个与门后反馈到清零端CR即可。但在实际应用中，按照理论上的接法并不能实现六进制，而是需要将他的Q0端取反后再与Q1和Q2相与反馈到清零端CR，才能实现六进制计数。另外，秒钟单元电路向分钟单元电路提供脉冲的进位信号不能直接加到分钟单元电路的脉冲端口上，而是需要经过一个非门后再加到分钟单元电路的脉冲输入端上。同时，还要给这部分进位电路并联一个开关（详见总电路图），且在接通电源之前应保持该开关的闭合状态，接通电源后应先断开该开关，然后再接通脉冲单元电路，否则将不能保证整个电路的零状态。
此外，本次课程设计比较仓促，只是完成了设计的基本功能，其拓展功能没有精力去深究，等到以后有时间再逐步完善该电路的拓展功能。由于时间短暂和本人能力有限，本电路的设计可能存在一定问题和缺陷，如有发现希望老师能够给予批评指正。
七、元器件清单
1.七段数码管：6块 2.74LS192可逆计数器：6片 3.555定时器：1片
4.74LS47 BCD——七段译码器：6片 5.74LS11三—3输入与门：1片 6.非门：3块 7.2输入与门：1块 8.开关：2个
9.电阻：10M 1个，46.25M 1个 10.电容：0.01uF
2个
参考书
⑴《现代电子学及应用》，童诗白、徐振英编，高等教育出版社，1994年
⑵《电子系统设计》，何小艇等编，浙江大学出版社，2000年
⑶《集成电子基础教程》，郑家龙、王小海、章安元编，高教出版社，2002年5月
⑷《电子技术课程设计指导》 彭介华编，高等教育出版社，1997年10月
⑸《数字电子技术》童诗白编著高等教育出版社
例如, 在“十进制脉冲计数显示电路的设计与安装调试”这次任务中, 教师可事先分解为多个具体的小任务, 学生在任务的引领下, 循序渐进地完成555集成块产生脉冲、分频、发光二极管计数、译码显示、改接10进制计数、用手动控制脉冲及最后解决去抖问题这一系列由简到繁、由易到难的任务, 使学生在完成任务的过程中探究方法、拓宽思路、掌握知识, 提高学生分析问题、解决问题以及处理信息的能力。
一、课前准备, 演示分析
学生利用课余设计完成脉冲产生、分频、发光二极管计数、译码显示的印制线路板。学生利用所学资源, 展开自主分析设计, 教师针对学生制作线路板完成情况的演示, 分析总结遇到的各种问题。
二、给出任务, 学以致用
教师首先给学生提出任务, 讲述要完成任务的要求, 在前面印制线路板制作的基础上, 用一次课来完成十进制脉冲计数显示电路的设计与安装。教师通过对任务作出适当提示和演示后让学生尝试着完成。在完成任务的过程中, 教师也要适当地进行指导。
提示1:将16进制改成10进制计数显示。可分别利用图1中74LS161或CD4040集成块及相应门电路完成。
提示2:利用手动输入的开关脉冲信号进行计数和显示。手动控制给出参考电路, 分析电路改接处。学生按照下图2参考电路完成任务。
提示3:调试与测量: (1) 检查稳压电源输出电压5 V正常。 (2) 调试计数电路使其正确计数脉冲信号。 (3) 数码管能正确显示十进制计数结果。
在引导手动控制脉冲信号进行计数和显示的教学过程中, 教师创设问题情境, 逐步揭示把手动开关串联在脉冲信号输入端代替555电路, 让他们自己去尝试类似电路, 通过交流探讨, 合作完成, 为学生提供一种不同的学习体验, 尽力改变职校生厌学的状况, 使学生“乐学”、“能学”, 把“三尺讲台”变成他们表现自我才干和展示学习成果的舞台。
三、小试身手, 解决问题
学生在完成任务时发现了新问题:手动脉冲控制时数码管显示有时不按规律跳变, 从555集成块输出的是标准的脉冲, 引导到机械开关触点接触不可靠, 会产生多次抖动, 从而对其后的电路形成多次输入脉冲, 有可能引起电路输出不按规律跳变。在教师的点拨引导下, 设计一个消抖电路, 将抖动屏蔽掉。在这个过程中, 通过小组交流启发, 相互补充, 体现出学生之间的合作性, 学生讨论出可用软件写一段延时程序躲过抖动的时间;也可用硬件消除, 用RC积分电路来解决开关抖动, 再用555构成图3单稳态电路 (2脚接手动开关, 3脚接74 LS161的脉冲输入端) ;或者由RS触发器电路图4构成脉冲整形电路。教师要巧妙地激励学生形成一种积极探索的氛围来解决问题, 使学生学会比较, 学会思考, 学会表现自我, 并敢于创新。
四、回归任务, 整合知识
在完成以上几个教学任务的基础上, 让学生把实践中所获得的知识与任务联系起来, 回顾总结各个小组或个人的不同收获, 引导学生畅所欲言, 给予学生创新的空间。这既有利于加深学生对理论知识的理解和应用, 又对今后相关任务有促进作用。
本次任务中我尝试着将传统的教学模式转变为以自主参与、合作交流、分析探究的任务引导型教学。学生不再是被动的学习者, 学生思考、讨论和学习的空间还可以由课内向课外延伸。他们有机会自行设计10进制计数显示方案;有机会自行摸索解决去抖问题的途径。学生完成工作任务的过程就是不断运用理论、不断改进方法、不断合作学习的过程。当然学生在处理突发故障时应变能力还不够, 在今后的教学中要加强锻炼。
关键词:数字系统设计 教学内容 可编程逻辑器件 硬件描述语言
中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)01(a)-0173-01
集成电路工艺的创新进步和数字系统设计方法的演变改进给高等院校包括数字系统设计在内的电子技术类课程增添了新的内容,也给该课程的教学内容、教学方法等提出了新的挑战。针对电类专业开设的《数字系统设计》是一门以应用为导向的课程,其教学目标是让学生掌握前沿的技术、先进的设计方法,并具有一定的设计能力。该课程涉及到数字电路、数字系统设计方法、可编程逻辑器件、硬件描述语言等,内容新颖且较为综合,因而学生刚入门时难以掌握课程的重点内容。根据相关系列课程的设置、学生的认知规律以及近几年的教学实践,探索出了课程的教学重点及其内容切入点,这些教学重点强调以逻辑电路与数字系统设计为核心,围绕电路设计来串联可编程器件、硬件描述语言、数字系统设计方法等教学内容。
1 教学重点内容
《数字系统设计》是数字电子技术基础的后续课程,让学生在掌握数字电路基本概念和一般电路的基础上,进一步掌握数字系统设计的方法、途径和手段。其主要内容包括:数字系统与EDA的相关概念、可编程逻辑器件、硬件描述语言、电路元件的描述、数字系统的设计方法、开发环境与实验开发平台以及应用实例的介绍等。这些课程内容涉及面广,为了提高教与学的效果,探索总结了以下的教学重点内容,并作为教学实践中的教学切入点。
1.1 掌握基本电路
常用基本电路包括组合电路中的简单门电路、译码电路、加法器、乘法器、数字分配器、数字选择器等;时序电路中的触发器、状态机、计数器、移位寄存器、控制器等。这些基本电路构成了数字系统的基础组成部分,在进行复杂数字系统设计之前应该熟练掌握这些电路,包括电路的功能、电路的描述以及电路的应用场合等。熟练掌握这些基本电路有助于建立电路设计思想,避免高级程序设计语言(如C语言)的设计思路对采用HDL语言描述逻辑电路时的影响。此外,掌握这些基本电路后易于将这些电路灵活组合,以实现数字系统的逻辑功能。
1.2 树立电路设计思想
数字系统设计本质上是电路设计,从而要求树立电路设计的思想。
如前所述,树立电路设计思想首先需要熟练掌握一些基本的逻辑功能电路。其次,树立电路设计思想需要摒弃高级程序设计语言中通常采用的算法思维,逐步熟悉硬件描述语言的描述方式。数字系统设计强调采用硬件描述语言来对电路与系统进行描述、建模、仿真等。事实上,大多数学生在课程学习之前并不了解硬件描述语言,却较好的掌握了高级程序设计语言。因此开始学习硬件描述语言时常常将之与已经学过的高级程序设计语言做类比。这种类比严重妨碍了电路设计思想的建立,因为高级设计语言是面向问题的算法语言,而硬件描述语言则是面向电路的硬件语言。
