暑期實(shí)習(xí)報(bào)告-簡易數(shù)字鐘

1、 電子實(shí)習(xí)報(bào)告 數(shù)字鐘姓名：嚴(yán)宏海學(xué)號(hào)：20101003032班級(jí)：075102-22指導(dǎo)老師：王巍、郝國成、張曉峰、聞?wù)缀！⑼鯂?、吳讓仲、李杏梅、王瑾中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）機(jī)械與電子信息學(xué)院通信工程專業(yè)2012年6月12日目 錄一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求2二、軟件和硬件設(shè)計(jì)22.1基本功能電路設(shè)計(jì)32.2擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)6三、調(diào)試過程與結(jié)果 73.1調(diào)試過程 83.2調(diào)試結(jié)果 8四、實(shí)驗(yàn)心得8五、附錄85.1元器件清單95.2基本功能電路圖10一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求任務(wù)：1、設(shè)計(jì)一個(gè)有“時(shí)”，“分”，“秒”（23小時(shí)59分59秒）顯示且有校時(shí)功能的電子鐘；要求：1用555定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)秒鐘脈沖發(fā)生器，輸入1

2、HZ的時(shí)鐘；（對(duì)已有1kHz頻率時(shí)鐘脈沖進(jìn)行分頻）；2能顯示時(shí)、分、秒，24小時(shí)制；3. 設(shè)計(jì)晶體震蕩電路來輸入時(shí)鐘脈沖；4.用同步十進(jìn)制集成計(jì)數(shù)器74LS90,74LS92設(shè)計(jì)一個(gè)分秒鐘計(jì)數(shù)器,即六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器.；5.用同步十進(jìn)制集成計(jì)數(shù)器74LS90設(shè)計(jì)一個(gè)24小時(shí)計(jì)數(shù)器,6.拓展部分：整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，要求當(dāng)數(shù)字鐘的時(shí)、分和秒計(jì)數(shù)器計(jì)到7點(diǎn)59分51，53，55，57,59秒驅(qū)動(dòng)音響電路，四高一低，最后一聲為高音結(jié)束，整點(diǎn)報(bào)時(shí)結(jié)束；整點(diǎn)鬧時(shí)功能，要求當(dāng)數(shù)字鐘的分和秒計(jì)數(shù)器計(jì)到59分01開始鬧時(shí)，鬧時(shí)持續(xù)一分鐘，整點(diǎn)鬧時(shí)結(jié)束。主要性能要求：計(jì)時(shí)準(zhǔn)確時(shí)間顯示正常（無閃爍），時(shí)為24進(jìn)制，分秒為6

3、0進(jìn)制，能正常進(jìn)位和清零校準(zhǔn)電路能按需靈敏地校準(zhǔn)分和時(shí)二、軟件和硬件設(shè)計(jì) 數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。下圖所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路時(shí)顯示器分顯示器秒顯示器時(shí)譯碼器時(shí)計(jì)數(shù)器分譯碼器時(shí)譯碼器時(shí)計(jì)數(shù)器秒譯碼器分計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器校時(shí)電路振蕩器分頻器 圖2-1數(shù)字計(jì)時(shí)器的組成框圖 21基本功能電路設(shè)計(jì)1、振蕩器 方案一：數(shù)字計(jì)時(shí)器電路的振蕩器有兩種，一種為石英晶體振蕩器，一種為555振蕩器。石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡

4、單、頻率易調(diào)整。本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)用555定時(shí)器與RC構(gòu)成的多諧振蕩器。如下圖。方案二:選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。石英晶體振蕩器的作用是產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。因此，一般采用石英晶體振蕩器經(jīng)過分頻得到這一時(shí)間脈沖信號(hào)。圖 SEQ 圖 * ARABIC 3 石英晶體振蕩器圖方案三：由集成邏輯門與RC組成的時(shí)鐘源振蕩器。圖 SEQ 圖 * ARABIC 4 門電路組成的多諧振蕩器圖用555組成的脈沖產(chǎn)生電路: R1=15*103，R2=68*103，C=10F，則555所產(chǎn)生的脈沖的為:f=1.43/(R1+2*R2)*103*10*106=0.947Hz,而設(shè)計(jì)要求為1Hz,因此其誤差為5.3%,在精度要求

