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1、数字电路报告计算机学院数字电子钟制作、调试报告（2011/2012 学年 第2学期）专业名称： 计算机应用 课程名称： 数字电路应用 指导教师： 班 级： 姓 名： 学 号： 成 绩： 目录一、设计任务书31.任务32.主要技术指标 33.特别说明3二、总体方案设计31.任务分析32总体方案 3三、各模块电路设计51.显示电路52、信号电路63、计时电路74、校时电路75、报时电路8四、仿真设计、调试91.显示电路安装与调试92.信号电路安装与调试 103计时电路安装与调试 104.校时电路安装与调试 115.报时电路安装与调试 11五、整机安装调试 121、安装方法设计122、调试方法设计1

2、2六、制作、调试中出现的主要问题及解决办法 14七、数字电子钟的操作说明15八、数字电子钟图纸151.整机原理图 162.元器件布置图 163器件汇总表（型号、参数、数量、功能）17九、改进意见 18一、 设计任务书1、 任务数字电子钟的制作、调试2、 主要技术指标（1） 能进行时、分、秒显示（2） 能设置时、分、秒。（3） 能整点报时。3、 特别说明在给定的PCB板上完成电子钟制作、调试。二、 总体方案设计1、 任务分析数学电子钟主要五个功能模块组成:显示电路、信号电路、计时电路、校时电路、报时电路。电子钟基本功能：能进行时、分、秒显示；能进行小时、分、秒设置；能实现整点报时；能通过设置，实

3、现任意时间报时。2、 总体方案1. 原理框图：2. 工作原理：一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、 “时”“分”“秒”计数器、校时电 ，路、报时电路和振荡器组成。该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 秒发出一个“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

4、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”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位 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”“秒”显示数字进行校对调整的。3. 各功能模块简介：（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） 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

5、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 1024Hz 和 512Hz 的报时信号， 以及产生 4Hz 、 64Hz、512Hz 校秒、校分、校时信号。 （3） 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。（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

6、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、 各模块电路设计1、 显示电路的制作与高度1. 主要功能：接受计时电路输出的小时、分、秒信号通过合适的显示方式显示出来。2. 方案设计：显示数学的方法很多，最常见的有LED数码控制简单，且亮度较好显示器为共阴极管显示LED点阵显示器，考虑到LED数码管显示器价格便宜、LED数码管显示器，公共端接地；限流电阻选择1K。3. 主要元件选择依据：1、LED数码管显示器，LED数码管显示器价格

7、便宜、控制简单，且亮度较好。2、BCD-七段锁存译码驱动器驱动器4511，它是集译码、信号译码、信号驱动于一身，只要输入端输入8421BCD码就可以输出BCD码所表示的数学在LED数码管上，并且能保证LED数码管显示的亮度所需的电流。4. 原理图：2、 信号电路制作与调试1. 主要功能：（1） 是为信号电路提供秒基修信号；（2） 是为校时电路提供校时频率信号；（3） 是为报时电路提供所需的高、底音音频信号电路及报时音时间隔控制频率信号；2. 方案设计：为能输出1HZ、2HZ、60HZ、3600HZ和两个2020000HZ之间的高低音音频信号电路必须具有震荡电路和分割电路两个功能。3. 原理图：

8、4. 主要元件选择依据：（1） 集成单稳态触发器4538，其主要有三个方面的应用整型、延时和定时。（2） 石英晶体震荡4060，它是一个集震荡、计数、分频与一身的集成电路。通过极少数的外部原件可构成震荡电路，也可以对外部信号进行计数，并可以震荡电路产生的频率信号或者外部频率信号进行分频。3、 计时电路的制作与调试1. 主要功能：是从秒计数输入端输入接受秒基信号和校秒、校分、校时信号，以8421BCD码的形式向显示电路提供信号，并为报时电路提供时间信号。2. 方案设计：完成60进制，24进制计数器的设计 ，还必须把这些计数器按顺序串联起来，不能完成时间的叠加。 1秒计时器的计数信号就为信号电路产