最后,树立电路设计思想还需要转换电路设计的思路。数字系统的行为对应着算法中操作和操作的关系,操作由功能模块电路完成,而操作的关系对应着时序,它由控制电路来完成。换言之,抽象的算法最终要被转换成具体的电路。转换的方法是将电路的功能尽可能细化,直至能用基本电路来描述算法中每一个操作。同时,抽象算法转换成具体电路还充分体现了自顶向下(TOP DOWN)层次化设计的方法。
1.3 分层次描述电路
数字系统设计的过程就是从抽象到具体的过程,因此,设计和描述电路时是分层次的。然而让很多学生困惑和难以掌握的是,分层次的电路描述存在着多个角度。实际上,这些不同的描述角度对应着不同的问题求解域。理解不同角度的描述有助于全面了解并掌握问题,进一步拓展设计思路。
与分层次的电路描述相对应的是,在硬件描述语言中存在着三种描述方式:行为描述方式、结构化描述方式和寄存器传输描述方式。在教学中,孤立地讲授硬件描述语言中的描述方式是非常枯燥的,也很难被学生理解。但是如果从电路描述的层次化来阐述,不仅容易理解,而且强调了电路的特性,也符合树立电路设计的思想。
此外,分层次的电路描述遵循着从抽象到具体、从总体到细节的设计思路,这一设计思路正是自顶向下设计方法的体现。分层次描述电路事实上为自顶向下设计方法提供了实现的途径。
1.4 引入先进设计方法
现代数字系统设计在方法、对象、规模等方面已经完全不同于传统的基于固定功能的集成电路设计。现代数字系统设计采用硬件描述语言描述电路,用可编程逻辑器件来实现高达千万门的目标系统。这一过程需要也应该有先进的设计方法。
根据硬件描述语言的特性和可编程逻辑器件的结构特点以及应用的需要,在授课过程中阐述了如下的先进设计方法。为了设计复杂的控制器(时序电路),可采用基于状態机的设计方法;为了满足高速数据传输或运算的需求,可应用或设计锁相环或延时锁相环来处理时钟信号,应用可编程器件的内嵌功能单元或自行设计软核来提高数据吞吐量。
2 实验设计
为了提高教学效果,根据教学内容尤其是重点内容对实验部分设计了如下几个环节:(1)方案设计。根据给定的目标需求,将系统划分为能够用基本电路实现的模块;系统实现的方案并不唯一,需要根据性能指标进一步讨论优化的方式。(2)验证积累。通过对一些基本电路的描述与验证,积累基本电路,熟悉硬件描述语言和开发环境,领悟潜在其中的描述方式和设计方法。(3)自主设计,即独立分析和设计。自主确定方案进行设计、验证、评价。(4)应用介绍,即根据专业背景介绍在科研中的应用。
3 结语
针对《数字系统设计》课程内容新颖且庞杂的特点,探索总结了该课程的教学重点,以帮助学生克服课程入门的困难,并较快地激发起学习兴趣。同时将实践环节设计为设计、积累、设计和拓展,提高了实践效果。由于课程内容还在进一步发展,我们需要进一步探索和更新教学重点内容,进一步改进教学方法,科学设计实践教学,更好地促进学生自主设计和应用能力的培养。
参考文献
[1] 阚玲玲,张秀艳,梁洪卫.“EDA技术与应用”课程教学内容的定位与改革[J].南京:电气电子教学学报,2010.
[2] 刘娅琴,林霖.EDA课程教学探索和实践[J].南京:电气电子教学学报,2010.
课程所属部门： 工程基础实验与训练中心 课程名称： 数字电子技术B
考试方式： 闭卷 使用班级： 自动化061、自动化062、数控061、数控062
一、填空题（本题10空 ,每空2分,共20分）
1、将八进制数（561）O化成十进制数、十六进制数、二进制数 和8421BCD码数。
2、通过使能端的控制可以使TS与非门的输出实现 逻辑功能或 状态。
3、时序逻辑电路按照其触发器是否有统一的时钟控制分为
时序电路和 时序电路。
4、寄存器按照功能不同可分为两类： 寄存器和 寄存器。
二、化简题（本题3小题，每题3分，共9分）
1、用公式法将
化简为最简与或式。
2、用图形法将或式。
化简为最简与
3、用图形法将为最简与或式。
三、判断题（本题共5小题，每小题2分，共10分）
判断下列各TTL型门电路是否正确（输出逻辑关系、参数选择、电路接法），正确的打√，错误的打×。
化简
四、分析题（本题共3小题，共38分）
1、试写出下列逻辑电路的逻辑函数表达式。（6分）
2、试列出图（a）、图（b）所示电路的的输入信号波形和时钟波形，画出始状态为0。（12分）、的表达式，并对应下面所示端的波形，设、的初
3、分析下图所示电路：
（1）列出该电路的驱动方程，状态方程和输出方程；（2）列出电路的状态转换表；（3）画出电路的状态图和时序图；
（4）请说明：该电路是同步还是异步时序电路？（20分）
五、设计题（本题共3小题，共23分）
1、某导弹发射场有正、副指挥各一名，操作员二名，导弹发射的控制是在正、副指挥同时按下发射控制电钮和二名操作员当中的任一名按下发射控制电钮时，导弹发射，试根据以上的逻辑关系列真值表，写出最简与或表达式。（5分）
2、分别画出用下列方法实现逻辑函数可为原变量或反变量）。（10分）
（1）用最少的与非门实现；
（2）用图示3线—8线译码器和适当的门电路实现。的逻辑图（输入信号
一、课程性质
数字电路与逻辑设计课程实训是同学们进入电子设计领域的入门课程之一，认真仔细完成本次课程的设计内容可为今后复杂电路的设计和制作打下良好的基础。
二、设计要求
1、根据附录所示的相关内容，自选其一，进行制作；
2、使用热转印法进行制作，在制作PCB时将学号印刷在bottom层；
3、设计作品不局限于附录所示内容，如果自己有设计项目，可以自行购买器件并完成设计和制作；
4、需使用仿真软件进行功能仿真后，再进行PCB的设计和制作；
5、课程结束后，须提交设计报告1份、电路仿真文件1份、PCB设计文件1份和最后设计成品板1份。
三、器件说明
1、核心器件为NE555芯片，学院提供1块，如有损坏，自行购买；
2、学院可提供人均1份的热转印纸和单面覆铜板，超出部分，自行购买；
3、其他小型器件如电阻、电容等，自行解决。
附录：555电路运用大全
利用555时基集成电路的基础电路可以设计、开发出许多电子小实验与科技制作。下面介绍几种，供大家参考。
1．触摸延时“小灯”
图5-43是它的电路，它将触摸开关发光二极管的实验中加入延时电路，调整可调电阻阻值和电容量达到延时效果。要想增加延时的时间，就调换大容量的电容，如400μF、1000μF等。如果作为夜间床头定时灯、楼道定时灯等，可拆去发光二极管和电阻，换一个6伏的小灯即可。
图5-43
2．触摸延时音乐门铃
图5-44是它的电路图，与图5-45比较，将触摸延时“小灯”电路中拆去发光二极管，改为连接音乐片电路即可。它可以当作门铃使用，也可安置在人手触摸处作为瞬间报警器。
图5-44
3．手控行车红绿灯指示器模型
图5-45是它的电路图，先做一个红绿灯灯架，将红绿发光二极管固定在灯架上，按图连接后，只要向下按动按键，则红灯变为绿灯，手一离开便又成为红灯。
图5-45
4．可自动控制的行车红绿灯指示器模型 图5-46是它的电路图，只将上图的手控改为磁控，再加上延时电路，就可以将上述模型改为路灯自动控制。先制作一个街道模型和指示灯架，将干簧管设在指示灯前方的道路模型的下方。在一辆模型汽车的底部粘一块磁铁。当汽车行过干簧管上方时，电路导通，红灯变为绿灯，汽车继续向前行驶，由于延时电路作用，使绿灯亮一段时间，保证汽车驶过路口。需要注意的是根据汽车模型的速度，调整干簧管的位置和电路延时的时间。
图5-46
5．灯塔模型
先用硬纸做一个灯塔模型。图5-47是它的电路图，它只取闪光电路的一部分——一个绿发光二极管作为塔灯。最后调整好闪烁时间。
图5-47
6．夜间打灯光靶
图5-48是它的电路图，它与闪光电路相比，集成电路的脚①是单独与负极连接，而电容与R5却是经过干簧管与负极连接。先按图14做一个一碰便可以翻倒的靶牌。在靶子的底部固定一块磁铁，将电路中的干簧管固定在与磁铁相对应的支架底板上。绿色发光二极管放置在靶心位置上，红色发光二极管诱因在支架的底部。游艺时，将靶牌放在暗处，干簧管在磁场作用下导通，两个发光二极管相互闪光，绿色发光二极管指示靶心。当靶子被击倒后，虽然干簧管失去了磁场的作用电路断开，但这时电路并未全部不通，红色发光二极管不会常亮，表示击中靶子。如果把靶牌放到运动的车模上，打靶更加紧张有趣。