5、不是很高的時(shí)候可以使用。石英晶體振蕩電路:采用的32768晶體振蕩電路,其頻率為32768Hz,然后再經(jīng)過15分頻電路可得到標(biāo)準(zhǔn)的1Hz的脈沖輸出.R的阻值,對(duì)于TTL門電路通常在0.72K之間;對(duì)于CMOS門則常在10100M之間。由門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期與時(shí)間常數(shù)RC有關(guān)，制作簡單，材料易得，本方案選擇方案一。2、分頻器: 分頻器功能主要有兩個(gè)，一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)，一是提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)，選用三片74LS90進(jìn)行級(jí)聯(lián)，因?yàn)槊科瑸?/10分頻器，三片級(jí)聯(lián)好獲得1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。其電路圖如下：3、計(jì)時(shí)電路（該部分電路圖見附錄）秒、分計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。小時(shí)計(jì)數(shù)器為2

6、4進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)這兩種模數(shù)的計(jì)數(shù)器采用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74LS90,74LS92。因?yàn)槊雮€(gè)位是十進(jìn)制，所以R0和R9接地，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到9即QDQCQBQA=1001時(shí)，計(jì)數(shù)器自動(dòng)清零，QD從高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí)向秒十位輸送一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，使秒十位開始計(jì)數(shù)，由于秒十位是六進(jìn)制，所以秒十位計(jì)數(shù)器A3=0，當(dāng)QCQBQA=101時(shí)，秒十位計(jì)數(shù)器自動(dòng)清零。當(dāng)秒十位QC由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，通過與非電路，向分個(gè)位計(jì)數(shù)器輸送一個(gè)進(jìn)位脈沖，使分個(gè)位開始計(jì)數(shù)，分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)及進(jìn)位原理同秒個(gè)位和秒十位相同。當(dāng)分十位QC由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，通過與非電路，向時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器輸送一個(gè)進(jìn)位脈沖，使時(shí)個(gè)位開始

7、計(jì)數(shù)，當(dāng)時(shí)十位QBQA=10及時(shí)個(gè)位QCQBQA=100時(shí)，時(shí)計(jì)數(shù)器通過與非電路自動(dòng)清零，實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)。4、校時(shí)電路（該部分電路圖見附錄）數(shù)字種啟動(dòng)后,每當(dāng)數(shù)字鐘顯示與實(shí)際時(shí)間不符進(jìn),需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行校時(shí)。?！懊搿睍r(shí)，采用等待校時(shí)。校“分”、“時(shí)”的原理比較簡單，采用加速校時(shí)。對(duì)校時(shí)電路的要求是 :在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù) 。在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù) 。如圖2.2所示，當(dāng)閉合開關(guān)時(shí)，因?yàn)樾Ｕ盘?hào)和0相與的輸出為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號(hào)可以順利通過與或門，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)打向上時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。與非門

8、可選74LS00，非門則可用與非門2個(gè)輸入端并接來代替節(jié)省芯片。因此實(shí)際使用時(shí)，須對(duì)開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行消除抖動(dòng)處理，圖2.2為加2個(gè)0.01uF的電容。4、譯碼器與顯示器譯碼是將給定的代碼進(jìn)行翻譯。計(jì)數(shù)器采用的碼制不同，譯碼電路也不同74HC4511驅(qū)動(dòng)器是與8421BCD編碼計(jì)數(shù)器配合用的七段譯碼驅(qū)動(dòng)器。4511的輸入端和計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)的輸出端、4511的輸出端和七段顯示器的對(duì)應(yīng)段相本系統(tǒng)用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種：共陽極或共陰極顯示器。4511譯碼器對(duì)應(yīng)的顯示器是共陰極顯示器。三八顯示器真值表Q0Q1Q2Q3abcdefg顯示00010110000100101101001

