數(shù)字鐘實(shí)驗報告

1、數(shù)字鐘設(shè)計與制作報告論文 數(shù)字鐘實(shí)驗報告課題名稱：數(shù)字鐘的設(shè)計與制作組員： 王慶 劉盛清 楊雋 姚琦 邱健斌姓名： 班級： 電氣信息I類112班實(shí)驗時間：實(shí)驗地點(diǎn)：指導(dǎo)老師： 目錄一、實(shí)驗?zāi)康?3二、實(shí)驗任務(wù)及要求-3三、實(shí)驗設(shè)計內(nèi)容-3(一)、設(shè)計原理及思路-3（二）、數(shù)字鐘電路的設(shè)計 -4 (1)電路組成-4 (2)方案分析-10(3)元器件清單-11四、電路制版與焊接-11五、電路調(diào)試-12六、實(shí)驗總結(jié)及心得體會-13七、組員分工安排-19 一、實(shí)驗?zāi)康模?學(xué)習(xí)了解數(shù)碼管，譯碼器，及一些中規(guī)模器件的邏輯功能和使用方法。2學(xué)習(xí)和掌握數(shù)字鐘的設(shè)計方法及工作原理。熟悉集成電路的引腳安排，掌 握

2、各芯片的邏輯功能及使用方法了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法。3了解PCB板的制作流程及提高自己的動手能力。4學(xué)習(xí)使用protel軟件進(jìn)行電子電路的原理圖設(shè)計、印制電路板設(shè)計。5初步學(xué)習(xí)手工焊接的方法以及電路的調(diào)試等。使學(xué)生在學(xué)完了數(shù)字電路課程的基本理論，基本知識后，能夠綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識、拓寬知識面，系統(tǒng)地進(jìn)行電子電路的工程實(shí)踐訓(xùn)練，學(xué)會檢查電路的故障與排除故障的一般方法鍛煉動手能力，培養(yǎng)工程師的基本技能，提高分析問題和解決問題的能力。二、實(shí)驗任務(wù)及要求1設(shè)計一個二十四小時制的數(shù)字鐘，時、分、秒分別由二十四進(jìn)制、六十進(jìn)制、六十進(jìn)制計數(shù)器來完成計時功能。2能夠準(zhǔn)確校時，可以分別對時、分進(jìn)行單獨(dú)校時，

3、使其到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)時間。3能夠準(zhǔn)確計時，以數(shù)字形式顯示時、分，發(fā)光二極管顯示秒。4.根據(jù)經(jīng)濟(jì)原則選擇元器件及參數(shù)；5.小組進(jìn)行電路焊接、調(diào)試、測試電路性能，撰寫整理設(shè)計說明書。三、實(shí)驗設(shè)計內(nèi)容1、設(shè)計原理及思路31數(shù)字鐘的構(gòu)成數(shù)字鐘一般由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、較時電路、報時電路等部分組成，這些都是數(shù)字電路中應(yīng)用最廣的基本電路32原理分析 數(shù)字鐘實(shí)際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1Hz）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號經(jīng)過分頻器形成秒脈沖信號，秒脈沖信號輸入計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，并把累計結(jié)果以“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。秒計數(shù)器電路計滿60后觸發(fā)分計數(shù)器電路，分計數(shù)器電路計滿60后

4、觸發(fā)時計數(shù)器電路，當(dāng)計滿24小時后又開始下一輪的循環(huán)計數(shù)。由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路可以對分和時進(jìn)行校時。時顯示器分顯示器秒顯示器分計時器時譯碼器秒計時器秒譯碼器分譯碼器時計時器校時電路電源地線頻率發(fā)生譯碼器圖1 基本框圖從上圖可知，數(shù)字鐘由以上各部分電路組成。振蕩器產(chǎn)生的1Hz的脈沖作為數(shù)字鐘的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計數(shù)器計滿60后向分計數(shù)器個位進(jìn)位，分計數(shù)器計滿60后向小時計數(shù)器個位進(jìn)位并且小時計數(shù)器按照二十四進(jìn)制計數(shù)。計數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。校時電路可分別對時、分進(jìn)行單獨(dú)校時，以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時間。由框圖可知電路主要由振蕩電路、計數(shù)電路、顯

