PAGE1計算機學院數字電子鐘制作、調試報告（20010/2011學年第2學期）專業名稱：計算機應用課程名稱：數字電路應用指導教師：瞿新南班級：計應105姓名：尚文科學號：1008143525成績：計劃任務書任務數字電子鐘制作與調試。主要的技術指標能進行時、分、秒的顯示。能設置時、分、秒。能正點報時。總體方案設計1、任務分析：一個基本的數字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”，計數器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。干電路系統由秒信號發生器、“時、分、秒、星期”計數器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點報時電路組成。秒信號產生器是整個系統的時基信號，它直接決定計時系統的精度，一般用石英晶體振。2、總體方案：數字電路可分解為五個功能相對獨立模塊，數字電子鐘顯示電路數字電子鐘顯示電路計時電路校時電路報時電路信號電路1、各模塊的制作、調試按顯示電路、信號電路、計時電路、校時電路和報時的順序進行。報時電路采用規范的印刷電路板設計，并集中放置輸入信號接入點。重復電路部分規范的印刷電路板設。，使用外部電源供電。為確保數字電子鐘走時準確，信號電路應用石英晶體震蕩器產生基本頻率。原理框圖各模塊的原理設計顯示電路的制作與調試主要功能：接受計時電路輸出的小時、分、秒信號通過合適的顯示方式顯示出來。方案設計：顯示數字德方法很多，最常見的有LED數碼控制簡單，且亮度較好顯示器件為共陰極管顯示LED點陣顯示器。考慮到LED數碼管顯示器價格便宜、LED數碼管顯示器，公工端接地；限流電阻選擇1K主要原件選擇依據：1、LED數碼管顯示器，LED數碼管顯示器價格便宜、控制簡單，且亮度較好2、BCD-七段鎖存譯碼驅動器4511，它時集筆畫譯碼、信號譯碼、信號驅動于一身，只要輸入端輸入8421BCD碼就可以輸出BCD碼所表示的數字在LED數碼管上，并且能保證LED數碼管顯示的亮度所需的電流。（4）原理圖：2、信號電路制作與調試（1）主要功能：一是為信號電路提供秒基修信號；二是為校時電路提供校時頻率信號；三是為報時電路提供所需的高、底音音頻信號電路及報時音時間隔控制頻率信號；（2）方案設計：為能輸出1HZ、2HZ、60HZ、3600HZ和兩個20~20000HZ之間的高低音音頻信號電路必須具有震蕩電路和分割電路兩個功能。（3）原理圖：（4）主要原件選擇依據：1、集成單穩態觸發器4538，其主要有三個方面的應用整型、延時、和定時 2、石英晶體震蕩器4060，它是一 個集震蕩、計數、分頻與一身的集成 電路。通過極少數的外部原件可構成 震蕩電路，也可以對外部信號進行 計數，并可以震蕩電路產生的頻率 信號或著外部頻率信號進行分頻。3、計時電路的制作與調試（1）主要功能：是從秒計數器輸入端輸入接受秒基信號 和叫秒、校分、校時信號，以8421BCD碼的 形式向顯示電路提供信號，并為報時電路提供 時間信號。（2）方案設計：完成60進制、24進制計數器的設計，還必須把這些計 數器按序串聯起來，不能完成時間的里加。1秒計時器的計數信號應為信號電路產生的1HZ的標準信號。分計數器的計數信號應由秒計數器產生，當秒計數器已出的同時應為分計數器提供一個脈沖信號。小時的計數器信號應由分計數器產生，當分計數器溢出的同時應為小時計數器提供一個脈沖信號。