9、2001111110013010001100114010110110115011000111116011111100007100011111118100111101195、數(shù)字鐘原理分析 = 1 * GB2 首先由555振蕩器產(chǎn)生1KHZ的振蕩信號(hào)，經(jīng)過三級(jí)分頻器分頻，第一個(gè)分頻器輸出頻率為500HZ的振蕩信號(hào)，第二個(gè)分頻器輸出頻率為10HZ的振蕩信號(hào)，第三個(gè)分頻器輸出頻率為1HZ的振蕩信號(hào)，分別供以后的擴(kuò)展電路使用。1HZ的信號(hào)作為輸入信號(hào)輸入到數(shù)字鐘.秒個(gè)位的計(jì)數(shù)器，同時(shí)也作為數(shù)字鐘校時(shí)脈沖信號(hào)。 = 2 * GB2 因?yàn)槊雮€(gè)位是十進(jìn)制，所以R0 = 1 * GB2 和R9 = 1 * G

10、B2 接地，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到9即QDQCQBQA=1001時(shí)，計(jì)數(shù)器自動(dòng)清零，QD從高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí)向秒十位輸送一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，使秒十位開始計(jì)數(shù)，由于秒十位是六進(jìn)制，所以秒十位計(jì)數(shù)器A3=0，當(dāng)QCQBQA=101時(shí)，秒十位計(jì)數(shù)器自動(dòng)清零。當(dāng)秒十位QC由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，通過與非電路，向分個(gè)位計(jì)數(shù)器輸送一個(gè)進(jìn)位脈沖，使分個(gè)位開始計(jì)數(shù)，分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)及進(jìn)位原理同秒個(gè)位和秒十位相同。當(dāng)分十位QC由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，通過與非電路，向時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器輸送一個(gè)進(jìn)位脈沖，使時(shí)個(gè)位開始計(jì)數(shù)，當(dāng)時(shí)十位QBQA=10及時(shí)個(gè)位QCQBQA=100時(shí)，時(shí)計(jì)數(shù)器通過與非電路自動(dòng)清零，實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)。2

11、.2擴(kuò)展電路鬧時(shí)原理圖： 原理分析：設(shè)置鬧時(shí)時(shí)間為7時(shí)59分。鬧時(shí)持續(xù)一分鐘至八點(diǎn)整。M代表上午的輸入信號(hào)，設(shè)置為高電平，時(shí)個(gè)位為7，所以當(dāng)QCQBQA=111時(shí)，第一級(jí)四輸入與非門打開，當(dāng)分十位為5即QCQA=11，分個(gè)位為9即QDQA=11時(shí)，第二級(jí)四輸入與非門打開。通過與非電路和1KHZ的振蕩信號(hào)，驅(qū)動(dòng)音響電路工作，三極管起放大驅(qū)動(dòng)電壓的作用。實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)鬧時(shí)功能。整點(diǎn)報(bào)時(shí)部分原理圖：原理分析： = 1 * GB2 設(shè)置報(bào)時(shí)時(shí)間為整點(diǎn)報(bào)時(shí)，當(dāng)秒計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到51秒時(shí)，集成電路驅(qū)動(dòng)音響電路，使之開始工作，每兩秒（51、53、55、57、59秒）報(bào)時(shí)一次，前四聲鳴低音，最后一聲鳴高音。 = 2 *