图5-48
7．发报练习器
图5-49是它的电路图，它是在音响电路中接入按键代替电键使用，做成一个发报练习器的，音调高低可自己选定。也可以自己做一个电键。
图5-49
国际莫尔斯码字符如下：
如果将自己一方的电键的两根导线接在另一个同学电路中，同时把对方同学的电键两根导线接在自己电路中，那么这俩人之间就可以互相发报传送信息了。
8．一种平时不耗电的磁控报警器
图5-50是它的电路图，它是在音响电路中接入干簧管，再将干簧管放入两块相吸引的磁铁之间，这时，干簧管并不闭合，电路不导通。当移动一块磁铁后干簧管立即闭合，电路导通报警。制作时先把干簧管安放在门窗的木框上，同时把一块磁铁固定在干簧管的上方，把另一块磁铁安放在门窗对着干簧管处的下方，注意一定要使这两块磁铁相吸，这时干簧管不导通，喇叭不发出音响。一旦门窗打开，干簧管被上方磁铁吸引闭合，电路导通，发出音响报警。
9．断线报警器
在电路图5-51中的A、B两点是用一根细的导线连接（图中的弧线），当人或动物碰断导线时便会发声报警，发光二极管发光。
10．雨水报警器
图5-52是它的电路图，它是在音响电路中从两个电阻之间引出一个探头改为雨水报警器的。用覆铜板照图5-53做一个探头，接到音响电路中，当雨水滴在探头上，使电路导通，便会发出音响。这个报警器还可以作为各种遇水报警装置。
11．高低水位报警器
水能导电，也就有电阻存在。图5-54就是利用电阻值的不同，发出不同音调制作成高低水位报警器，它与雨水报警器中的探头不同。用导线按照图5-55做成水位探头，接到电路中去。当水位低时，A与B导通，因有可调电阻，阻值较大发出低音；当水位升高A与C也导通，这时A与C电阻阻值因为没有可调电阻远远小于A与B的电阻值，因此电流通过A与C，报警器便发出高音。
按这个思路还可以做成高低音门铃、多路报警器等。
12．手控模仿鸟鸣实验
图5-56是它的电路图，它与音响器不同的是没有电容，并将电容处断开。先将音响器调响后，拆去电容，用两个手指捏住导线的两个端头，这时喇叭发出高的音调。随着手指捏住松紧程度不同，喇叭发出时高时低、时响时断、如同鸟叫一般的声音。调整可调电阻阻值，会发出不同音调，模仿鸟鸣和其他音响。
图5-56
13．节拍器
图5-57是它的电路图，它是将闪光电路中接上喇叭，做成既有灯光又有音响的节拍器，只是声音较低。调整电阻阻值和电解电容可以得到不同的节拍。
如果去掉发光二极管，将节拍器调整到好似下雨的嘀嘀声，还可以作为催眠器，响一夜用电量很少。
图5-57
14．见光发亮的光控“灯”
这个光控“灯”是见光发亮。图5-58是它的电路图，与前面介绍的光控“灯”控制相反，因此，只要把原电路中光敏电阻和可调电阻调一下位置就可以了。在实验中不要忘记可调电阻的调整。
如果在电路中拆去发光二极管和电阻，接6伏继电器，再由继电器控制灯就可达到实用装置的目的。
图5-58
15．见光响音乐
早上阳光照进屋内，它就播放出音乐。图5-59是它的电路图，它是在见光就亮的光控“灯”中，去掉发光二极管，改接音乐片和扬声器而成。制作时可以根据自己所希望的亮度，慢慢调整可调电阻值。该装置还可以以市场销售的小型激光指示器为光源枪，将光敏电阻安放在靶心处，找一个不透光的圆筒套在光敏电阻上，遮挡外部光线对它的干扰，调整可调电阻值，做成光电打靶器。
图5-59
16．黑暗光控报警器
图5-60是它的电路图，它是在黑暗控制“灯”亮电路中接上音乐片电路，制作时根据所需的暗度下调整可调电阻值到发出音乐响声。
该装置还可以与小型激光指示器或其他光线配合，做成报警器，如在圈养的动物外围，将小型激光指示器远距离照射光敏电阻，当有动物外逃时，挡住激光束，便会报警。或者将脚③与计算器中的连加相接，用来对传送带上的物品个数进行计算，或者用于通道显示有人、动物通过等。
图5-60
17．书写光亮测试器
图5-61是它的电路图，它是在黑暗控制“灯”亮的电路中再加上一个发光二极管，就可以改装为光线亮度测试器。反复调整可调电阻值，使它在符合书写光照条件下，绿色发光二极管发光，而光照一暗时红色发光二极管发光，以提醒人们注意。
图5-61
18．干湿测量器 图5-62是它的电路图，用钢丝照图做两个探头连在电路中，使用时，将它的两个探头插入花盆或其他物体中，反复调整可调电阻值，使它在湿润时绿色发光二极管亮，干燥时红色发光二极管亮，以示区别。
图5-62
19．延时开的小“灯”
图5-63是它的电路图，它是将延时关电路中的电阻和电容交换位置，便可成为延时开的电路。按下按键，发光二极管由亮转灭，当手指离开按键后，会发现过一会儿发光二极管才亮。
图5-63
20．水沸报警器
先将热敏电阻放入一个直径为8毫米左右、长100毫米的铜管或不锈钢管内，引出导线，用树脂封好，不能进水。图5-64是它的电路图。实验时插入开水中，要慢慢调整可调电阻的阻值，使它到100℃时音响报警，低于这个温度时没有音响报警。
图5-64
一、设计目的
本次设计是以实践性为课题，起到巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的效果。
用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点。
二、方案设计
电路由直流供电电路、控制电路、延时电路三部分组成。控制电路采用基本数字逻辑单元进行设计。
直流供电电路 由D1-D4组成桥式整流电路。交流220V电压经桥式整流桥后变成脉动的直流电，供后续电路工作。
控制电路由四与非门CD4011、驻极体话筒BM、光敏电阻R5、三极管9014、单向可控硅SCR等元器件组成。由CD4011的选定的输出端控制晶闸管的关闭，从而控制整个灯的关灭。光敏电阻在白天时，电阻值小，CD40011输出永远为低电平，晶闸管为低电压，不导通，灯不亮。光敏电阻在夜晚时阻值大，光敏电阻与声音信号的有无一起控制CD4011的输出。夜晚当有声音时，声音信号经过放大，与光敏电阻控制的CD40011输出为高电平，晶闸管导通，灯亮。无声音信号时，不亮。
延时电路 有电容C和电阻R的冲放电里控制。
三、电路设计及理论分析
1、原理框图
图1 声控灯原理框图
图2 声控电路原理图
2．单元电路设计及分析
电路由直流供电电路、控制电路、延时电路三部分组成。2.1 直流供电电路
直流供电电路由D1-D4组成桥式整流电路。交流220V电压经桥式整流桥后变成脉动的直流电，供后续电路工作。
2.2 控制电路
控制电路由四与非门CD4011、驻极体话筒BM、光敏电阻R5、三极管9014、单向可控硅SCR等元器件组成。
白天，由于光敏电阻R5阻值低，其两端电压低，CD4011的一脚为低电平，3脚即变成高电平，导致11脚为低电平，即单向可控硅控制极G为低电平，单向可控硅截止，灯泡不亮。
夜晚，由于光敏电阻没有受到阳光照射，其阻值很高，两端电压较高，即1脚变成高电平，此时3脚的状态受2脚控制，若2脚为高电平，则3脚为低电平，若2脚为低电平，则3脚位高电平。
当驻极体接收到声音信号后，经C1的滤波作用，被三极管Q1放大，当被放大的信号达到峰值时，此时2脚即便为高电平，3脚变为低电平，11脚高电平，单向可控硅控制极变成高电平，单向可控硅导通，灯泡点亮。
当驻极体没有接收到声音信号时，2脚为低电平，灯泡不亮，工作原理类同白天情况。
2.3 延时电路
由C3、R7组成，通过C3的充放电来维持灯泡的点亮状态，延时的时间由C3的容量及R7的阻值来决定。
3、整个电路的工作原理分析
图5 电路的工作原理详细框图
声光控延时开关的电路原理图见图2所示。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路CD4011，其内部含有4个独立的与非门VD1~CD4，使电路结构简单，工作可靠性高。顾名思义，声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启“，若干分钟后延时开关“自动关闭”。因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元，由此可画出图5电路的工作原理详细框图来分析图2。
