南昌大学数字钟设计实验报告讲解.docx

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南昌大学数字钟设计实验报告讲解

《数字电路与逻辑设计实验》实验报告

题目数字钟电路与PCB设计

学院：

信息工程学院系电子信息工程

专业：

班级：

学号：

学生姓名：

同组同学：

指导教师：

递交日期：

南昌大学实验报告

学生姓名：

学号：

专业班级：

实验类型：

□验证□综合■设计□创新实验日期：

实验成绩：

数字钟电路设计与制作实验报告

一、实验目的：

1、综合应用数字电路知识；

2、学习使用protel进行电子电路的原理图设计、印制电路板设计

3、学习电路板制作、安装、调试技能。

二、实验任务及要求：

任务：

设计一个12小时或24小时制的数字钟，显示时、分、秒，有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到准确时间。

可以根据兴趣增加其它与数字钟有关的功能。

要求：

画出电路原理图，元器件及参数选择，PCB文件生成、制板及实物制作

三、实验原理及电路设计：

1、设计方案与模块框图

该系统工作原理是：

振荡器产生的稳定高频脉冲信号，为数字钟的时间基准，在经过分频器输出标准秒脉冲。

秒计数器计满60后向频计数器进位，分计数器计满60后向时计数器进位，小时计数器按照“12翻1”的规律计数。

计数器的输出经过译码器送显示器。

计时出现误差时可以用校正电路进行校时、分、秒。

主体电路是有功能电路部件或单元电路组成的。

数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。

在其进位计数的基本功能上，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。

数字钟的结构组成：

1）译码及显示电路单元

2）时间计数电路单元

3）校时电路单元

4）振荡电路单元

2、各子模块电路设计及原理说明

译码驱动及显示单元

选择74LS48作为显示译码电路如图所示；选择ＬＥＤ数码管作为显示单元电路。

由74LS48把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。

这里的LED数码管是采用共阴的方法连接的。

在LT=RBI=1的条件下，及使能输入BI/BRO=1时，锁存器不工作，译码器的输出随输入码的变化而变化。

而七段数字显示器共阴极，输入高电平有效，发光二极管导通发亮

译码电路

时间计数单元

1）秒与分的个位与十位的连线电路

秒的个位与十位连线电路

计数器芯片74LS90的RO1和RO2是清零端，当两端都为1时，将清零，R91和R92是置“9”端。

清零时R91和R92中至少有一个端为0，不使置1以保证清零可靠进行。

当给计数器的秒个位CP0端施加脉冲信号时，开始计数，输出端QA～QD将结果输出给译码器。

当秒个位输出结果是1010时，一方面将QB,QD的低电平通过与非门后的结果1再通过非门后的结果0输送给秒十位的计数器CP0端，实现进位，并驱动秒十位计数器工作。

另一方面QB,QD的高电平接到RO1和R02上，使秒个位自动清零。

由此，达到秒个位清零，并同时向十位进位的目的。

同理于秒十位，当其输出端结果为0110时，其QB,QC的结果接到RO1和R02上，使秒自动清零，分个位进位。

此时数码显示器的秒个位的数字从0变化到9，十进制状态；秒十位在个位的进位下从0变化到5，六进制状态。

2）分的进位方法同秒一样。

具体图如下：

分的连线电路

3）时个位是十进制，而十位是三进制，所以当个位的输出端结果分别是1010，个位向十位进位，同时当十位为0010，个位为0100时，十位的QB端结果输给RO1，同时也输给个位的RO2，个位的QC端结果输给R01，同时输给十位R02，两者同时作用，使数字到达24时而清零，实现24小时的功能。

时的连线电路

校时电路

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。

校时控制电路

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。

图示该校时控制电路能实现对时部分的校时工作，当按Space时，开关又端闭合信号源直接给时的计数器脉冲信号。

这样，小时数自动上升，实现校时功能。

校分控制电路

振荡电路

振荡器是数字钟的核心。

振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度。

通常选用石英晶体振荡器电路。

一般来说，振荡器的频率越高，技术精度越好。

常取晶振的频率为32768HZ，有15级2分频集成电路，输出端正好可以得到1HZ的标准脉冲。

我们还可以采用用集成逻辑门与R、C组成的时钟源振荡器或用用集成电路定时器555与R、C组成的多谐振荡器。

这里选用由555构成的多谐振荡器，设其振荡频率为1KHZ，电路如图所示。

仿真时为了方便未设计555，而是以信号发生器代替。

同样能够实现时钟功能。

555振荡器

3、仿真图及仿真方法说明

Multism软件原理图基本和protel一样点击上图绿色开始按钮即可出现下图的仿真。

当按Space时，开关又端闭合信号源直接给时的计数器脉冲信号。

这样，小时数自动上升，实现校时功能。

3s时的仿真图

约5分钟后的仿真结果如下图

约5分钟后的仿真图

4、主要实验元件及器材清单：

6个数码显示器

6个74LS48译码器

6个74LS90计数器

2个74LS00与非门芯片

1个74LS04非门芯片

1个74LS02异或门芯片

46个500欧姆的电阻

五、系统设计与实现

1、总电路图

详见附录一

2、工程变化订单

详见附录二

3、PCB图

详见附录三

4、3D图

详见附录四

6、总结

1、电路图、PCB图设计及实物制作过程中遇到的主要问题及解决方法；

在这次实训过程，由于对设计软件的使用不熟悉，在设计过程中出现了许多问题，在画原理图的时候，线的节点没有处理好，在检查电器特性时，会出现许多错误。

在制作印刷电路板时，最经常出现问题的是元件封装号，如果元件的封装号不正确，就无法从网络表载入到PCB界面，一些常用器件的封装号很容易查到，但是有些不常用的器件就很难找到,经常在网上XX，翻看了很多的网站才能找到，甚至还找不到的。

在生成网络表，创建PCB文件，载入网络表的时候，一开始出现了几十个错误，除了是封装遗漏，还有引脚遗漏的问题。

我右击，点击“Report”让它生成报表，一个一个的检查，排除错误。

2、收获与体会

“实践是检验真真理的唯一标准。

”的确如此，通过这次数字时钟的设计，我把理论知识与实践很好的结合，从而对我们以前所学的知识有了进一步的了解。

同时，我也明白了一个道理，不论做什么事都要养成认真细心，善于思考，勤于动手的好习惯。

在此次数字时钟设计的过程中，我更进一步的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。

也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。

虽然这只是一次简单实训，但通过这次实训我了解了设计的一般步骤和设计中应注意的问题。

通过这次实训，使我掌握了一些元器件的用途及它们的参数、性能。

同时提高了我理论与实际相结合的能力，增加了把理论用于实践的兴趣，提高了我分析问题和解决问题的能力。

俗话说：

“世上无难事，只怕有心人“，我相信，通过这次实训，它给我的帮助是很大的，它教会了我如何去面对困难，解决困难，它使我明白，只有战胜自我，才能超越自我。

有实力才有魅力。

的确是这样，这次实训过后，我会更好的了解自己，向自己的目标看齐，用自己的努力来实现人生观、价值观。

只有明白自己该何去何从，才能做到“长风破浪会有时，直挂云帆济沧海”

附录一

1、总电路图

2、工程变化订单

附录二

2、工程变化订单

部分网络表

正确的网络表

附录三

3.PCB图

附录四

4、3D图