数字电子钟制作与调试报告.docx
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数字电子钟制作与调试报告
计算机科学与技术学院（软件学院）
数字电子钟制作与调试报告
（2011/2012学年第2学期）
专业名称：
计算机应用技术
课程名称：
数字电路应用
主讲教师：
陶洪
指导教师：
陶洪
班级：
计应111
姓名：
杨坤
学号：
1108143205
成绩：
一、概述
数字电子钟主要功能、使用方法等。
1.数字电子钟的主要功能
（1）进行小时、分、秒显示。
（2）进行小时、分、秒设置。
（3）实现整点报时。
（4）通过开关进行小时、分、秒的校时。
2.使用方法
当电源加+5v电压时，电子钟开始正常工作，当拨动开关时，可以分别使秒、分、小时频率变换从而进行校时，当时钟显示到59分50秒开始蜂鸣器以1Hz的频率进行低声报鸣，当到达59分59秒时，蜂鸣器发出一声高声报鸣。
二、总体方案设计
1.原理框图及工作原理
2.各功能模块简介
由上图可以看出，整块时钟电路板分为五个模块，分别是显示电路、计时电路、信号电路、校时电路、报时电路。
（1）显示电路：
显示电路的目的是要将“秒”、“分”、“时”的状态显示成清晰的数字符号，这需要将计数器的状态经译码器进行译码，并通过显示器将其显示出来。
（2）计时电路：
根据“60秒为1分”、“60分为1小时”、“24小时为1天”的计数周期，实现“秒”、“分”、“时”的计时功能。
最后将“秒”、“分”、“时”的状态经译码器进行译码，并通过显示器将其显示出来（即前面介绍的译码显示电路）。
（3）信号电路：
信号产生电路就是为数字电路提供满足一定频率的脉冲信号。
在数字电子钟中，必须产生频率为1Hz（周期为1s）的基准计时信号。
另外还要产生1024Hz和512Hz的报时信号，以及产生4Hz、64Hz、512Hz校秒、校分、校时信号。
（4）校时电路：
当秒信号不准确时，时钟就会走慢或走快，这时需要用另一路脉冲信号实现校时，这里称其为校准脉冲信号。
校准的原理，就是使时钟的小时、分钟或秒钟在校准脉冲的作用下快速改变数值，直到和标准时间一致。
（5）报时电路：
时钟用声音的形式传达时间信息，这就是报时。
利用中小集成电路设计一款能实现整点报时的时钟，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时，其中9声高音，1声低音。
三、单元电路设计
各单元电路原理图、工作原理、元件选择等
1.显示电路
（1）
原理图
（2）工作原理
接收计时电路输出的小时、分、秒信号，并将接收到的小时、分、秒信号通过合适的显示方式显示出来。
（3）元器件选择
LED数码显示器、七段锁存译码驱动器4511、电阻。
2.计时电路
（1）
原理图
（2）工作原理
信号电路的主要任务是完成小时、分、秒三个计时器的设计，并把这三个计数器串联起来构成完整的计时电路。
（3）元器件选择
4518、7408、滤波电容。
3.
信号电路
（1）原理图
（2）工作原理
为计时电路提供秒基准信号；为校时电路提供频率信号；为报时电路提供报时所需的高、低音音频信号及报时音时间间隔控制频率信号。
（3）元器件选择
晶振、滤波电容、电阻、分频器4060、7474
4.校时电路
（1）
原理图
（2）工作原理
校时电路由校时按钮和频率信号选择电路极其控制信号产生电路等组成。
主要任务是接受信号电路产生的秒基准信号和校小时、校分、校秒信号。
并通过操作校时按钮选择这些信号的输出时机。
（3）元器件选择
开关、电阻、74147、74151.