声音信号(脚步声、掌声等)由驻极体话筒BM接收并转换成电信号，经C1耦合到9014的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门(VD1)的2脚，R3、R6是9014的偏置电阻，C2是电源滤波电容。为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻R5等元件组成光控电路，R4和R5组成串联分压电路，白天光敏电阻两端的电压低，不管有没有声音信号传来，CD4011的3号端口始终为低电平，整个CD4011输出端11号端口为低电平，晶体闸始终处于断开状态，灯不亮。夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，R5两端的电压高，即CD401，改变R7或C3的值，可改变延时时间，满足不同目的。VD3和VD4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。当C3充电到一定电平时，信号经与非门VD3、VD4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；C3充满电后只向R7放电，当放电到一定电平时，经与非门VD3、VD4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。
二极管D1～D4将交流220v进行桥式整流，变成脉动直流电，又经R3降压，C2滤波后即为电路的直流电源，为BM、9014、IC CD4011等供电。
四、心得体会
关键词：数字技术 电脑艺术设计 改革
数字时代的今天，电脑作为技术手段对艺术设计产生了深远的影响，软件的开发和信息媒体的改变， 给高校电脑艺术设计教学带来了机遇和挑战。电脑艺术设计课程经过近几年的发展，已逐渐步入成熟期，但教学和课程体系的构建是一个长期的过程，目前高职教育中电脑艺术设计的课程大纲，从教学的指导思想到实际操作，都存在一定的问题。高等学校艺术设计教育工作者对电脑艺术设计课程不能再停留在电脑设计与传统设计孰优孰劣的争议之上， 而是要在了解数字媒体的新动态下，思考电脑艺术设计课程该如何顺应时代形势，以市场为依托，向社会提供适应时代发展需要的、符合人才培养规格的人力资源。
一、数字媒体时代对电脑艺术设计人才的培养提出新的要求
数字技术催生了新的媒体，数字媒体时代所需要的人才素质要求也发生变化。全国高校数字媒体协作学会根据统计分析指出，电脑艺术设计这个行业目前的人才缺口大约为 15万，艺术和技术不能贯通成为企业在人才招聘时遇到的主要问题，懂艺术的做不出技术活，懂技术的没艺术造诣。而造成这种局面的原因有两个：①当前高校电脑艺术设计人才的培养定位不清晰，缺乏对市场敏感度和适应性的把握，导致人才培养目标尚未跟上产业发展的需求步伐，难以适应社会需要；②高校电脑艺术设计学科分割严重，且艺术类学生水平参差不齐，学生的综合素质和艺术专长相互矛盾，对电脑艺术设计人才的培养力度和起点不够，必然导致人才培养的两极分化。
数字信息时代，社会大量需要的是将艺术表达和技术处理相结合的新型电脑艺术设计人才。因此，改革人才培养模式必须从艺术设计的实际出发，从研究电脑艺术设计从业人员素质的核心出发，强化“数字技术与艺术结合”的人才培养理念，以培养复合高等技术应用型人才为目标；要以企业需求为培养目的，以就业为导向，以实用的技能为本位，着力提高教学与实训的针对性和适应性，密切关注人才培养规格与企业发展需求之间的差距，以扩大实践教学的深度和广度。只有明确人才培养模式的定位，才能确定课程教学目标为通过各类电脑艺术设计课程的学习，结合专业理论知识与技能的教学，培养学生的创新意识和创造能力。基于这个目标，重组适应培养要求的课程结构，优化教学内容，改进教学方法和手段，强化职业教育能力，方能更好地提高教学质量，将人才培养和时代发展需求对接。
二、构建适合数字媒体时代特征的电脑艺术设计课程体系
由于对电脑艺术设计课程性质的划分、开设时间、顺序研究不够，在艺术设计课程体系中，电脑艺术设计课程设置缺乏科学性、渗透性，这导致电脑设计课程与其他课程出现严重脱节，在知识的传授与技能的训练上无法保持同步，学生无法系统地理解和把握知识结构，不能把所学知识点融会贯通。这严重制约了学生主动学习的兴趣，最终影响应用型人才综合素质的培养。电脑艺术设计课程是教授学生利用电脑这一现代化的工具，通过使用软件所提供的创作平台来完成艺术作品的课程，它贯穿艺术设计领域里的众多学科，形成了相互交织、相互渗透的结构网。针对电脑艺术设计课程具有的数字时代文化特征，在课程设置上应注重专业类课程与软件技能类课程内容的交叉配置，协调好与各课程的衔接，合理地安排好开课时间和课程顺序，增强课程体系的条理性，做到知识的系统性与专业性并重。
在修订课程教学计划时，应将电脑艺术设计课程划分阶段串联和并联到基础课与专业课当中：第一阶段为软件技能基础阶段；第二阶段为软件技能深入阶段。在开设时间上，第一阶段与基础课开设时间同步，第二阶段的开课时间与专业课程设置同步。这样分割课程有两大优势：其一强调电脑艺术设计课程的属性，明确软件技能性是属于辅助艺术设计范畴；其二，有利于课程知识点的相互渗透。在第一阶段，基础课与软件课的同时段并联开设有助于学生明确课程的意义，充分认识电脑与艺术设计的关系；第二阶段，强调电脑设计课程与专业课程的融合性，让学生带着疑问去学习软件技术，使技术和艺术之间结合得更加完善。通过这种串联方法，把软件技能课贯穿于基础课与专业课的始终，有效地解决了课程间联系不紧密所造成的课程生疏，避免了课程设置衔接的孤立性，不至于产生艺术和技术的脱节，且与艺术设计课程相呼应，大大丰富了教学方法和教学内容，促进了电脑艺术设计教学的良性循环。
三、注重适应数字媒体时代经济发展和行业需求的实践教学
数字媒体是一个日新月异、不断变化的领域，其前沿发展趋势和知识结构都处于不断更新的状态。电脑艺术设计课程在实践教学中存在两大问题：第一，电脑艺术设计课程的实践教学缺乏系统性和实际性的指导，与市场结合实践方式单一，与理论结合不够紧密，不能充分锻炼实践能力；第二，无法了解和掌握相关设备及环境的性能及操作技能，导致学生不能根据各自兴趣进一步利用这些工具进行创意性实践。 因此，电脑艺术设计课程的实践教学必须顺应时代形势，研究数字媒体特征和行业发展趋势，以培养匹配市场需求的人才。我们一方面要结合市场进行实践教学，注重掌握数字媒介传播的特点，以提高学生设计的主动权，拓展视觉效果产生协同作用，呈现出更丰富的视觉语言和个性魅力；另一方面，要加强对实训室硬件环节的投入和软件的及时更新，强化常用设备实践环节的教学和训练，使学生掌握一套完整的知识体系。在实践教学的课程项目设计上，通过设计项目实体，把理论课程带到现场，教师与学生共同协作完成实训项目。让学生进入实训室，通过项目实训的现场实践性教学，由浅到深，逐步深入。这样，由理论到实际应用，循序渐进，符合学生技能发展规律，使学生在实践教学过程中得到系统的锻炼和培养。
课程与教学的改革是一个长期的、复杂的过程，需要我们不断地研究和探索。在竞争日趋激烈的形势下，电脑艺术设计课程必须转变传统的教育教学思想和人才培养观念，主动适应社会需求，加强与行业、企业的合作，深化课程改革，采用更加符合市场和时代发展需求的方式，促进电脑艺术设计专业持续健康地发展。
参考文献：
[1]乔立恭.李晶数字媒体专业建设中美学素养地位、作用的研究[J].电化教育研究，2007，（8）.
[2]田甜.艺术设计教育中计算机应用课程的改革[J].艺术教育，2006，（1）.
[3]阎如山.论新媒介传播下的平面设计视觉语言[J].装饰，2007，（9）.
[4]于绥贞.面向21世纪 培养跨学科人才[J].科技管理研究，2000，（3）.