12、 GB2 當(dāng)分十位為5且分個(gè)位為9，即QAM2=QCM2=1，QAM1=QDM1=1時(shí)，第一級(jí)四輸入與非門打開，同時(shí)當(dāng)秒十位為5即QAS2= QCS2=1時(shí)，且秒個(gè)位QAS1為高電平時(shí)，第二級(jí)四輸入與非門打開，當(dāng)秒個(gè)位QAS1為低電平時(shí)，第二級(jí)四輸入與非門閉合。 = 3 * GB2 當(dāng)秒個(gè)位QDS1為低電平時(shí)，通過非門電路驅(qū)動(dòng)500HZ的振蕩信號(hào)，在第一級(jí)和第二級(jí)四輸入與非門都打開的情況下，通過與非電路驅(qū)動(dòng)音響電路鳴低音；當(dāng)秒個(gè)位QDS1為高電平時(shí)，通過非門電路驅(qū)動(dòng)1KHZ的振蕩信號(hào)，在第一級(jí)和第二級(jí)四輸入與非門都打開的情況下，通過與非電路驅(qū)動(dòng)音響電路鳴高音，實(shí)現(xiàn)四低音一高音的整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。報(bào)

13、時(shí)電路真值表分計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器音響電路驅(qū)動(dòng)頻率鳴音類型5951500HZ低5953500HZ低5955500HZ低5957500HZ低59591KHZ高調(diào)試過程與結(jié)果3.1調(diào)試過程單元電路安裝好后，應(yīng)該先認(rèn)真進(jìn)行通電前的檢查，通電后，檢查每片集成電路的工作電壓是否正常（TTL型集成電路電源電壓為50.25V），這是電路有效工作的基本保證。調(diào)試該單元電路直至正常工作。調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試兩種，一般組合電路應(yīng)靜態(tài)調(diào)試，時(shí)序電路應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)試。統(tǒng)調(diào)主電路的方法是將已調(diào)試好的若干單元電路連接起來，然后跟蹤信號(hào)流向，由輸入到輸出，由簡單到復(fù)雜，依次測試，直至正常工作。因此時(shí)控制電路尚未安裝，需人為地給

14、受控電路加以特定信號(hào)使其正常工作。調(diào)試控制電路分為兩步：第一步單獨(dú)調(diào)試控制電路本身，施加于控制電路的各個(gè)信號(hào)可以人為設(shè)定為某種狀態(tài)，直至正常工作。第二步將控制電路與系統(tǒng)主電路中各個(gè)功能部件聯(lián)接起來，進(jìn)行電路統(tǒng)調(diào)。3.2調(diào)試結(jié)果完成了基本要求，整體效果很好，顯示清晰，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確無誤。能夠校正到任何自己想要的時(shí)間，但有時(shí)校正時(shí)跳動(dòng)過快，可能跳兩個(gè)數(shù)。能夠獲得鬧時(shí)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能。遺憾的是最終還是沒有找到數(shù)字電路中增、減調(diào)整時(shí)間的方法。四、實(shí)驗(yàn)心得首先用proteus把電路圖給設(shè)計(jì)出來，并進(jìn)行了簡單的仿真。然后對(duì)電路圖逐步完善，加上了校時(shí)電路，鬧鐘部分，整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路。焊接也很順利，焊完一個(gè)模塊，測試一個(gè)模塊，發(fā)現(xiàn)問題，立即查找原因，并解決，用了兩天時(shí)間把板子焊了出來，然后又調(diào)試了兩天，最終完整的驗(yàn)收了，遇到的最大的一個(gè)問題是做完之后，把它收起來時(shí)碰到了背面的線，導(dǎo)致有兩根線交叉連在了一起，但最終經(jīng)過一個(gè)上午的仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題，并及時(shí)解決了。實(shí)習(xí)中遇到的問題及心得：對(duì)于像數(shù)字鐘這樣連線比較多的板子，應(yīng)提前根據(jù)電路圖大致思考好連線走勢，且最好不要用裸線，或裸線盡可能不與其他線交叉。在做的過程中，一直在探索一種調(diào)整時(shí)間時(shí)，既能進(jìn)行加調(diào)整，也能進(jìn)行減調(diào)整的方法，可是最終還是只能實(shí)現(xiàn)加調(diào)整。本數(shù)字鐘連線比較多，應(yīng)輕拿輕