电工电子实践报告数字钟.docx
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电工电子实践报告数字钟
电子技术课程设计报告书
题目：
多功能数字钟
学院：
专业班级：
学号：
姓名：
指导教师：
2010年上学期
目录
电子技术课程设计目的1
数字石英钟设计的任务和要求1
进度安排1
第一章：
系统概述2
第二章：
单元电路设计与分析3
第三章：
电路的安装与调试4
第四章：
结束语7
附录一：
元件清单7
附录二：
参考文献7
附录三：
电路原理图7
一、电子技术课程设计目的
1.熟悉集成电路的引脚安排。
2.掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
3.了解面包板结构及其接线方法。
4.了解数字钟的组成及工作原理。
5.熟悉数字钟的设计与制作。
二、数字式石英钟设计任务及要求
1、设计一台能以十进制数字显示“时”、“分”、“秒”的数字式石英钟以LED数码管作为显示器件。
2、走时精度应高于机械时钟，具有校时功能（能对时、分进行校正）。
时、分通过按键进行校正，至少有单向（最好双向），秒校正通过按键清零。
3、具有模仿中央人民广播电台的整点报时功能，响1s，停1s，前四声为低音，最后一响为高音，音响结束时正好为整点。
4、完成电路全部设计后，通过实验箱验证设计课题的正确性。
三、进度安排
7月1-2日：
确定选题数字钟并认真阅读实验内容及要求，根据选题到图书馆借阅书籍，在网上查找数字钟的资料，从课本中获取部分资料及有关元件的信息。
最后筛选出有用的资料并整理。
7月3-4：
根据实验的要求及数字钟的原理，并从所找资料中获取信息做出大概的电路图。
最后用仿真软件连接好电路图，检查电路图的正误，并对出现的问题进行修改，直至达到实验要求。
7月5～7日：
得到数字钟的电路图方案后，开始写课程设计报告。
根据老师的要求一步步把实验的过程，设计思路记录下来。
7月8日：
最后对实验报告检查校对，看是否有失误或遗漏。
打印。
第一章：
系统概述
数字电子钟的原理方框图如图1所示。
干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。
秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。
将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发现胡一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。
“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。
“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。
译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过六位LED七段显示器显示出来。
整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。
校时电路时用来对“时”、“分”显示数字进行校对调整的。
图1：
数字电子时钟系统框图
第二章：
单元电路设计：
（1）计时显示电路：
实现功能：
24小时制的时钟显示。
秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后，分别得到“秒”个位、十位、“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时输出信号，然后送至译码显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。
“秒”和“分”计数器应为六十进制，而“时”计数器应为二十四进制。
时间计数电路：
脉冲信号经过计数器，分别得到：
秒“个位、十位，”分“个位、十位以及“时”个位、十位的计时。
“秒”“分”计数器为60进制，小时为24进制。
要实现计数这一要求，可选用的中规模集成计数器较多，在这次的设计中，我选用的是用74LS160十进制计数器实现的。
译码显示电路：
译码是将给定的代码进行翻译，采用的码制不同，译码电路也不同。
74LS48驱动器是与8421BCD编码计数器配合用的七段译码驱动器。
74LS48的输入端和计数器对应的输出端，74LS48的输出端和七段显示器的对应段相连。