5.报时电路
（1）
原理图
（2）工作原理
报时电路由整点报时时间控制电路、报时音频电路、音频输出电路等组成，任务是从计时电路获取时间信息，从信号电路获取音频信号、报时音时间间隔控制频率信号，生成宝石音频，经驱动后从发声元件输出。
（3）元器件选择
7420、7430、7400、蜂鸣器、电阻。
四、安装调试方法设计
1.显示电路安装与调试
显示电路需要安装6个LED显示器、42个限流电阻、6个4511集成块、六个去耦电容病完成部分连线。
（1）安装顺序
显示电路的安装应按照限流电阻、管座、去耦电容、连线、插集成块的顺序进行。
（2）限流电阻安装
1检查待焊接的42个限流电阻阻值是否全部为1K、1/8W金属膜电阻。
2按照印制电路板上电阻的安装位置加工电阻引脚，如发现电阻的引脚附有灰尘、杂志、氧化层等情况，则还应进行浸锡处理。
3把加工好引脚的电阻依次插到焊盘中压紧，也可把印制电路板背面露出的引脚适当弯折帮助固定。
4一次焊接各个引脚。
3.电源接入电路安装
电源接入电路需要安装一个插座、一个电解电容、一个二极管、一个电阻和一个发光二极管。
（1）安装顺序
电源接入电路按电阻、二极管、插座、发光二极管、电解电容的顺序进行安装。
（2）安装方法
电阻、电容、二极管采用卧式安装，其他元器件采用立式安装。
4.信号电路安装与调试
（1）信号电路安装
按电阻、管座、电容、石英振荡器、连线安装与焊接，石英振荡器的管脚应小心折断。
（2）信号电路调试
通电前进行短路、开路、接线、极性、集成块缺口方向等常规检查，用万用表检测4060，Q13、Q12、Q11、Q9、Q8、Q7、Q6、Q5、Q4、Q3端输出依次为2HZ、4HZ、8HZ、32HZ、64HZ、128HZ、256HZ、512HZ、1024HZ、2048HZ，由于万用表反应不够快，可能只能检测到Q13、Q12的高、低电平的变化；用万用表检测7474的5号脚是否有频率输出。
5.计时电路安装与调试
（1）计时电路安装
计时电路需要安装三个4518、一个7408和四个104电容，集成块仍然要用管座。
计时电路的安装顺序为先管座后电容。
管座和电容的安装方法看见显示电路安装。
（2）计时电路调试
通电前检查电源线与地线是否短路，连线是否正确，集成块是否插反等；
分别调试小时、分、秒计数器，在个位计数器的始终输入端加入1HZ或2HZ、4HZ信号，如果秒显示器显示数据在0~59之间循环计数，则秒计数器正常；
把秒进位与分计数器的计数输入端相连，在秒输入端加入64HZ或128HZ、256HZ信号，如果秒计数器能正常向分计数器进位，则为正常；
把分进位与小时计数器的计数输入端相连，在秒输入端加入2048HZ信号，如果分计数器能正常向小时计数器进位，为正常。
6.校时电路安装与调试
（1）校时电路安装
安装一个74171、一个74147、一个微动开关、一个集成电阻和两个104电容；将74151的X4、X5、X6、X7分别接2048HZ、64HZ、2HZ、1HZ信号，X0、X1、X2、X3接地,C接高电平。
（2）校时电路调试
通电前检查电源线与地线是否短路，连线是否正确，集成块是否插反等；
测试信号产生电路：
拔出74147，操作开关，用万用表测量74147的5、6、7脚。
开关断开时输出4~5V，合上时，输出0V；
测试74147：
插上74147，拔出74151，操作开关进行校时、校分、校秒信号，用万用表测量74147的Q0、Q1,看是否为11、10、01、00
测试74151：
插上74151，给74151一个1HZ信号，在Q端能用万用表检测出明显高、低电平变化。
7.报时电路安装与调试
（1）报时电路安装
报时电路需要安装7430、7420、7400、电阻、二极管、三极管、蜂鸣器各一个，电容四个。