5、示電路以及校時電路四大部分組成。下面將對各部分電路進(jìn)行設(shè)計:2、數(shù)字鐘電路的設(shè)計數(shù)字鐘電路主要由振蕩電路、計數(shù)電路、顯示電路以及校時電路四大部分組成。下面將對各部分電路進(jìn)行設(shè)計。 以下是本實(shí)驗所設(shè)計的方案：1、電路組成：（1）振蕩電路 振蕩電路振蕩電路由555定時器和電阻，電容串并聯(lián)構(gòu)成。圖示電路即可產(chǎn)生1HZ的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，用于電路的計時的脈沖 電路原理圖如圖11所示： 圖11 555定時器的脈沖電路在采用此方案之前，是用555定時器產(chǎn)生1KHZ的脈沖信號，然后再用三個160計數(shù)器依次分頻得到1HZ的計數(shù)脈沖，雖然用555加接電容和電阻會因沒有十分合適的電阻阻值而不是十分的精確，但我們在實(shí)驗室

6、里接成電路后發(fā)現(xiàn)沒有很大的區(qū)別。這樣子不僅少了些元器件更加的經(jīng)濟(jì)，而且電路更簡單，在后面畫PCB圖時會省去很大的的麻煩，后來在實(shí)驗的過程中也確實(shí)證明了這一點(diǎn)。（2）計數(shù)電路 計數(shù)電路分別有二十四進(jìn)制和六十進(jìn)制的計數(shù)器電路組成，對標(biāo)準(zhǔn)脈沖進(jìn)行計數(shù)，用74ls160實(shí)現(xiàn)計數(shù)，時分電路圖如圖3、圖4所示：時的計數(shù)電路實(shí)行二十四進(jìn)制，當(dāng)?shù)竭_(dá)24小時時，進(jìn)行清零后又開始新的計數(shù)來循環(huán)。計數(shù)電路通過輸入端進(jìn)行與非后的輸出來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)秒的計數(shù)到達(dá)59時，再來一個脈沖時，上升沿觸發(fā)，進(jìn)到分的個位，同時秒實(shí)行置數(shù)。當(dāng)分的計數(shù)到達(dá)59，同時秒的計數(shù)到達(dá)59，再來一個脈沖后，分將進(jìn)位到時的個位，同時秒與分實(shí)現(xiàn)置數(shù)，當(dāng)

7、時計數(shù)到23時，秒、分計數(shù)到59、59 時，再來一個脈沖將實(shí)現(xiàn)整體置數(shù)，顯示管顯示為00 00 00。 圖3 二十四進(jìn)制計數(shù)器分秒的計時電路； 通過輸入1HZ的脈沖到秒計數(shù)器，當(dāng)?shù)谝黄嫈?shù)器到達(dá)9時，再下一個脈沖來時到達(dá)上升沿時進(jìn)行進(jìn)位，秒的十位開始計數(shù)，依次循環(huán)，當(dāng)秒的十位到達(dá)5、個位到達(dá)9時，接著下一個脈沖來時，將進(jìn)行秒到分的進(jìn)位，分實(shí)行六十進(jìn)制后，再進(jìn)位到時圖4 六十進(jìn)制計數(shù)器2 計數(shù)器工作原理：（3）顯示電路 顯示器電路由七段顯示譯碼器和電阻構(gòu)成，用于將時分秒以十進(jìn)制數(shù)碼顯示出來。譯碼器是編碼的逆過程，能夠?qū)⑤斎氲拿總€二進(jìn)制代碼賦予的含義“翻譯”過來，給出相應(yīng)的輸出信號，譯碼器的電路圖

