數(shù)字鐘設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目制作報(bào)告書項(xiàng)目名稱：新大屏幕數(shù)字鐘制作所屬課程：數(shù)字電子技術(shù)系別電氣工程專業(yè)班級(jí)電信S2009－2學(xué)生姓名易延烽學(xué)號(hào)16項(xiàng)目指導(dǎo)老師李佳老師電子郵箱571040889@聯(lián)系QQ571040889201新大屏幕數(shù)字鐘的制作一.設(shè)計(jì)目的a.熟悉集成電路的引腳安排.b.掌握各芯片的邏輯功能及使用方法.c.了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法.d.了解數(shù)字鐘的組成及工作原理.e.熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作.二.設(shè)計(jì)要求1.a.時(shí)間以24小時(shí)為一個(gè)周期,顯示時(shí),分,秒;b.有校時(shí)功能,可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí),使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間;c.為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào).2..制作要求a.畫出電路原理圖(或仿真電路圖);b.元器件及參數(shù)選擇;c.電路仿真與調(diào)試;3.制作要求自行裝配和調(diào)試,并能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題.4.編寫設(shè)計(jì)報(bào)告寫出設(shè)計(jì)與制作的全過(guò)程,附上有關(guān)資料和圖紙,有心得體會(huì).三.設(shè)計(jì)原理及其框圖1.數(shù)字鐘的構(gòu)成數(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.通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘.圖(1).3)計(jì)數(shù)原理時(shí)間計(jì)數(shù)單元有時(shí)計(jì)數(shù),分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個(gè)部分.時(shí)計(jì)數(shù)單元一般為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器,其輸出為兩位8421BCD碼形式;分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器,其輸出也為8421BCD碼..如圖為1HZ脈沖電路,CD4060的32768HZ的振蕩源經(jīng)過(guò)14級(jí)分頻后在輸出端3腳上得到1/2S脈沖并沖入由CD4040構(gòu)成的二分頻器,分頻后在輸出端CD4040的9腳上得到秒基準(zhǔn)脈沖.秒計(jì)數(shù)器秒的個(gè)位計(jì)數(shù)單元為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器,當(dāng)QdQcQbQa變成1010時(shí),通過(guò)與非門把它們的清零端變成0,計(jì)數(shù)器的輸出被置零,跳過(guò)1011到1111的狀態(tài),又從0000開始如此重復(fù).秒的十為計(jì)數(shù)單元為6進(jìn)制,當(dāng)QdQcQbQa變成0101時(shí),通過(guò)與非門把它的清零端變成0,計(jì)數(shù)器被置零,跳過(guò)0110到1111的狀態(tài),又從0000開始,同時(shí)要把秒十位上的0101時(shí),要把進(jìn)位信號(hào)傳輸給分的個(gè)位的計(jì)數(shù)單元.分計(jì)數(shù)器分的個(gè)位和十位計(jì)數(shù)單元的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和秒的一樣,只是它要把進(jìn)位信號(hào)傳給時(shí)的個(gè)位計(jì)數(shù)單元.時(shí)計(jì)數(shù)器當(dāng)”時(shí)”十位的QdQcQbQa為0000或0001時(shí),”時(shí)”的個(gè)位計(jì)數(shù)單元是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,當(dāng)它的QdQcQbQa到1010時(shí),通過(guò)與非門使得個(gè)位上的清零端為0,則計(jì)數(shù)器的輸出直接置零,從0000又開始.當(dāng)十位的QdQcQbQa為0010時(shí),通過(guò)與非門給清零端置零,”時(shí)”的十位又重新從0000開始,此時(shí)的個(gè)位計(jì)數(shù)單元變成4進(jìn)制,即當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的QdQcQbQa為0100時(shí),就要又從0000開始計(jì)數(shù).這樣就實(shí)現(xiàn)了”時(shí)”的24進(jìn)制的計(jì)數(shù).4)校時(shí)電源電路當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正.通常,校正時(shí)間的方法是:首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路,然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端,校正好后,再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可.