用七段发光二极管来显示译码器输出的数字，而且显示器用的是共阴（接地）显示器。
具体的计时译码显示电路：
（2）校时电路
校时电路功能：
时钟出现误差时对时间进行校准，可以实现单独对分和小时进行校对。
校时电路的实现：
时钟出现误差时，需校准。
校对时间总是在标准时间到来之前进行，一般分四个步骤：
首先把小时计数器置到所需的数字；然后再将分计数器置到所需数字；在此同时或之后，应将秒计数器清零，时钟暂停计数，处于等待启动；当选定的标准时刻到达的瞬间，按起动按钮，电路则从所预置时间开始计数。
由此可知，校时电路应具有预置小时，预置分、等待启动、计时四个阶段，此校时电路用与非门74LS00和74LS04实现。
按动校时开关强制输入一个计数脉冲。
从而改变时间。
在小时校正时不影响分和秒的正常计时，在分校时不影响秒和小时的正常计数。
校时电路具体如下：
（3）整点报时电路
报时电路功能：
在59分51、53、55、57秒的时候出现四声低音报时，在59分59秒的时候为最后一声整点报时，报时结束后刚好为整点。
整点报时电路的实现：
当分、秒计数器计至59分50秒时，分计数器十位输出为Q3Q2Q1Q0=0101，个位输出Q3Q2Q1Q0=1001；秒计数器十位输出为Q3Q2Q1Q0=0101，从59分50秒到59分59秒，只有秒个位在计数，因此可以得到下面的整点报时电路。
报时需要两个脉冲，由于是经过分频器后产生的脉冲信号，所以设计时选用的信号为512Hz和1024Hz，这样的话就可以听到前四声为低声，最后一声为高声的整点报时的情况了。
设计中报时电路由与非门构成，扬声器由共射的三极管来驱动。
整点报时电路具体如下：
（4）脉冲振荡电路：
脉冲振荡电路的作用：
提供满足要求的脉冲信号，在此设计中主要通过分频器（分频器的功能只要有两个：
第一是产生标准脉冲信号，第二提供功能扩展电路所需要的信号）为计数器产生满足要求的计数时钟脉冲（秒脉冲信号）和提供校时和整点报时的脉冲信号。
设计中振荡电路采用的是石英晶体振荡器，石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率容易调整。
分频器采用的是14位二进制计数器CD4060（芯片管脚如下图）。
当按照下图连接好电阻和晶振后，就能稳定地产生晶体所标称的振荡频率（图中为32768HZ）脉冲信号输入到后面的14位二进制计数器，所以从最后一级Q14输出的脉冲信号频率为：
32768/214=32768/16384=2Hz，再在后面连接74LS90对2Hz进行二分频，就可得到计数所需要的1Hz脉冲。
具体的脉冲振荡电路为：
第三章：
安装与调试过程：
1.电路的连接
（1）连电路之前要先做好一切准备，如：
先检查一下面包板是否完好，整理好要用的实验工具，再将要用到的芯片按类型分类，要用的电阻和电容按型号按大小和型号分类，这样在连接电路的时候又方便又不容易出错。
（2）开始连接电路，电路连接要求导线要横平竖直并且最好不交叉，所以要先考虑好电路的布局后根据电路连接合理的插接芯片，插芯片的时候也要注意，要把所有的管脚都插进去后要均匀平稳的按下去，拔芯片的时候也是要平稳，以免折断管脚。
（3）连电路是要分局部连接，每一个功能模块要分开接，这样连出的电路出了什么错误就比较容易发现并改正。
2.电路的调试过程
（1）用示波器来检测石英晶体振荡器的输出波形和频率，晶振正常的输出频率应该为32768Hz。
（2）将频率为32768Hz的信号送入分频器，并用示波器检查各级分频器的输出频率是否符合设计要求。
（3）将74LS90二分频产生的秒脉冲信号分别送入时、分、秒计数器，检查各级计数器的工作情况，正常的情况下应该是分、秒为60进制，小时为24进制，并检查个进制之间的进位是否正确。
（4）观察并检测校时电路的功能是否满足校时要求，即分和时可以单独校正，互不影响。
（5）数字钟的以上基本功能可以实现以后，再检测扩展电路，即整点报时电路的功能实现：
利用此设计的校时功能，将时间调整为任意小时59分50秒，测试报时电路报时是否正确，即在59分51、53、55、57秒的时候出现四声低音报时，在59分59秒的时候为最后一声整点报时，报时结束后刚好为整点。
（6）计时、显示、校时和整点报时都没问题，调试完成。
3.出现的问题及解决方法：
（1）在检测秒计数器是否正确时，发现计数器不是从00开始计数，循环置数也不正确，检查了一下电路没有问题，检查芯片的好坏，再检查器件管脚的连接是否正确，悬空端、清零端与置一端是否连接正确，发现由于RD端未接，我将RD端接一个开关，开关闭和为高电平计数器工作正常，开关打开为低电平计数器清零，这样不只是解决了问题，还改进了电路功能。