8、如圖4所示：本次實(shí)驗所用的為共陰數(shù)碼管。其電路如圖5所示，當(dāng)給其中某些段落加有一定驅(qū)動電壓或電流時，這些段會發(fā)光，把輸入的二-十進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制碼，顯示出相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)碼。圖5 譯碼顯示電路圖對電路中的主要元件及功能介紹a.譯碼器74LS48譯碼器是一個多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的工作是把給定的代碼進(jìn)行“翻譯”，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示，還用于數(shù)字分配，存儲器尋址和組合控制信號等。譯碼器可以分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。在電路中用的譯碼器是共陰極譯碼器74LS48用74LS48輸入的842

9、1BCD碼ABCD譯成七段輸出a-g，再由七段數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)。管腳LT、RBI、BI/RBO都是低電平是起作用，作用分別為：LT為燈測檢查，用LT可檢查七段顯示器個字段是否能正常被點(diǎn)燃。BI是滅燈輸入，可以使顯示燈熄滅。RBI是滅零輸入，可以按照需要將顯示的零予以熄滅。BI/RBO是共用輸出端，RBO稱為滅零輸出端，可以配合滅零輸出端RBI，在多位十進(jìn)制數(shù)表示時，把多余零位熄滅掉，以提高視圖的清晰度。b.顯示器在此電路圖中所用的顯示器是共陰極形式，陰極必須接地線。Dpy Blue-CC 的管腳功能圖如圖7所示：圖7 數(shù)碼管（4）電源適配器電路 本次試驗配備了一個電源適配器，用適配器直接接2

10、20V電源，另一端接數(shù)字鐘即可用，所以本試驗沒有電源適配器電路。 （5） 校時電路由于設(shè)置時所導(dǎo)致的時間誤差，通常使數(shù)字鐘上鎖顯示都是時間與標(biāo)準(zhǔn)時間不一致，這時就需要用校時電路對時和分進(jìn)行單獨(dú)校時，將時間調(diào)到標(biāo)準(zhǔn)時間。校時電路通過一個開關(guān)與外電路連接。外電路是用一個琴鍵開關(guān)連接電源和地線，中間用了一個保護(hù)電阻。當(dāng)開關(guān)打到校時電路時，電路是低電平，每按一次琴鍵開關(guān)就產(chǎn)生一個高電平，即產(chǎn)生一個上升沿脈沖，令計數(shù)器加1，從而達(dá)到校時功能。其電路如圖如下。圖 9 校時電路原理圖 如上圖，開關(guān)S2接上端時正常計數(shù)，接下端是進(jìn)入校時電路。當(dāng)琴鍵開關(guān)沒按下時，輸入S2的是低電平，當(dāng)琴鍵開關(guān)按下時，輸入S2的

11、是高電平，從而達(dá)到每按一下琴鍵開關(guān)即輸出一個脈沖的效果，達(dá)到校時的功能。結(jié)合上述的電路，可得出完整的電路： 整體電路的PCB圖 2、方案分析： 該方案采用555定時器產(chǎn)生1Hz的脈沖信號作為信號輸入，時鐘計數(shù)部分用六片74LS160進(jìn)行設(shè)計，分別實(shí)現(xiàn)時的二十四進(jìn)制和分、秒的六十進(jìn)制。校時電路部分采用兩個雙刀雙擲開關(guān)來控制，當(dāng)開關(guān)打到琴鍵開關(guān)端時，計數(shù)器停止計數(shù)，電路進(jìn)行校時，每按一次記一個數(shù)，直到校時完成，將開關(guān)打到進(jìn)位脈沖端，計數(shù)器進(jìn)行正常計數(shù)。顯示電路用六片共陰數(shù)碼管構(gòu)成，分別用來顯示時、分、秒。設(shè)計該方案的脈沖部分是通過了解當(dāng)555定時器連接不同阻值的電阻和電容可以產(chǎn)生不通頻率的脈沖，在