根據(jù)要求,數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能,因此,應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路,并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中.即為帶有基本RS觸發(fā)器的校時(shí)電路,3.各芯片的引腳識(shí)別及功能1)CD4040引腳識(shí)別及功能CD4040是12位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器,所有的計(jì)數(shù)器為主從觸發(fā)器,計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù).CR為高電平時(shí)對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零,由于在時(shí)鐘輸入端使用斯密特觸發(fā)器,對(duì)脈沖上升和下降時(shí)間無(wú)限制,所有輸入和輸出均經(jīng)過(guò)緩沖.(圖)CR為清零端,Q0~Q11為計(jì)數(shù)器脈沖輸出.(圖)2)CD4518引腳識(shí)別及功能CD4518(十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器)它是二,十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器,內(nèi)含兩個(gè)單元的計(jì)數(shù)器,其功能表如圖每個(gè)單元有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端CLK和EN,可使時(shí)鐘脈沖的上升沿或下降沿觸發(fā).CD4518采用并行進(jìn)位方式,只要輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖,計(jì)數(shù)單元Q1翻轉(zhuǎn)一次,當(dāng)Q1為一,Q4為0時(shí),每輸入一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)單元Q2翻轉(zhuǎn)一次;當(dāng)Q1等于Q2等于1時(shí),每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖Q3翻轉(zhuǎn)一次,同理每十個(gè)脈沖后,計(jì)數(shù)單元自動(dòng)恢復(fù)到”0”態(tài).3)CD4543引腳識(shí)別及功能CD4543是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED顯示器的BCD碼(七段碼譯碼器),特點(diǎn):具有BCD轉(zhuǎn)換,消隱和鎖存控制,七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流.可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器.如輸入十進(jìn)制碼(BCD碼)名為D,C,B,A,腳分別為4,2,3,5.輸出段名a,b,c,d,e,f,g,段腳分別為9,10,11,12,13,15,14.其余腳名,VDD16腳,正電源.GND8腳,電源地.LE1腳,鎖存,不允許.PH6腳,相位熄滅.BI7腳,消隱.四.實(shí)驗(yàn)中所需的器材5V電源.面包板1塊.示波器.萬(wàn)用表.鑷子1把.剪刀1把.跳線22根IN40074個(gè).IN41486個(gè).LED(發(fā)光二極管紅光)130個(gè)CD4543集成塊6塊.(譯碼/驅(qū)動(dòng)器)CD4060集成塊1塊.(計(jì)數(shù)分頻器)CD4518集成塊3塊.(同步加法計(jì)數(shù)器)CD4040集成塊1塊.(計(jì)數(shù)分頻器)1MΩ電阻3個(gè).22KΩ1個(gè).220KΩ3個(gè).220Ω3個(gè).(電阻1/4w+_5%)470Ω電阻42個(gè)(電阻1/4w+_5%)電解電容100U16V2個(gè).瓷片電容1047個(gè).32.768KHZ時(shí)鐘晶體1個(gè).插針10個(gè).五.元器件的焊接工藝:1.現(xiàn)焊接好電路板上較低的元件,如電阻,二極管,集成電路,跳線.2.其次焊接電路板上排布稍微高一些的元件,如LED,插針等.3.最后再將較高的元器件焊好.4.焊接后的成品.六.安裝調(diào)試步驟1.先觀察面包板和實(shí)驗(yàn)箱的相關(guān)器件是否完善，儀器的好壞直接決定了實(shí)習(xí)的功敗垂成。然后再觀察它們的構(gòu)造，因?yàn)楸容^熟悉其構(gòu)造和功能，才能使以后的操作更加迅捷。2.檢測(cè)各個(gè)芯片及導(dǎo)線，只有好的芯片和導(dǎo)線才有可能實(shí)現(xiàn)其功能。如果是壞的芯片或?qū)Ь€，設(shè)計(jì)的再好的電路也不可能實(shí)現(xiàn)功能，所以不要小看這個(gè)步驟，這是最基本的一步。3.把各芯片安到面包板上，合理布局芯片。合理的布局會(huì)為以后的接線帶來(lái)很大的方便。4.現(xiàn)在就可以接線了。按照已經(jīng)設(shè)計(jì)好的電路圖接線，由于線路比較復(fù)雜，所以接線也要合理，美觀。這樣對(duì)以后的線路檢查也會(huì)帶來(lái)方便。5.檢測(cè)電路故障，找出電路故障所在并解決，而且不斷地調(diào)試電路，直到電路達(dá)到所要求的功能。6.