※此文为江西科技师范大学2010年校级一般教改课题，课程编号：JGYB-10-40-25。
课程名称 数字电子技术基础 题目名称
交通灯控制电路
学生学院 专业班级
学
号
学生姓名
邓嘉琦
指导教师
2014 年月 25 日
一、设计题目：
交通灯控制电路
二、实验要求：
基本要求：
1）
设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间在30至90秒范围内设定，时间应可分别设定并易于设置修改。
2）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟（包含在30至90秒范围内），才能变换运行车道；黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。
3）甲、乙车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用倒计时的方法）。
扩展要求：
4）同步设置人行横道红、绿灯指示。
三、原理电路和程序设计：
总体方案：
由于是十字路口的交通灯，两边电路对称，不再赘述。
时钟：
参考教科书里的电路图，用555芯片构成计1Hz时器，电路图如下图：
译码电路与倒计时模块：
由于仿真时用的是自带译码器的数码管，故在这此电路图中不标明译码模块；译码芯片选用的是CD4511芯片，故选用共阴的数码管。由于交通灯倒数是十进制数，故倒数计时芯片用的是十进制双向计数芯片747HC192。通过74HC02上单逻辑功能组成两位数倒数计时器。每当两位数都倒数到0时同时触发置数。数码管与倒数计时器电路如下图：
设置时间电路与置数电路：
由于设计要求为时间可调，对此一开始方案有两个。
方案一为：通过计数器，每按下一次开关计数一次，并通过逻辑电路实现减5的功能（黄灯为5秒）再放到另一寄存器保存。
方案二为：通过放置开关，按照BCD码的格式按下开关以达到设置时间的目的。两位十位数换成BCD码的话至少需要8个开关。
在具体实施时，由于减5的功能（还必须是BCD运算）难以实现，以及定时器芯片成本高，计数设置时间不方便等原因，最终方案为：用16个开关分别设置红灯和绿灯的时间，但必设置时红灯时间必须比路灯多5秒。
置数芯片最初选用的是74HC373。但在焊接时发现373的引脚不容易排版，后来换成了74HC245。功能相同。
置数电路与倒数电路的链接如下图：（由于16个开关太占版面，故不全画出。。）
其中U4为控制黄灯置数的芯片
时序控制模块：
作为整个电路的控制模块，需要实现的是置数芯片的选择，红绿灯的亮暗。由于交通灯一个循环只有三个状态，即红绿黄灯显示的状态。通过逻辑电路，与计数芯片配合，组成三进制计数器；使每次倒数计数芯片倒数到0时计数一次，将计数结果送到译码芯片来控制置数芯片的选通。在这里用到的逻辑芯片为74HC08，计数芯片任然用74HC192（懒得去看其它芯片了），译码器用的是74LS139（由于电路是对称的，可以节省一块芯片）。由于控制电路涉及整个电路，故在此给出整个电路图的连线，如下图：
其中时钟电路用信号发生器代替，另一组电路与该电路相同，共用U8、U11、U12三块逻辑芯片。红绿黄灯由193的输出端采用共阳的方式控制。
四、仿真与调试：
仿真结果流畅，两个计数器正常运行，置数正常。未出现逻辑冲突。但在实际调试时由于时序控制模块设计上的缺陷存在竞争冒险的现象，红路灯以及置数功能有时会出现错误，基于此，在各模块的连接处增加了几个电容后得以改善。
五、总结：
此次课程设计做的是心力憔悴，不过也从中学习了很多，焊接技术也提升了很多。这次的作品，优点在于能完成所有包括要求扩展的功能，两个方向都有独立的数码管显示时间，黄灯显示时间也是独立的，与现实的交通灯模式相同。缺点就是耗费时间常，成本高，电路稳定性不够高，设计存在一定的缺陷（没时间也很难改了）。这次额课程设计让我明白了单片机的重要性，对于较复杂的逻辑功能，单片机能很大程度的简化电路和降低成本。同时我对逻辑电路的设计和运行有了更深的了解。焊接技术也有很大提高。虽然这次课程设计做的很辛苦，但收获还是很大的。
参考资料：
《数字电子技术基础（第五版）》
------阎石 《常用HC系列芯片》-----百度文库
另附作品照片：
正面
数字式闹钟
第一部分 设计任务
1.1 设计任务
(1)时钟功能：具有24小时或12小时的计时方式，显示时、分、秒。(2)具有快速校准时、分、秒的功能。
(3)能设定起闹时刻，响闹时间为1分钟，超过1分钟自动停；具有人工止闹功能；止闹后不再重新操作，将不再发生起闹。
1.2设计指标
(1).有“时”、“分”十进制显示，“秒”使用分个位数码管上的DP点显示。
时十位显示时个位显示分十位显示秒闪烁显示分个位显示
(2).计时以24小时为周期。(23:59→00:00)(3).具有较时电路，可进行分、时较对。
(4).走时过程能按预设的定时时间(精确到小时)启动闹钟产生闹铃，闹铃响时约3s。
第二部分 设计方案
2.1总体设计方案说明
系统组成：
显示电路：译码器 数码管
秒信号发生器：由LM555构成多谐振荡器 走时电路：计数器和与非门组成 校时电路：秒信号调节
闹钟电路：跳线的方法 由计数器、译码器、组合逻辑电路、单稳态电路组成 2.2模块结构与方框图
1.秒钟与分钟显示电路
用两片74290组成60进制计数器，输入计数脉冲CP加在CLKA’端，把QA与CPLB’从外部连接起来，电路将对CP按照8421BCD码进行异步加法计数，个位接成十进制形式，十位接成六进制形式，当R0(1)=RO(2)=1且R9(1)*R9(2)=0时74290的输出被直接置0，当R0(1)*RO(2)=0和R9(1)*R9(2)=0时开始计数。电路图如下：
连接成总电路时，分钟的输入信号由秒钟计数器提供。2.时钟显示电路：
同样用2片74290组成24进制，当十位的为2，个位的为4时通过反馈电端，控制个位和十位同时清零，这样就可以按23翻0规律记数了。电路图如下：
连接成总电路时，时钟输入信号由分钟计数器提供。3.调时分秒
可接几个开关来控制个位，十位的信号输入，如开关1、2、space。如图示：
4.闹钟
分设置与上面相差一个输入信号，如下图：
时设置的个位为十进制，十位为三进制，当十位为2时，通过反馈控制端，个位不能大于等于4，即小时十位为2时，个位加到4时十位和个位马上全部置0，从而让小时的设置只能最大设为23。当十位不是2时，个位则加到9时再加一位则置0，如图示：
闹钟部分时，将小时显示计数器、分钟显示计数器的8个输出端，闹钟时设置、闹钟分设置的8个输出端引出，用4个4077门进行比较，然后将4个4077门的8个输出端用2个7421进行与运算，将2个7421的输入输出端用3个与门进行与运算后输出到闹钟发声器。就完成了闹钟功能。当与时间显示计数器相连的显示器与与时间设置计数器相连的显示器显示的数字相同时，即相达闹钟条件，这时4个4077门的所有输入端都为1，经过二次与运算后输入到发声器的信号也为1，即闹钟开始，否则输入到发声器的信号为0，闹钟不响。闹钟会一直响，直到两个地方的时间不一样为止，也就是响一分钟。具体电路看总电路。
四、总电路工作原理及元器件清单
1．总原理图
时显示分显示时译码分译码秒显示时计时分计时秒计时秒信号较准起闹单稳态电路闹铃
第三部分 电路设计与器件选择
3.1秒信号发生器
3.1.1模块电路及参数计算
（1）LM555构成振荡器相关参数计算。
3.1.2工作原理和功能说明
所以：
(1)采用LM555构成多谐振荡器，调整电阻可改变频率，使之产生1Hz的脉冲信号（即T=1S）(2)555内部结构图及各部分功能。
VCC8THCO65R+A–1RTRD271GNDR+A2–TSQRD4RQTPH0.7(R1R2)CTPL0.7R23UOf11HTTTPHTPL0.7(R12R2)a、分压器为比较器提供基准电压，A1的基准电压为 2/3V，A2的基准电压为1/3V。
b、阈值端（TH）和触发端（TR）的外加输入信号和两个基准电压比较，当TH> 2/3V 时，A1输出高电平；当TR< 1/3V时，A2输出高电平。反之，两比较器输出低电平。
c、A1、A2的输出作为RS触发器的输入。R=1时，Q=0；S=1时，Q=1 d、RS触发器的反相输出端经反相驱动后输出U,即U=Q e、当Q=0时,T导通；Q=1时，T截止。
3.1.3器件说明
（1）LM555管脚图和功能表
RD01TH0>2V<VCC
12VCC/3/3保持3.2走时电路设计（时、分、秒）
3.2.1模块电路及参数计算
走时电路包括秒计时器、分计时器、时计时器，每一部分由两片计数器级联构成。模块电路如下。
3.2.2工作原理和功能说明（1）秒计时器
秒计数器由十进制与六进制级联而成，两片74LS163 和一片74LS20与非门实现。模60分成个位和十位，个位模10，十位模6。个位从0000计数到1001，利用清零端将个位从0000重新开始计数，同时将1001信号作为一个CP脉冲信号传给十位，让十位开始从0000开始计数。以此规律开始计数，直到十位计数到5，个位计数到9时，通过十位的清零端将十位清零，重新开始计数，并将此信号作为一个CP脉冲信号传给分计数器。（2）分计时器
同秒计时器。(3)时计时器
时计数器是模24计数器，电路计数显示00~23，由两片74LS160和一片74LS00与非门实现。个位由74LS160制成模10计数器，十位由另一片74LS160制成模为3的计数器．将个位芯片的 Q1信号与十位芯片的Q2信号提取出通过与非门，将信号分别给十位和个位的清零端，计数到23时两片芯片同时清零。个位的进位端与高电位与非后把信号作为CP脉冲信号传给十位CP端。
(4)译码显示电路
用译码器74LS48对计数结果进行译码，译码后在共阴极数码管上显示。3.2.3器件说明
（1）74LS163结构图和功能表（2）74LS160结构图和功能表
3.3时间校对电路