（2）在检测时计数器显示是否正确时，发现八段数码显示管显示不正确，仔细检查电路连接无误，我将数码管的CC端接地，将其他端接高电平，检测数码管的每段是否有显示，结果发现数码管有两段无显示，这一情况影响了计数的显示，换了另外一个经检测完好的数码管后就能正确显示了。
（3）在测试校时电路部分是否正确时，我发现校时电路没有作用，由于这部分电路与非和非门用的比较多，很容易接错，如74LS20的管脚中3管脚为空管脚，仔细检查后发现有些芯片的管脚不小心接错了，改正后校时电路就能正常工作。
（4）在检测整点报时电路功能时，扬声器没有声音，检查后发现是实验箱上的扬声器和蜂鸣器都是坏的，于是我们更换了扬声器，采用一个外接的喇叭，但是还是没有声音，后来又检查了线路和芯片，原来是其中一个非门的芯片是坏的，我们换了芯片，扬声器便正常工作了，也能实现整点报时功能了。
第四章：
结束语
我们专业对电子电路技术有一定的要求，在大3上半年也学过了《模拟电子技术》，下半年的《数字电子技术》使我们的了解更深了一步。
刚开始听说要做课程设计的时候，都不知道从何下手，脑子里好像是一片空白一样，真正的感觉到了书到用时方恨少，学习的理论知识不知道怎么去发挥他们的作用。
老师安排了两人一组，在选好了课程设计的题目后（我们选的是数字石英钟），我们去图书馆借了一些相关的资料，在一起详细的讨论了设计的过程和应该注意的一些细节。
从刚开始连线的时候开始我们就特别的仔细，也特别的注意线路的排列，听老师说过线路的美观也在成绩中占一定的比例。
我们遵循的是宁慢勿错的原则，因为一旦在线路的某个地方有错误，不仅检查起来麻烦，而且还会浪费大量的时间。
在设计过程还是比较顺利的，经过3天的连线，我们的数字石英钟已经能正常的显示数字时间了，当时的兴奋心情是没法用语言来形容的。
大家过来看了后都说不仅布线漂亮，而且功能也都能实现，走时准确，具有校时功能，具有整点报时功能，响一秒，停一秒，前四声为低音，最后一响为高音，响音结束时正好为整点。
完全符合课程设计的题目的要求。
这次课程设计让我不仅学到了如何使自己掌握的知识用于实际而且使我认识到了团队力量的伟大，学以致用是对我们每个学生的要求。
通过课程设计，发现自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。
而且发现，学了几年我们还有很多东西都不曾了解，有很多东西我们都还没有熟练掌握。
通过这次的课程设计，使我将这几年所学到的知识得到了系统化、贯穿成一条线。
在头脑里也有了更加清晰的印象和认识。
在实验的过程中一定要端正自己的态度，也让我们明白做事情要认真负责。
这在生活中同样的适用。
通过课程设计也懂了更多的做人的道理。
对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
让我知道了学无止境的道理。
我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
附录一：
数字式石英钟元器件明细表
序号
名称
型号参数
数量
备注
1
同步十进制计数器
74LS160
6片
2
反相器
74LS04
2片
3
四-2输入与非门
74LS00
3片
4
异步计数器
74LS90
1片
5
共阴极七段译码器
74LS48
6片
6
LED七段数码管
6片
7
32768石英晶体
1片
8
2-四输入与非门
74LS20
2个
9
分频器
CD4060
1个
10
单刀双掷开关
1个
11
开关
2个
12
电容
30皮法
2个
电容
0.01微法
2个
13
电阻
20兆欧姆
2个
电阻
3.3千欧
2个
电阻
22欧姆
1个
14
三极管
1个
15
喇叭
1个
16
彩色导线
若干
17
镊子
1把
18
剪刀
1把
19
尖嘴钳
1把
附录二：
参考文献
[1]罗桂蛾等主编.数字电子技术应用教程（机电类）.长沙:
中南大学出版社,2003
[2]陈明义主编.电子技术课程设计实用教程.长沙:
中南大学出版社,2002
[3]杨刚,周群主编.电子系统设计与实践.北京:
电子工业出版社,2003
[4]杜清珍主编.电工、电子实验技术（第三版）.西安:
西北工业大学出版社.2005
[5]赵保经主编.中国集成电路大全---TTL集成电路.北京:
国防工业出版社,1985
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