12、實(shí)驗時通過脈沖電路可以方便的得到所需的脈沖。在計數(shù)部分，由于已經(jīng)學(xué)到了計數(shù)分頻的知識，理解懂得74LS160的工作原理，因此采用74LS160來實(shí)現(xiàn)計數(shù)，原理比較容易理解。該方案的顯示電路采用了六片共陰的數(shù)碼管以及搭配的六片74LSO48的譯碼器。在設(shè)計時也比較的簡單，要注意數(shù)碼管的接線問題，總體來說，該方案的可行性較高，只要在脈沖和計數(shù)那塊正確基本原理可以實(shí)現(xiàn)時鐘計時的功能。 3、元器件清單名稱型號數(shù)量數(shù)碼管14.2mm共陰高亮6電阻220歐姆42各種電阻4.7K歐姆2各種電阻47K歐姆2集成塊74LS1609集成塊74LS486集成塊74LS002集成塊NE5551電容CC1031電容CC

13、1041電解電容10uF/25V1雙刀按鈕(自鎖)2按鈕(琴鍵)6x62芯片插座DIP1612芯片插座DIP142芯片插座DIP81圓孔插座1*40p2單面覆銅板15cmX20cm1熱轉(zhuǎn)印紙1三氯化鐵1砂紙360目1焊錫1松香1單股銅芯線0.5mm1電烙鐵35w內(nèi)熱1電烙鐵架1斜口鉗、鑷子、螺絲刀1合計 四、電路制板與焊接1.制板根據(jù)原理圖通過自己手動布線生成了PCB圖。然后拿到實(shí)驗室去印制。領(lǐng)取給定的電路板并用皮刷刷干凈，晾干。將打印紙上有Nacl的一面鋪在電路板上在轉(zhuǎn)印機(jī)里面轉(zhuǎn)印，注意轉(zhuǎn)印過程中要用手指輕輕壓住電路板防止紙滑脫電路板，影響轉(zhuǎn)印效果，此過程要進(jìn)行6到7遍，一般來說當(dāng)你壓電路板

14、的手指感到有點(diǎn)燙手了就差不多了。轉(zhuǎn)印完了之后用記號筆將電路板上不清楚的線補(bǔ)上，確定電路板上的線路沒有問題之后用三氯化鐵腐蝕，老師所給的三氯化鐵溶液是已經(jīng)配制好了的，只要加一些熱水是其溶液莫過電路板就可以了。然后在用另一個盆子加些熱水放在裝有電路板的盆子下面加快腐蝕速度，并用手輕搖裝有電路板的盆子。腐蝕完了，在用水沖洗，用手洗去電路板表面未被沖凈的殘留物并用吸水紙擦干。接下來就是將電路板放到打孔機(jī)上進(jìn)行打孔。2. 焊接電路板打孔后，下一步就是焊接器件了。焊接時，先焊接小的器件，例如電阻、電容，再者把管腳再焊上電路板，最后焊接開關(guān)、飛線。另外，要注意焊接時，錫不能粘一起，不小心粘一起的可用松香溶掉

15、，重新焊接。焊完后，仔細(xì)檢查焊腳，確保沒有虛焊。 五、電路調(diào)試在本設(shè)計中，為了設(shè)計的順利進(jìn)行，我們在實(shí)驗箱上進(jìn)行了部分調(diào)試，因為電路太復(fù)雜，在實(shí)驗箱上不可能整體電路進(jìn)行調(diào)試。其他電路在仿真軟件上進(jìn)行了仿真后可以實(shí)現(xiàn)功能，調(diào)試完后就去打印、轉(zhuǎn)印PCB制版了進(jìn)行焊接等操作了。 1計數(shù)電路部分 在焊接完成后，對計數(shù)電路進(jìn)行了調(diào)試，一開始發(fā)光二極管不亮，后來進(jìn)過檢查發(fā)現(xiàn)了那個IN4007接反了，于是調(diào)了一下正負(fù)極后，燈亮了，而且計數(shù)電路可以正常計數(shù)，每個部分都執(zhí)行了相應(yīng)的計數(shù)，進(jìn)位也沒有問題。2校時電路部分在整個電路的設(shè)計中，需要用到兩個校時電路，兩個校時電路的功能相同，調(diào)試的結(jié)果是：當(dāng)開關(guān)斷開時，分