9、生的1HZ的标准信号。 分计数器的计数信号应由秒计数器产生，当秒计数器溢出的同时应为分计数器提供一个脉冲信号。 小时的计数器信号应由分计数器产生，当分计数器溢出的同时应为小时计数器提供一个脉冲信号。3. 原理图：4. 主要原件选择依据：（1） 二进制计数器74161是四位进制加计数器，具有同步预制、异步清零、二进制计数及数据保持等功能。（2） 双BCD码计数器4518，有完全独立的加计数器组成、具有BCD码计数、数据清零和两种触发方式等功能。4、 校时电路制作与调试1. 主要功能：是接收信号电路的产生的秒基准信号和校时、校分、校秒信号，并在制作校时按钮选择这些信号的输出时机。2. 方案设计：（

10、1） 校时电路的主要任务是接收信号电路产生的秒基准信号和校时、校分、校秒信号，并通过操作栏里按钮选择这些信号的输出时机。（2） 校时电路一般有两种实际方式样时、校分、校秒各用一个电路。 正常计数时，秒输入端输入秒基准信号。 校秒时，秒输入端输入校秒信号。 校分时，秒输入端输入校分信号。 校时时，秒输入端输入校时信号。3. 原理图：4. 主要元件选择依据：（1） 数据选择器74151，它最主要的应用实现数据先把器的功能，同时74151还能实现八个以上数据选择器，可编程序列信号发生器等功能。（2） 优先编码器74147，它是个编码器，其输出为8421BCD的反码，且输入具有优先级，常用于键盘编码。

11、5、 报时电路的制作与高度1. 主要功能：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，生成报时音频，经驱动后从发生元件输出。2. 方案设计：基于该方式的报时电路设计的主要任务有三个：（1） 获取高、低音报时启动信号。 报时启动信号的获取：要从59min50s开始报时，获取59min50s这一时刻的信号 报时高音启动信号的获取：高音在59min58时发出，同时取消低音信号。（2） 报时音频的合成。（3） 音频信号的输出3. 原理图：4. 主要元件的选择依据：（1） 集成全加器7483能完成两个四位二进制数的相加，通过级联可完成多维二进制相加。（2） 集成比较器7

12、485，能判断两个四位二进制的大小或相等，通过级联可判断两个多维二进制的大小。四、 仿真设计、调试整体电路图1、 显示电路的仿真电路图：分析：图中显示器件为共阴级LED数码管显示器，公共端接地；限流电阻选择1K的电阻；4511的LE/STB接地，LT/BI接+5V,DCBA接计时电路输出的8421BCD码；H7H0、M7M0、S7S0为8421BCD码输入，来计时电路。2、 信号电路的仿真电路图：分析：检查4060有没有频率信号输了，用一根导线，拔出信号电路任意4511芯片，把导线的一端插入4511的任意QAQA引脚，把导线的一端与4060的Q14引脚线连接，此时则4511所控制的LED数码显

13、示器应有1HZ闪烁。3、 计时电路的仿真电路图：分析：1. 秒计时器的计数信号应为信号电路产生的1HZ的标准信号。2. 分计时器的计数信号应由秒计数器产生，当秒计数已出的同时应为分计数器提供一个脉冲信号。3. 小时计数器信号应由分计数器产生，当分计数溢出的同时应为小时计数器提供一个脉冲信号4、 校时电路的仿真电路图：分析：1. 当没有按钮按下时，按钮按下信号Y=0,DCBA=1111。2. 若有按钮按下，则按钮按下信号Y=1时，DCBA输入对应按钮的反码。3. 虽然0信号未进入74147，但是当0按钮下同时编码输出1111，这就相当与0的编码时1111.五、 整机安装调试1、 安装方法设计当以

14、上所有检测无误之后，就开始进行硬件安装。根据电路图，将所有要芯片安装到电路板上。硬件安装时根据EWB仿真电路一个模块一个模块的进行。首先，将电源+5V以及接地端与电路板相连。其次，进行秒计时电路的安装，经检查无误后，将秒钟的进位信号接出；再进时钟计时电路的安装。主要电路安装完成后观察电子钟是否准确、正常的工作，观察秒钟到分钟是否有进位，观察59分59秒时候时钟是否进位等等。当以上无误后，再进行校时电路的安装，这里的安装接线有用到开关，以及一个手动CP。最后后是进行仿电台整点报时电路。2、 调试方法设计 硬件调试要点：1. 用示波器检测555定时器与RC组成的多谐振荡器输出信号和波形，输出频率应