原理圖：主要原件選擇依據：1、二進制計數器74161是四位二進制加計數器，具有同步預制、異步清零、二進制計數及數據保持等功能。2、雙BCD碼計數器4518，有完全獨立的加計數器組成、具有BCD碼計數、數據清零和兩種觸發方式等功能。4、校時電路制作與調試（1）主要功能：是接收信號電路產生的秒基信號和校時、校分、校秒信號，并在制作校時按鈕選擇這些信號的輸出時機。（2）方案設計：校時電路的主要任務是接收信號電路產生的秒基準信和校小時、校分、校秒信號，并通過操作校時按鈕選擇這些信號的輸出時機。校時電路一般有兩種實際方式校小時、校分、校秒公用一個電路；另一種方式是校小時、校分、校秒各用一個電路。正常計數時，秒輸入端輸入秒基準信號。校秒時，秒輸入端輸入校秒信號。校分時，秒輸入端輸入校分信號。校小時時，秒輸入端輸入校小時信號。（3）原理圖：（4）主要原件選擇依據：1數據選擇器74151，它最主要的應用實現數據選擇器的功能，同時，74151還能實現八個以上數據選擇器、可編程序列信號發生器等功能。2、優先編碼器74147，它是個編碼器，其輸出為8421BCD碼的反碼，且輸入具有優先級，常用于鍵盤編碼。5、報時電路制作圖調試（1）主要功能：是從計時電路獲取時間信息，從信號電路獲取音頻信號、報時音時間間隔控制頻率信號，生成報時音頻，經驅動后從發生元件輸出。（2）方案設計：基于該方式的報時電路設計的主要任務有三份個：一、是獲取高、低音報時啟動信號；二是報時音頻的合成；三、是音頻信號的驅動。（1）報時啟動信號的獲取要從59min50s開始報時，獲取59min50s這一時刻的信號（2）報時高音啟動信號的獲取高音在59min58s時發出，同時取消低音信號。（3）報時音頻的合成（4）音頻信號的輸出（5）報時電路的實現（3）原理圖：（4）主要原件選擇依據：1集成全加器7483能完成兩個四位二進制數的向加，通過級聯可完成更多為二進制數相加。2集成比較器7485，能判斷兩個四位二進制的大小或相等，通過級聯系可判斷兩個多為二進數的大小。四、仿真設計與調試（1）顯示電路的仿真電路圖：分析：圖中顯示器件為共陰級LED數碼管顯示器，公共端接地；限流電阻選擇1K的電阻；4511的LE/STB接地LT\BI接+5V,D\C\B\A接計時電路輸出的8421BCD碼；H7~H0、M7~M0、S7~S0為8421BCD碼輸入，來計時電路。（2）信號電路的仿真電路圖：分析：檢查4060有沒有頻率信號輸出，用一根導線，拔出信號電路任意4511芯片，把導線的一端插入4511的任意QA~QA引腳，把導線的一端與4060的Q14引腳線連接，此時則4511所控制的LED數碼顯示器應有以1HZ閃爍。（3）計時電路的仿真電路圖：分析：1秒計時器的計數信號應為信號電路產生的1HZ的標準信號。2分計數器的計數信號應由秒計數器產生，當秒計數器已出的同時應為分計數器提供一個脈沖信號。3小時的計數器信號應由分計數器產生，當分計數器溢出的同時應為小時計數器提供一個脈沖信號。（4）校時電路的仿真電路圖：分析：（1）當沒有按鈕按下時，按鈕按下信號Y=0,DCBA=1111（2）若有按鈕按下，則按鈕按下信號Y=1,時DCBA輸出對應按鈕的反碼。（3）雖然0信號未進入74147，但是當0按鈕按下同時編碼輸出1111，這就相當與0的編碼時1111.五、整機安裝調試1、安裝方法設計：當以上所有檢測無誤之后，就開始進行硬件安裝。根據電路圖，將所有要芯片安裝到電路板上。硬件安裝時根據EWB仿真電路一個模塊一個模塊的進行。首先，將電源+5V以及接地端與電路板相連。其次，進行秒計時電路的安裝，經檢查無誤后，將秒鐘的進位信號接出；再進時鐘計時電路的安裝。