16、計數(shù)電路，小時計數(shù)電路正常計數(shù)，當(dāng)開關(guān)閉合時，校時電路進(jìn)行校時。只是有時松開按鍵時，較時數(shù)會有點(diǎn)誤變化，經(jīng)過仔細(xì)分析，確定是由于在松按鍵時產(chǎn)生了抖動，如果接上R-S觸發(fā)器就能夠消抖。此次由于沒有用R-S觸發(fā)器進(jìn)行消抖，發(fā)現(xiàn)每次校時偏差抖好大，因此校時電路這部分只能算是成功了一半。6、 實(shí)驗總結(jié)及心得體會這次數(shù)字鐘綜合設(shè)計實(shí)驗前前后后弄了差不多一個月，在初次聽說要做這個實(shí)驗時。我是很高興的，因為這是一個絕好的機(jī)會讓我們做到理論聯(lián)系實(shí)際。剛剛學(xué)過了數(shù)電這門課程，還沒完全弄懂某些元器件的原理和用途，這次實(shí)驗讓我們從實(shí)踐中加深了對所學(xué)知識的理解。我們立刻組好隊伍，選定隊長，明確了個人在實(shí)驗中的具體任務(wù)

17、，做到責(zé)任到人，這樣就保證整個團(tuán)隊的辦事效率，不會出現(xiàn)你推我推，沒人干事的局面。在初次設(shè)計原理圖時，就遇到了些困難，但是問題不大，經(jīng)過我們的相互討論，集思廣益后，很輕松的畫出了原理圖。為了保證正確，我們采納了老師的建議，到實(shí)驗室進(jìn)行接線實(shí)驗，發(fā)現(xiàn)不是很準(zhǔn)確，就去問老師，減去了些不必要的線，對電路原理圖進(jìn)行了修改，把160分頻換成了555直接產(chǎn)生1HZ的脈沖。接下來就進(jìn)行原理圖的電子繪制了，用protel軟件畫原理圖是一件陌生的事，在簡單的聽取老師講解之后，還是不清楚，就在網(wǎng)上下載視頻學(xué)習(xí)，這是一個比較漫長的過程。邊學(xué)邊用，不會了就去問同學(xué)和老師。由于有時間的限定，經(jīng)常弄到晚上一兩點(diǎn)，但是想到學(xué)

18、習(xí)本來就是一件艱苦的事，大家一起弄一個東西時有感覺很值得。那個時候真是十分的投入。這時我才感覺這是一件艱難的事，當(dāng)初的興奮勁減了不少。問題最大的是PCB的繪制，剛開始時我們把各個參數(shù)設(shè)定好，采用自動布線再把那些不能連的腳用飛線連接，就以為可以了。交給老師看才發(fā)現(xiàn)這樣子不行，這無疑是一個巨大任務(wù)，手動連線，。畫了四五個圖，問了老師好多遍，每次總有些改進(jìn)和收獲。在這個過程中，板子的大少又改了，又要重畫，那是大多數(shù)時間都投入進(jìn)去了。我們一直都認(rèn)為飛線是個最大的問題，所以采取從焊盤中間穿過。后來發(fā)現(xiàn)我們錯了，最重要的是數(shù)字鐘能正常工作，好看不看好看是次要的。這個過程花的時間最多用了好幾個禮拜。艱難但最后弄出來了，最后是印板子，鉆孔，焊原件。沒有印好，只有用筆瞄了，真心體會到難了。