3.3.1工作原理和功能说明
将所需要校对的时或分计数电路的脉冲输入端切换到秒信号，使用快脉冲计数，到达标准时间后再切换回正确的输入信号。
3.4闹钟电路设计
3.4.1模块电路及参数计算（1）闹钟设计模块电路如下图
（2）74LS123控制报时时间长短相关参数计算。
取RT=51K，CT=220uF
TW= 0.28 RT*CT*（1+0.7K/RT）
TW ≈ 3.18 S
3.4.2工作原理和功能说明
（1）使用1片74LS138，1片74LS42分别将小时的十位和个位的进行译码，小时十位为0～2，3-8译码器只使用前2个输入端，小时个位为0～9，4-10译码器只使用前3个输入端。（2）设定起闹点，将十位和个位相关输出分别与高电位经过与非（如设定起闹点为11点，将74LS138的输出低二位与高电位与非，将74LS42的输出地低二位与高电位与非）的结果再与非，最后将信号传给74LS123.（3）用74LS123构成单稳态触发器，控制起闹时间的长短。74LS123 内部包括两个独立的单稳态电路。单稳输出脉冲的宽度，主要由外接的定时电阻(RT)和定时电容(CT)决定。单稳的翻转时刻决定于 A、B、CLR 三个输入信号。3.4.3器件说明
（1）74LS138管脚图和功能表
（2）74LS42管脚图和功能表
（3）74LS123的管脚图和功能表
4.1整机电路图 4.2元件清单
电阻：1KΩ(DP)
1只
1.5KΩ
1只
2.4KΩ
1只
51KΩ
1只
300Ω
4只
电容：220uf
2只
0.01uf
1只 芯片：74LS163
4片
74LS160
2片
74LS48
4片
4LS123
1片
74LS138
2片
74LS42
1片
74LS00
3片
LM555
1片
74LS20
1片
蜂鸣器：
1只
共阴极数码管： 4只 导线：7种颜色各一米。
第五部分
安装调试与性能测量
5.1安装电路
电路安装要求
（1）芯片布局要合理，凹槽朝统一方向，以免电源与地线接反
（2）导线颜色使用要规范，5V电源线使用红色导线连接；地线使用黑色导线；其它信号线使用除红黑颜色以外的导线。
（3）导线要横平竖直紧贴面包板，不要从集成块上跳线，要连接可靠（4）线路连接时要按信号的流向逐级连接，交叉线尽可能少。5.2电路调试
5.2.1调试步骤及结果 采用逐级调试的方法
（1）确保秒信号正常（2）调试秒计数器
（3）调试分计数器，可将秒信号作为分计数器的CP脉冲
（4）调试小时计数器，可将秒信号作为小时计数器的CP脉冲（5）调试闹钟电路
5.2.2故障分析及处理
（1）将秒信号接入示波器，与标准信号对比，出现误差，但在允许范围之内。
（2）秒信号接入脉冲后发现不向分进位，经过再一次排查检查电路发现秒时钟的各位未向十位输入脉冲。
（3）插上电源后发现分信号的信号紊乱，从乱码起跳，而且十位不清零。于是我们对分的模六十进行单脉冲检测，在检查分信号个位（模十计数器）时发现，从乱码起跳，后就为0~9正常，起初以为是新片坏了，换了芯片后还是从乱码起跳，后进行接线检查等，还是查不出原因，最后我们从新审查电路的设计和连接，发现输出进行与非的信号高低位接反，改正后个位跳砖正常。而后对分信号的十位进行检查。发现输入脉冲虚接。
（4）刚接通电源时，小时计数器十位显示7，后给予清零信号后显示恢复正常。将秒脉冲接到小时计数器的个位CP端，在进位时发现23：00时不能同时清零。对模二十四的设计进行分析发现接线错误，后经过改正清零正常。
（5）在检测电路的过程中发现数码管不能正常显示的状况，经检验发现主要是由于接触不良的问题，其中包括线的接触不良和芯片的接触不良，在实验过程中，数码管有几段二极管时隐时现，有时会消失。用5V电源对数码管进行检测，一端接地，另一端接触每一段二极管，发现二极管能正常显示的，排查导线把接触不好的线重新接过后发现能正常显示了。
仿真调试与分析
首先按space，则电路开始计数，数码管显示时间。
当要调时、分、秒，则按0进入校准时间，然后由数字1、2、3分别调整时间秒、分、时。再按0进入计时，总之，0键就是在校准与计时之间切换的功能键。
开始时计时：
按0进入校准：
再按0进入计时：
按space切换至显示闹钟起闹时间，起闹时间秒不计，所以恒为FF。按4、5调整闹钟起闹时间的时、分
此时起闹的时间为1点03分。
按space切换至计时状态，此时时间如果是1点03分的话，闹铃响一分钟后熄灭，此时可以按下开关T打开或关闭闹铃
当时间来到分钟为59，秒钟为51的时候，在52、54、56、58 闹铃个响一次，此时接入的是500HZ的脉冲。在00时再响一次，此时接入的是1000HZ的脉冲。可以按下开关W打开或关闭整点报时功能。
第六部分 课程设计总结
做集成数字式闹钟这个实验，跟我同组的包括我在内共有三个同学，对于设计任务，我们进行了一些详细的分工合作。首先是收集资料，我们上网页搜索，去了好几次图书馆，在闲暇的时候我们也在讨论这个问题该怎样解决„„就这样我们描绘出了大致的设计思路，进而画出了我们需要的设计原理图。通过本次的课程设计，觉得自己也锻炼到了不少的经验：
首先，资料查找是一个至关重要的问题。在这次设计过程中，觉得最开始的突破口就是从资料入手，不然真会觉得束手无策的。通过查找相关书籍，不但可以从中提取一些重要的资料，还让我们学到了如何将学过的知识，更好的有机组合起来运用到实践之中，体会到了学习的乐趣。
其次，细节决定成败。在我们有了有了大概的原理图以后，我们的设计思路也就基本确定了，但是在实际操作的过程中，用仿真软件仿真的时候，总会出现许多不可预知的问题，经过仔细、反复的查看电路的连接之后，才发现其中一些接线是由于粗心，出现了接线端的错误，虽然只是一些小小的失误，但是却影响了整个电路。这正是“细节决定成败”，也让我们懂得了做事情更应该做好充分的准备，明确设计思路，只有这样才能游刃有余。
再次，要注重理论联系实际。在设计电路之初，我们觉得思路上都有点闭塞，不知道该如何下手，但是数字闹钟可能会用到的一些基本电路，如：计时器、分频器、振荡电路等都是我们学过的，只是如何将他们很好的串联起来，实现一个自己所需要的功能，还没有实践过，一时无所适从，在我们经过仔细地反复推敲之后猜发现了突破口。
[摘 要]数字化设计是机械类相关专业的一门重要实践课程，担负着培养学生三维建模能力的重要任务。应该以实践创新作为课程导向，进行一系列课程建设，通过变革考核制度、积极进行教材建设等措施，重点培养学生的科技创新能力。经过多年的建设，在教学理论、教材建设、课程考核模式、学生科技竞赛等方面取得了丰硕成果。
[关键词]创新人才培养 数字化设计 课程建设 教材建设
[中图分类号] G642.3[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）06-0146-03
数字化设计是机械设计制造及其自动化专业、机械电子工程专业以及材料成型与控制工程专业必修的专业课之一，是机械类专业重要的实践课程，重点培养学生的三维数字化建模能力，担负着培养学生设计理论向模型转化，实践动手建立设计模型的重要任务。长期以来，机械类专业数字化设计课程一直沿用纯理论教学方式，致使学生理论与实践脱节，不利于培养学生动手能力，学生科技创新意识差，由此造成学生不能熟练完成课程与毕业设计后期建模任务，毕业后难以适应工作需要等一系列问题。
一、课程体系建设
为解决以上问题，结合创新人才培养机制[1] [2]，本课题组进行了面向创新人才培养的数字化设计课程体系建设。
（一）以实践创新作为课程导向，重点培养学生科技创新能力
以理论教学为基础，以实践教学为主要课程内容，始终以实践创新作为课程导向，在完成课程基本授课内容基础上，重点培养学生科技创新能力。以课堂教学为中心，利用“第一课堂”锻炼学生实践意识;以课外科技活动为辅助，结合“第二课堂”培养学生科技创新意识;以校外工程实践为辅助，用好“第三课堂”挖掘学生科技创新潜力。
理论与实践相结合，解决本科教学过程中长期重理论轻实践的缺陷。[3]长期以来，本科教学尤其是研究型大学教学过程中，都是重点进行理论阐述，而忽视实践知识的重要性。由此导致毕业生虽然具有较强的理论能力，但进入企业后尤其是刚踏上工作岗位时，难以适应企业工作的需要。尤其是工科机械类学生，虽然对设计与建模的理论有很深的理解，但对工作过程中使用的设计软件与方法却掌握不熟练甚至一窍不通，动手能力差，难以胜任工作岗位。新的数字化设计课程教学体系在讲述建模理论的同时，重点阐述使用软件建模的方法，上机实验过程中引导学生进行重点练习，课外作业中结合学生的科技创新进行自主创造活动，以期学生及早适应社会要求。
积极组织第二课堂，在课外活动中锻炼学生创新思维、创新精神和实践能力。引导学生建立课外科技创新小组，指导学生申请国家专利，参加“挑战杯”、“高教杯”等学生竞赛活动，参与课题组教师的科研项目与课题申报活动，运用课堂所学知识做一些辅助性建模活动，为日后学生的自主科技活动奠定基础。
（二）改革学生考核机制，引入创新学分，引导学生科技风气
在学生管理和考核机制方面，联合校院两级团委组织，进行学生管理模式改革。给予学生创造宽松的科技创新环境，把学生科技创新纳入共青团和学生工作的重点内容来抓。
鼓励学生参加课外科技活动，申请国家专利，撰写学术论文，以创新能力培养为导向进行课堂教学，并把学生科技成果纳入课程考核中来，激发学生科技创新的自发性和主动性。在课堂教学组织过程中，以课程内容为主线，结合上机实验、课程作业等课程内容引导学生进行创新性课题研究，锻炼学生科技创新能力，强化学生创新意识。
（三）积极进行教材建设
积极进行教材、教学论文等相关建设，努力提高教职工素质与课程教学环境。结合学生科技创新方法与人才培养新模式，撰写教育教学改革论文;结合课程教学内容，撰写适于我校使用的相关教材与参考书;为机械相关专业量体制作电子教案;加强综合性、设计性、研究探索性实验建设，提高学生动手能力，加强学生主动性，进一步启发学生思维，培养学生科技创新性。