主要電路安裝完成后觀察電子鐘是否準確、正常的工作，觀察秒鐘到分鐘是否有進位，觀察59分59秒時候時鐘是否進位等等。當以上無誤后，再進行校時電路的安裝，這里的安裝接線有用到開關，以及一個手動CP。最后后是進行仿電臺整點報時電路。2、調試方法設計：硬件調試要點（1）用示波器檢測555定時器與RC組成的多諧振蕩器輸出信號和波形，輸出頻率應為1000HZ。（2）將1000HZ信號送入分頻器，用示波器檢測各級分頻器的輸出頻率符合要求。（3）將1HZ秒脈沖分別送入時、分、秒計數器，檢查各組計數器的工作情況。（4）當分頻器和計數器調試正常后，觀察電子鐘是否準確、正常的工作。（5）觀察校時電路的功能是否滿足要求。（6）觀察仿電臺整點報時電路的功能是否滿足要求。4.4硬件調試由于實驗箱內有1Hz、1000Hz、500Hz頻率，我們可以直接使用從實驗箱內使（1）時間計數電路的連接與測試在連接電路時，秒計數器和分計數器很成功的完成，但是偶爾會出現秒的個位計數器到9的時候不向十位計數器進位；秒計數器在向分計數器進位時，按圖接線后發現，秒計數器計到五十九時，有時向分進位，有時不進，我反復仔細的檢還也沒有發現接錯了線。我重新檢查了芯片，是沒有找出原因，然后發現是線路接觸不良造成的。然而，時計數器的接線并不成功，剛開始接線的時候一直都是時計數器接不出來，反復的檢查線路都沒有問題，我想可能是線接觸不良，當時不知道怎么解決這個問題，只好把線都拔了，重新接線，后來才知道應該接個寄存器，使電路更穩，這就提示我在實驗過程中應該認真仔細把每一部分的電路設計做好，才能使整個電路正常運行。（2）校時電路的連接與調試連接校正電路的過程中,時和分都能正常校正時,但是開關有時候由于接觸不良導致不是校正的時候也開始跳動，后來我們換了開關，以及與開關相連的線，才漸穩定下來。但是偶爾由于CP的原因，導致校時和校分時，跳動不是很正常。（3）報時系統的連接與調試根據課題要求，數字電子鐘顯示系統能在正點前是蜂鳴器鳴叫5次，周期為1秒，所設計的正點報時系統要能在電子鐘計時到59分5153555759秒時是蜂鳴器鳴叫，前4聲是低音（500Hz），最后一聲是高音（1000Hz）。實驗安裝過程中，由于線路太過于復雜，且前面安裝的線路又不是很牢固，一不小心就碰掉前面的線，所以我們后來把前面安裝的所有線路重新拆掉了，只安裝了秒鐘和分鐘，再重秒鐘和分鐘去接報時電路。六、制作、調試中出現主要問題及解決方法故障的現象：1.只有低音沒有高音.2.每分鐘都報時.3.報時聲時不間斷的連續鳴叫故障的診斷：1.第一看高音有沒有接入。第二看S3、S02.每分鐘都報時說明分信號出現了問題。3.我們的報時聲音依靠頻率信號來完成，所以問題出在頻率信號。故障的原因：1.高音音頻信號沒有可靠接入，或者S3、S0沒有可靠接入2.分信號輸入端懸空或接1。3.1HZ的頻率信號沒有可靠的接入。解決的方法：1.重新檢查線路的連接，重點檢查S3、S0連接2.將分信號線路重新檢查連接。3.檢查頻率信號輸入端和輸出連接是否可靠。七、數字電子鐘的操作說明：當沒有按鈕按下時，輸入端4為0，比輸入端4優級高的輸入端5~9均為1，因此，Q3、Q2、Q1、Q0=1011（0100的反碼）Y=X3=1HZ,計時電路正常計時。當按鈕SH按下時，輸入端7優先級高的輸入端8~9均為1，因此，Q3、Q2、Q1、Q0=1000（0111的反碼）Y=X0=2048HZ,計時電路進入校時狀態。當按鈕SM按下時輸入端6為0，比輸入端6優先級高的輸入端7~9均為1，因此，