15、为1000HZ。2. 将1000HZ信号送入分频器，用示波器检测各级分频器的输出频率 符合要求。3. 将1HZ秒脉冲分别送入时、分、秒计数器，检查各组计数器的工作情况4. 当分频器和计数器调试正常后，观察电子钟是否准确、正常的工作。5. 观察校时电路的功能是否满足要求。6. 观察仿电台整点报时电路的功能是否满足要求。 硬件调试由于实验箱内有1Hz、1000Hz、500Hz频率，我们可以直接使用从实验箱内使用。1. 显示电路安装与调试（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、集成块的顺序进行。（2） 限流电阻安装 检查待焊接的42个限流电阻阻值是否全部为1k、1/8W

16、金属膜电阻。 按照印制电路板上电阻的安装位置加上电阻引脚，如发现电阻的引脚附有灰尘、杂质、氧化层等情况，则还应进行浸锡处理。 准备一张稍硬的纸，折叠成宽度略小于一个电阻的两个焊盘之间距离，厚度约2mm，长度能覆盖42个电阻的安装位置，并把折叠好的纸固定在42个电阻的焊盘之间。 把加工好引脚的电阻一次插在焊盘中压紧，也可把印制电路板背面露出的引脚适当折弯以帮助固定。一次焊接各引脚（3） 显示电路调试 通电前检查电源线和地线有无短路，连线是否正确，有极性与器件极性是否正确，集成块、管座安装方向是否正确，有无短路、虚焊、漏焊。 电源接入电路调试 把所有集成块(六个LED数码显示器、六个4511)拔出

17、； 把电源线插头线的正极接直接电源+5V端，负极接接地端；把电源插头插入电源接入电路的电源插座；打开直流电源，观察电源指示发光二极管是否变亮，有没有冒烟、异味、发烫等异常发生；测量电源接入电路的输出电压应超过4V。 关闭直流电源，正确插入LED数码显示器。把万用表的黑表笔搭在地线上，红表笔依次与LED数码显示器的a-g引脚触碰。把万用表的黑表笔搭在地线上，红表笔依次与4511的输出触碰，如LED数码显示器对应的笔画依次电亮，说明限流电阻安装正确。2. 信号电路安装与调试（1） 信号电路安装 石英振荡器为金属封装，应与印制电路板保持一定距离，石英振荡器引脚极细，极易折断，加工时要特别小心，石英振

18、荡器较高，可以考虑卧室安装。 （2） 信号电路调试通电前应进行短路、开路、接线、极性、缺口等常规检查。用万用表检测，如电路安装无误，且供电正常，那么4060应有这样的输出：Q14=2HZ；Q13=4HZ；Q12=8HZ；Q10=32HZ；Q9=64HZ；Q8=128HZ；Q7=256HZ；Q6=512HZ；Q5=1024HZ；Q4=2048HZ。用万用表检测Q13、Q14引脚上的信号，应可以观察到高、低电平的变化。频率更高的引脚因反应速度不够快而无法检测。3. 计时电路安装与调试（1） 计时电路安装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参见显示电路安装。（2） 计时电路调试 通

19、电前应进行短路、开路、接线、极性、缺口等常规检查。分别调试小时、分、秒计数器。以秒计数器调试为例，在个位计数器的时钟输入端加入1HZ信号，如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信号，如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，如分计数器能正常向小时计数器进位，则为正常。4. 校时电路安装与调试（1） 校时电路安装校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参见显示电路安装。（2） 校时电路调试 通电前应进行短路、开路、接线、极性、缺口等

20、常规检查。 先拔出集成块74147，然后操作开关，并用万用表分别测量74147管座的5、6、7脚。开关断开时，输入4-5V，开关合上时，输出为0V。 先插上集成块74147，拔出集成块74151，操作开关分别发出正常计时、较秒、较分、较小时信号，用万用表测量74147的输出Q1Q0，Q1Q0应分别等于11、10、01、00，否则为故障。 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。5. 报时电路安装与调试（1） 报时电路安装管座缺口向左，二极管、三极管、蜂鸣器应注意极性。 具体安装方法参见显示电路安装。（2） 报时电路调试 通电前应进行短路、开路、接