二、课程建设成果
通过以上课程体系建设，本课题组在教材及参考书建设、课件建设、实验与课程考核模式、指导学生科技竞赛等方面，取得了丰硕的成果。
（一）教材、参考书与课件建设
撰写了4部教材并由清华大学出版社出版。结合本课程不同时期应用不同软件版本的特点，课题组分别撰写了相应的教材，用于培养学生基本的建模能力，训练学生基本科技创新能力。
撰写了课外参考书2部，由清华大学出版社出版。结合曲面建模、高级实体建模、仿真与动画等高级建模内容，本课题组撰写参考书作为课堂讲授内容的延伸，主要用作学生课外练习与能力提高，用于培养学生构建复杂产品结构的能力，训练学生具有较强的科技创新能力，以期达到一个较高的科技水平。
编写课程电子教案并由清华大学出版社出版。结合理论研究成果与教材建设，本课题组为本校机械类专业量体制作了数字化设计教学课件，包含了课程数字化建模方法基本原理与内容，图文并茂，经过多年使用与历练，深得学生喜爱。
（二）实验与考核方式建设
联合校院两级团委，改变学生管理模式，增加学生科技创新动力，以综合性、设计性、研究探索性实验为课程实践考核的主要内容。针对数字化设计课程偏重实践的特点，课题组对本课程的实验、作业与考核方式等方面进行了创新性建设。本课程理论讲授与上机实验内容对半，采用了授课与上机交叉的方式，授课完成后紧跟上机实验，使学生便于快速掌握课堂讲授内容;上机实验中，根据科技创新的需要，授课教师安排相关实验内容，用于提高学生创新能力;结合科技活动中普遍使用，但教学大纲中没有规定的动画、仿真等内容，采用课堂介绍、课下布置作业、督促学生自学并上机完成的方式，提高学生自学与自主创新的能力;课程结束后布置大作业，让学生结合已学机械原理等知识，同时自学机械设计等相关课程，利用数字化设计课程的基本建模知识完成减速箱设计，锻炼了学生的动手能力，同时也是学生第一次自主进行科技创新活动;课程考试抛开传统模式，重点考查学生建模理论、建模方法与建模技巧，形成了以理论为基础，以实践、实用为基本要求的课程考核模式。
（三）科技竞赛
学生在数字化设计开课的学期年内，参加“三维数字化创新设计大赛”、“机电产品创新设计大赛”、“高教杯”等科技活动的比例大大增加。机械专业学生从2009年到2011年三年的时间内，获得国家级奖励5项、省部级奖励27项，获奖人数120人，参与人数达400余人，占总人数的三分之一。课题组指导教师4人次获校学生科技创新优秀指导教师称号。
三、课程建设创新点
（一）改变传统理论教学为主导的模式，将课程变为以理论为基础，以实践为主要内容的实践类课程，为培养学生科技创新能力提供必要的前提条件
结合教育部“卓越工程师教育培养计划”[4] [5] ，从适应经济社会发展，提升学生工程实践能力，培养学生科技创新意识出发，遵循由浅入深、逐步引导、循序渐进的规律讲授课程，加强我校“应用基础型高校”培养目标中的应用教育;根据课程实践的需要，采用“实例引入→知识点解析→例题讲解→作业巩固→引导创新”的原则组织编写课程教材;遵循“基础应用、服务实践”的原则，有重点讲解机械行业实践所需要的基础内容，并结合具体的工程实际问题来讲解，注重培养学生实践经验和创新意识。
（二）改变传统实验模式，充分利用课堂内外一切机会，激发学生科技创造的自发性和主动性
将以往以例题、练习题为主的验证型实验模式，变为以提供参数，让学生自主设计的综合性、设计性、研究探索性实验为主导，激发以课堂教学为中心锻炼学生实践意识;以课外科技活动为辅助培养学生科技创新意识;以校外工程实践为辅助挖掘学生科技创新潜力。同时，结合团委等学生科技创新管理部门，创造宽松的科技创新环境，改变“保姆式”教育管理模式，给学生提供发挥创造力的环境。
四、结束语
经过面向创新人才培养的数字化设计课程建设，课程授课质量显著提高，训练了学生的开拓性思维，其科技创新能力得到较大发展。结合学生科技创新活动进行课程建设，以实践、实用为导向的学习，使得学生在学习过程中更具有主动性、积极性和能动性，课堂气氛活跃，授课效果良好。同时，课题组在学生科技活动与竞赛、学生申请国家专利、学生就业率与就业质量的提高、学生课程教学与课程设计质量提高、教材与电子教案出版和推广等方面取得了丰硕成果，达到了课程建设的效果。
[ 注 释 ]
[1] 李明.依托校企联合实验室的PBL创新人才培养机制初探[J].实验室研究与探索，2012（8）：269-273.
[2] 吴爱华，侯永峰，陈精锋等.深入实施“拔尖计划”探索拔尖创新人才培养机制[J].中国大学教学，2014（3）：4-8.
[3] 王卫伟.培养学生基础类课程实践能力的教学改革探讨——以《材料测试技术及方法》为例[J].教育教学论坛，2014（18）：30-31.
[4] 张安富，刘兴凤.实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高等工程教育研究，2010（4）：56-59.
[5] 林健.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案研究[J].清华大学教育研究，2011（2）：47-55.
[责任编辑：钟 岚]
[收稿时间]2014-12-28
[基金项目]山东科技大学特色名校建设项目“基于应用型创新人才培养的三维设计教学方法研究”、“Creo教材建设”。
学 年 学 期:
专 业 班 级: 学 号:
姓 名:
指导教师及职称: 时 间: 地点： 设计目的
熟悉集成电路的引脚安排.掌握各芯片的逻辑功能及使用方法.了解面包板结构及其接线方法.了解数字钟的组成及工作原理.熟悉数字钟的设计与制作.设计要求 1.设计指标
时间以24小时为一个周期;显示时,分,秒;有校时功能,可以分别对时及分进行单独校时,使其校正到标准时间;计时过程具有报时功能,当时间到达整点前5秒进行蜂鸣报时;为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号.2.设计要求
画出电路原理图(或仿真电路图);元器件及参数选择;电路仿真与调试;PCB文件生成与打印输出.3.制作要求 自行装配和调试,并能发现问题和解决问题.4.编写设计报告 写出设计与制作的全过程,附上有关资料和图纸,有心得体会.设计原理及其框图 1.数字钟的构成
数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路.由于计数的起始时间不可能与标准时间(如北京时间)一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定.通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟.图 3-1所示为数字钟的一般构成框图.图3-1 数字钟的组成框图 ⑴晶体振荡器电路
晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号,可保证数字钟的走时准确及稳定.不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路.⑵分频器电路 分频器电路将32768Hz的高频方波信号经32768()次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数.分频器实际上也就是计数器.⑶时间计数器电路
时间计数电路由秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成,其中秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器为60进制计数器,而根据设计要求,时个位和时十位计数器为12进制计数器.⑷译码驱动电路
译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流.⑸数码管
数码管通常有发光二极管(LED)数码管和液晶(LCD)数码管,本设计提供的为LED数码管.2.数字钟的工作原理 1)晶体振荡器电路
晶体振荡器是构成数字式时钟的核心,它保证了时钟的走时准确及稳定.图3-2所示电路通过CMOS非门构成的输出为方波的数字式晶体振荡电路,这个电路中,CMOS非门U1与晶体,电容和电阻构成晶体振荡器电路,U2实现整形功能,将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波.输出反馈电 阻R1为非门提供偏置,使电路工作于放大区域,即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器.电容C1,C2与晶体构成一个谐振型网络,完成对振荡频率的控制功能,同时提供了一个180度相移,从而和非门构成一个正反馈网络,实现了振荡器的功能.由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性,从而保证了输出频率的稳定和准确.晶体XTAL的频率选为32768HZ.该元件专为数字钟电路而设计,其频率较低,有利于减少分频器级数.从有关手册中,可查得C1,C2均为30pF.当要求频率准确度和稳定度更高时,还可接入校正电容并采取温度补偿措施.由于CMOS电路的输入阻抗极高,因此反馈电阻R1可选为10MΩ.较高的反馈电阻有利于提高振荡频率的稳定性.非门电路可选74HC00.图3-2 COMS晶体振荡器 2)分频器电路
通常,数字钟的晶体振荡器输出频率较高,为了得到1Hz的秒信号输入,需要对振荡器的输出信号进行分频.通常实现分频器的电路是计数器电路,一般采用多级2进制计数器来实现.例如,将32768Hz的振荡信号分频为1HZ的分频倍数为32768(215),即实现该分频功能的计数器相当于15极2进制计数器.常用的2进制计数器有74HC393等.本实验中采用CD4060来构成分频电路.CD4060在数字集成电路中可实现的分频次数最高,而且CD4060还包含振荡电路所需的非门,使用更为方便.CD4060计数为14级2进制计数器,可以将32768HZ的信号分频为2HZ,其内部框图如图3-3所示,从图中可以看出,CD4060的时钟输入端两个串接的非门,因此可以直接实现振荡和分频的功能.图3-3 CD4046内部框图 3)时间计数单元