其中集成块7430、7420、7400仍然用管座代替。
1时电路的元器件安装可按管座、电容、电阻、二极管、三极管、蜂鸣器、连线、插集成块的顺序进行。
2管座缺口向左，二极管、三极管、蜂鸣器应注意极性。
3具体安装方法参见显示电路安装。
（2）报时电路调试
通电前检查电源线与地线是否短路，连线是否正确，集成块是否插反等；
测试音频信号驱动电路：
拔出7400，给三极管的基极加一个2048HZ的信号，蜂鸣器发出鸣叫声，电路正常；
测试音频信号合成电路：
插上7400，拔出7430，在7430输出引脚上加一个1HZ信号，蜂鸣器以1HZ频率发出鸣叫声，电路正常。
五、制作、调试中出现的主要问题及解决办法
（1）故障：
不能正常显示数字。
可能的原因：
4511的QA~QG没有与数码管的a~g端正确相连。
（3）故障：
有时有频率信号有时没有。
可能的原因：
电阻处于临界点。
（4）故障：
计数器只显示奇数或只显示偶数。
可能的原因：
显示电路D0没有活的可靠的输入。
当D0为1输入时，只显示奇数；当D0为0时，只显示偶数。
（5）故障：
计数器不计数。
可能的原因：
CLK没有可靠接地；MR输入信号不对（检查与门的输入、输出连接线）。
（6）故障：
计数器技术不稳定，时快时慢。
可能的原因：
74147、74151的电源、地引脚没有接好，或者74147的四输入端没有可靠接地。
六、图纸
（1）原理图
（3）
元器件布置图
七、元器件汇总表
序号
名称
型号/参数
数量
功能
1
数码显示器
SM120551K-10P（共阴、红色、0.5）
6
显示数字
2
BCD七段锁存译码驱动器
CD4511
6
译码、信号锁存、信号驱动
3
14级振荡计数分频器
CD4060
1
可振荡、计数、分频
4
双D触发器
74HC74
1
具有两个功能完全相同、完全独立的D触发器
5
双BCD码计数器
CD4518
3
计数、数据保持、数据清零和两种触发方式
6
二输入四与门
74HC08
1
内部集成四个二输入与门
7
数据选择器
74HC151
1
主要实现八以内的数据选择器，还可实现八个以上数据选择器、可编程序列信号发生器
8
优先编码器
74HC147
1
输出为8421BCD码的发码且输入具有优先级，常用于键盘编码
9
二输入四与非门
74HC00
1
内部集成四个二输入与非门
10
四输入双与非门
74HC20
1
内部集成两个四输入与非门
11
八输入与非门
74HC30
1
内部集成一个八输入与非门
12
微动开关
4位
1
调节频率
13
排阻
A103G,4P
1
防止元器件由于电流过大而烧坏
14
蜂鸣器
HC-12085-42R
1
发声
15
电解电容
16V,100uf
1
充电和放电
16
电容
104
17
17
电容
30P
2
18
发光二极管
1
具有单项导电性、钳位电压，直接将电能转变为光能
19
整流二级管
IN4001
1
将交流电能转变为直流电能
20
三极管
9013
1
电流放大
21
电阻
1K
44
防止元器件由于电流过大而烧坏
22
电阻
20M
1
23
电阻
100
1
24
石英晶体振荡器
32768HZ
1
使振荡电路获得很高的频率稳定度
25
电源插头、插座
2P
1
输入电流
26
双列直插式管座
40P
1.5
插集成块
27
双列直插式管座
16P
12
28
双列直插式管座
14P
5
29
单列直插式管座
4P
1
30
数字电子钟PCB
1
八、使用工具、仪器、设备清单
（1）工具：
20-30W的内热式电烙铁，焊锡与助焊剂，松香，尖嘴钳，偏口钳，镊子，小刀，吸锡器。
（2）仪器：
直流电源，数字万用表，示波器。
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