21、线、极性、缺口等常规检查。 拔出7400集成块，给三极管限流电阻前施加一个2048HZ的音频信号，蜂鸣器应能发出连续鸣叫声。否则，音频信号驱动短路故障。 插入7400集成块，拔出7430集成块，在7430引脚的位置上施加一个1HZ的频率信号，蜂鸣器应能以1HZ的频率发出鸣叫声。否则，音频信号合成电路故障。 通过校时按钮设置时间接近整点，然后耐心等待整点到来，如能正常报时，则报时电路调试完毕，否则时间接入信号有误。六、 制作、调试中出现的主要问题及解决办法1、 问题一：在连接校时电路的时候 出现时和分都能正常校时，但秒却受到了影响 特别是一较分钟的时候秒乱跳 解决方法：经检查，校时电路的连线没有

22、错误，后用万用表的直流电压档电检秒十位的QA,QB,QC,QD脚，发现QA脚时有电压时而五电压，再检测到分和秒的进位端，发现是由于秒到分的进位未拔掉所致2、 问题二：数码显示器亮，但不计时。解决方法：检查计时电路，用外用表检查计时电路的接线，对照书本上的电路图，每根线检查过去，发现有短路现象，而且接地线和接电源线也出现了错误。分计数器的4518的7号脚只接了4518的15号脚，正确的应该是既接4518的15号脚，还要接7408的6号脚，发现错误后及时把线改过来。再测试后发现问题得到了解决。3、 问题三：数码显示器计时了，拨动微动开关时，数码显示器无反应。解决方法：检查校时电路。使用外用表先检查

23、是否有短路的地方，电源线和地线是否接错。检查时发现74147的7号脚与74151的11号脚接错了，正确的解法应该是74147的7号脚接74151的10号脚，把线改过来之后，拨动微动开关，数码显示器明显有了变化。七、 数字电子钟的操作说明1、 当没有按钮按下时，输入端4为0，比输入端4优级高的输入端59均为1，因此，Q3、Q2、Q1、Q0=1011（0100的反码）Y=X3=1HZ,计时电路正常计时。2、 当按钮SH按下时，输入端7优先级高的输入端89均为1，因此，Q3、Q2、Q1、Q0=1000（0111的反码）Y=X0=2048HZ,计时电路进入校时状态。3、 当按钮SM按下时输入端6为0，

24、比输入端6优先级高的输入端79均为1，因此，Q3、Q2、Q1、Q0=1001（0110的反码）Y=X1=64HZ,计时电路进入校分状态。4、 当按钮SS按下时,输入端5为0，比输入端5优先级高的输入端69均为1，因此，Q3、Q2、Q1、Q0=1010（0101的反码）Y=X2=2HZ,计时电路进入校秒状态。八、 数字电子钟图纸1. 整机原理图2. 元器件布置图3. 器件汇总表（型号、数量、功能、参数）序号名称型号数量(个)1数码显示器SM120501K-10P(共阴、红色、0.5)62BCD七段锁存译码驱动器CD45116314级振荡计数分频器CD406014双D触发器74HC7415双BCD

25、码计数器CD451836二输入四与门74HC0817数据选择器74HC15118优先编码器74HC14719二输入四与非门74HC00110四输入双与非门74HC20111八输入与非门74HC30112微动开关4位113排阻A103G，4P114蜂鸣器HC-12085-42R115电解电容16V,100uf116电容1041717电容30P218发光二极管119整流二极管IN4001120三极管9013121电阻1K4422电阻20M123电阻100124石英晶体振荡器32768125电源插座头、插头2P126双列直插式管座40P1.527双列直插式管座16P1228双列直插式管座14P529单列直插式管座4P130焊锡丝1九、 改进意见电子钟太大了，可以用一些贴片的芯片，焊孔太多了！可以再实现更多的功能，比如显示日期等等！