如果時(shí)間還有允許，而且自己還有興趣，那么就可以再搞一些功能擴(kuò)展。7.最后再驗(yàn)收一下電路，檢查下功能是否完善。如果完善，那么電路就算完成了！七.故障分析與電路改進(jìn)在接線過(guò)程中遇到不少的故障，主要有以下幾處:故障一：通電后導(dǎo)線發(fā)熱并冒煙分析：該故障比較嚴(yán)重要及時(shí)斷電防止燒壞芯片與元件，最有可能是出現(xiàn)短路，重點(diǎn)檢查接地是否良好，還有可能是所加電壓太大故障二：芯片不能正常工作分析：[1]芯片本身就是壞的；[2]未給芯片通電，接電源和接地處的導(dǎo)線出現(xiàn)斷路；[3]芯片未插好，在安裝芯片過(guò)程中將管腳折斷或扭曲；[4]接線錯(cuò)誤，如將輸入端和輸出端接反故障三:數(shù)碼管燈不亮分析：[1]數(shù)碼管原本就是壞的；[2]通電情況不好，電源未接通，接地未接好；[3]接線錯(cuò)誤，接線過(guò)程中出現(xiàn)短路、斷路故障四：數(shù)碼管能顯示但輸入脈沖后不能倒計(jì)時(shí)分析：[1]連接脈沖輸入的導(dǎo)線出現(xiàn)斷路；[2]脈沖未接在芯片74290的11號(hào)管腳；故障五：數(shù)碼管能正常工作但出現(xiàn)亂跳現(xiàn)象分析:[1]芯片74290輸出端Q0Q1Q2Q3未接好，導(dǎo)線接觸不良;[2]重點(diǎn)檢查芯片74290的4號(hào)、5號(hào)、8號(hào)、9號(hào)管腳的連線是否正確；[3]芯片74LS04的管腳是否連接正確故障六：不能正常進(jìn)位分析：[1]沒(méi)給進(jìn)位/借位信號(hào)；[3]連接在74290輸入端的連線接觸不良.電路改進(jìn)：主要是將導(dǎo)線束理清楚，接電源線盡量統(tǒng)一用紅線，地線統(tǒng)一用黑線；在接顯示管的四個(gè)輸入端時(shí)導(dǎo)線依次用紅橙黃綠，以便排查故障時(shí)方便檢查；導(dǎo)線盡量不要交叉，盡量用短線；同類芯片在安裝時(shí)要接在電路板的同一行防止出錯(cuò)。八.總結(jié)在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過(guò)程中,更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法.在連接六進(jìn)制,十進(jìn)制,六十進(jìn)制的進(jìn)位及十二進(jìn)制的接法中,要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,那么在電路出錯(cuò)時(shí)便能準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正了.在設(shè)計(jì)電路的連接圖中出錯(cuò)的主要原因都是接線和芯片的接觸不良以及接線的錯(cuò)誤所引起的.設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及其解決方法.在檢測(cè)面包板狀況的過(guò)程中,出現(xiàn)本該相通的地方卻未通的狀況,后經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)是由于萬(wàn)用表筆尖未與面包板內(nèi)部垂直接觸所至.在檢測(cè)CD4543驅(qū)動(dòng)電路的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示的狀況,經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)主要是由于接觸不良的問(wèn)題,其中包括線的接觸不良和芯片的接觸不良,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,數(shù)碼管有幾段二極管時(shí)隱時(shí)現(xiàn),有時(shí)會(huì)消失.用5V電源對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行檢測(cè),一端接地,另一端接觸每一段二極管,發(fā)現(xiàn)二極管能正常顯示的,再用萬(wàn)用表歐姆檔檢測(cè)每一根線是否接觸良好,在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時(shí)能接通,有時(shí)不能接通,把接觸不好的線重新接過(guò)后發(fā)現(xiàn)能正常顯示了.其次是由于芯片接觸不良的問(wèn)題,用萬(wàn)用表歐姆檔檢測(cè)有幾個(gè)引腳本該相通的地方卻未通,而檢測(cè)的導(dǎo)線狀況良好,其解決方法為把CD4543的芯片拔出,根據(jù)面包板孔的的狀況重新調(diào)整其引腳,使其正對(duì)于孔,再用力均勻地將芯片插入面包板中,此后發(fā)現(xiàn)能正常顯示,本次實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)一塊壞的LED數(shù)碼管和兩塊壞的CD4543,經(jīng)更換后均能正常顯示。在連接六進(jìn)制的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)電路只能4,5的跳動(dòng),后經(jīng)發(fā)現(xiàn)是由于接到與非門的引腳接錯(cuò)一根所至,經(jīng)糾正后能正常顯示.在連接校正電路的過(guò)程中,出現(xiàn)時(shí)和分都能正常校正時(shí),但秒?yún)s受到影響,特別時(shí)一較分鐘的時(shí)候秒亂跳,而不校時(shí)的時(shí)候,秒從40跳到59,然后又跳回40,分和秒之間無(wú)進(jìn)位,電路在時(shí),分,秒進(jìn)位過(guò)程中能正常顯示,故可排除芯片和連線的接觸不良的問(wèn)題.經(jīng)檢