时间计数单元有时计数,分计数和秒计数等几个部分.时计数单元一般为12进制计数器计数器,其输出为两位8421BCD码形式;分计数和秒计数单元为60进制计数器,其输出也为8421BCD码.一般采用10进制计数器74HC390来实现时间计数单元的计数功能.为减少器件使用数量,可选74HC390,其内部逻辑框图如图 2.3所示.该器件为双2—5-10异步计数器,并且每一计数器均提供一个异步清零端(高电平有效).图3-4 74HC390(1/2)内部逻辑框图
秒个位计数单元为10进制计数器,无需进制转换,只需将QA与CPB(下降沿有效)相连即可.CPA(下降没效)与1HZ秒输入信号相连,Q3可作为向上的进位信号与十位计数单元的CPA相连.秒十位计数单元为6进制计数器,需要进制转换.将10进制计数器转换为6进制计数器的电路连接方法如图3-5所示,其中Q2可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的CPA相连.图3-5 10进制——6进制计数器转换电路
分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同,只不过分个位计数单元的Q3作为向上的进位信号应与分十位计数单元的CPA相连,分十位计数单元的Q2作为向上的进位信号应与时个位计数单元的CPA相连.时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同,但是要求,整个时计数单元应为12进制计数器,不是10的整数倍,因此需将个位和十位计数单元合并为一个整体才能进行12进制转换.利用1片74HC390实现12进制计数功能的电路如图3-6所示.另外,图3-6所示电路中,尚余-2进制计数单元,正好可作为分频器2HZ输出信号转化为1HZ信号之用.图3-6 12进制计数器电路 4)译码驱动及显示单元
计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出,选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流,选用CD4511作为显示译码电路,选用LED数码管作为显示单元电路.5)校时电源电路
当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正.通常,校正时间的方法是:首先截断正常的计数通路,然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端,校正好后,再转入正常计时状态即可.根据要求,数字钟应具有分校正和时校正功能,因此,应截断分个位和时个位的直接计数通路,并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中.图3-7所示即为带有基本RS触发器的校时电路, 图3-7 带有消抖动电路的校正电路 6)整点报时电路
一般时钟都应具备整点报时电路功能,即在时间出现整点前数秒内,数字钟会自动报时,以示提醒.其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波,较复杂的也可以是实时语音提示.根据要求,电路应在整点前10秒钟内开始整点报时,即当时间在59分50秒到59分59秒期间时,报时电路报时控制信号.报时电路选74HC30,选蜂鸣器为电声器件.元器件
1.实验中所需的器材 5V电源.面包板1块.示波器.万用表.镊子1把.剪刀1把.网络线2米/人.共阴八段数码管6个.CD4511集成块6块.CD4060集成块1块.74HC390集成块3块.74HC51集成块1块.74HC00集成块5块.74HC30集成块1块.10MΩ电阻5个.500Ω电阻14个.30p电容2个.32.768k时钟晶体1个.蜂鸣器.2.芯片内部结构图及引脚图
图4-1 7400 四2输入与非门 图4-2 CD4511BCD七段译码/驱动器 图4-3 CD4060BD 图4-4 74HC390D 图4-5 74HC51D 图4-6 74HC30 3.面包板内部结构图
面包板右边一列上五组竖的相通,下五组竖的相通,面包板的左边上下分四组,每组中X,Y列(0-15相通,16-40相通,41-55相通,ABCDE相通,FGHIJ相通,E和F之间不相通.个功能块电路图
一个CD4511和一个LED数码管连接成一个CD4511驱动电路,数码管可从0---9显示,以次来检查数码管的好坏,见附图5-1.图5-1 4511驱动电路
利用一个LED数码管,一块CD4511,一块74HC390,一块74HC00连接成一个十进制计数器,电路在晶振的作用下数码管从0—9显示,见附图5-2.图5-2 74390十进制计数器
利用一个LED数码管,一块CD4511,一块74HC390,一块74HC00和一个晶振连接成一个六进制计数器,数码管从0—6显示,见附图5-3.图5-3 74390六进制计数器 利用一个六进制电路和一个十进制连接成一个六十进制电路,电路可从0—59显示,见附图5-4.图5-4 六十进制电路
利用两个六十进制的电路合成一个双六十进制电路,两个六十进制之间有进位,见附图5-5.图5-5 双六十进制电路
利用CD4060,电阻及晶振连接成一个分频——晶振电路,见附图5-6.图5-6 分频—晶振电路
利用74HC51D和74HC00及电阻连接成一个校时电路,见附图5-7.图5-7 校时电路
利用74HC30和蜂鸣器连接成整点报时电路.见附图5-8.图5-8 整点报时电路
利用两个六十进制和一个十二进制连接成一个时,分,秒都会进位的电路总图,见附图5-9.图5-9 时,分,秒的进位连接图 总接线元件布局简图,见附图6-1 芯片连接图见附图7-1 八,总结
设计过程中遇到的问题及其解决方法.在检测面包板状况的过程中,出现本该相通的地方却未通的状况,后经检验发现是由于万用表笔尖未与面包板内部垂直接触所至.在检测CD4511驱动电路的过程中发现数码管不能正常显示的状况,经检验发现主要是由于接触不良的问题,其中包括线的接触不良和芯片的接触不良,在实验过程中,数码管有几段二极管时隐时现,有时会消失.用5V电源对数码管进行检测,一端接地,另一端接触每一段二极管,发现二极管能正常显示的,再用万用表欧姆档检测每一根线是否接触良好,在检测过程中发现有几根线有时能接通,有时不能接通,把接触不好的线重新接过后发现能正常显示了.其次是由于芯片接触不良的问题,用万用表欧姆档检测有几个引脚本该相通的地方却未通,而检测的导线状况良好,其解决方法为把CD4511的芯片拔出,根据面包板孔的的状况重新调整其引脚,使其正对于孔,再用力均匀地将芯片插入面包板中,此后发现能正常显示,本次实验中还发现一块坏的LED数码管和两块坏的CD4511,经更换后均能正常显示.在连接晶振的过程中,晶振无法起振.在排除线与芯片的接触不良问题后重新对照电路图,发现是由于12脚未接地所至.在连接六进制的过程中,发现电路只能4,5的跳动,后经发现是由于接到与非门的引脚接错一根所至,经纠正后能正常显示.在连接校正电路的过程中,出现时和分都能正常校正时,但秒却受到影响,特别时一较分钟的时候秒乱跳,而不校时的时候,秒从40跳到59,然后又跳回40,分和秒之间无进位,电路在时,分,秒进位过程中能正常显示,故可排除芯片和连线的接触不良的问题.经检查,校正电路的连线没有错误,后用万用表的直流电压档带电检测秒十位的QA,QB,QC和QD脚,发现QA脚时有电压时而无电压,再检测秒到分和分到时的进位端,发现是由于秒到分的进位未拔掉所至.5 在制作报时电路的过程中,发现蜂鸣器在57分59秒的时候就开始报时,后经检测电路发现是由于把74HC30芯片当16引脚的芯片来接,以至接线都错位,重新接线后能正常报时.连接分频电路时,把时个位的QD和时十位的1脚断开,然后时十位的1脚接到晶振的3脚,时十位的3脚接到秒个位的1脚,所连接的电路图无法正常工作,时十位从0-9的跳,时个位只能显示一个0,在这个电路中3脚的分频用到两次,故无法正常显示,因此要把12进制接到74HC390的一个逻辑电路空出来用于分频即可,因此把时十位的CD4511的12,6脚接地,7脚改为接74HC390的5脚,74HC390的3,4脚断开,然后4脚接9脚即可,其中空出的74HC390的3脚就可用于2Hz的分频,分频后变为1Hz,整个电路也到此为正常的数字钟计数.2.设计体会
在此次的数字钟设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法.在连接六进制,十进制,六十进制的进位及十二进制的接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了.在设计电路中,往往是先仿真后连接实物图,但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的,例如仿真的连接示意图中,往往没有接高电平的16脚或14脚以及接低电平的7脚或8脚,因此在实际的电路连接中往往容易遗漏.又例如74HC390芯片,其本身就是一个十进制计数器,在仿真电路中必须连接反馈线才能正常显示,而在实际电路中无需再连接,因此仿真图和电路连接图还是有一定区别的.在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的错误所引起的.3.对该设计的建议
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