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
数字电子钟制作与调试报告
数字电子钟制作与调试报告
〔2020/2020学年第2学期〕
专业名称：
运算机应用技术
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101
姓名：
邢芳
学号：
1008143104
成绩：
名目
一、概述
1.数字电子钟的要紧功能
（1）能进行小时、分、秒显示。
（2）能进行小时、分、秒设置。
（3）能实现整点报时。
（4）能通过设置，实现任意时刻报时。
2.数字电子钟的使用方法
用微动开关调剂LED数码显示器，调到59min50s以下，等待蜂鸣器响，当显示器在59min50s~59min58s时，1024HZ信号以1HZ频率驱动蜂鸣器发出低声，到59min59s时，2048HZ信号以1HZ频率驱动蜂鸣器发出高音。
二、总体方案设计
1.原理框图
2.工作原理
数字电子钟是一个将〝时〞，〝分〞，〝秒〞显示于人的视觉器官的计时装置。
一个差不多的数字钟电路要紧由译码显示器、〝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，它直截了当决定计时系统的精度，一样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〞采纳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〞也采纳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〞采纳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。
整点报时电路时依照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
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。
信号电路：
信号产生电路确实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。
计时电路：
依照〝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〕。
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，那个地点称其为校准脉冲信号。
校准的原理，确实是使时钟的小时、分钟或秒钟在校准脉冲的作用下快速改变数值，直到和标准时刻一致。
报时电路：
时钟用声音的形式传达时刻信息，这确实是报时。
利用中小集成电路设计一款能实现整点报时的时钟，当时刻到达整点前10秒进行蜂鸣报时，其中9声高音，1声低音。
三、各单元电路设计
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）元件选择
显示器件为共阴极LED数码显示器，限流电阻选择1k、1\8W的金属膜色环电阻；BCD-七段锁存译码驱动器4511，104去耦电容。
电源电路：
电解电容，二极管，电阻，发光二极管
2.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刻间隔操纵频率信号。
（3）元件选择
14级振荡、计数、分频器4060，石英晶体振荡器为32768HZ，集成芯片双D触发器7474，电容30pF，电阻20M，104滤波电容。
3.计时电路
（1）原理图
（2）工作原理
由秒计数器、分计数器、小时计数器构成，它从秒计数器输入端接收秒基准信号和校秒、校分、校小时信号，以8421BCD码的形式向显示器电路提供信号〔显示电路用BCD译码器4511进行译码〕，并为报时电路提供时刻信号。
（3）元件选择
双BCD码计数器4518，TTL二输入端四〝与〞门7408，104滤波电容
4.校时电路
（1）原理图
（2）工作原理
由校时按钮和频率信号选择电路及其操纵信号产生电路等组成，它接收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）元件选择
数据选择器74151，优先编码器74147，4位微动开关，A103G,4P集成电阻，104滤波电容。
5.报时电路
（1）原理图
（2）工作原理
由整点报时时刻操纵电路、报时音频电路、音频输出电路等组成，它是从计时电路猎取时刻信息，从信号电路猎取音频信号、报时音时刻间隔操纵频率信号，生成报时音频，经驱动后从发声元件输出。
（3）元件选择
TTL二输入端四〝与非〞门7400，TTL四输入端双〝与非〞门7420，TTL八输入端〝与非〞门7430，HC-12085-42R型无源蜂鸣器，滤波电容104，1/8W、1K金属膜电阻，续流二极管IN4118，三极管9013
四、安装、调试方法设计
1.显示电路安装与调试
右上角部分为电源接入电路，其他部分为显示线路
（1）显示电路安装
按照限流电阻、管座、去耦电容、连线、插集成块顺序安装与焊接，集成块缺口向左。
（2）电源接入电路安装
按电阻、二极管、插座、发光二极管、电解电容的顺序进行安装与焊接。
（3）显示电路调试
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；
电源接入电路：
拔出所有集成块，将电源插头线正极接直流电源的+5V，负极接地，打开直流电源看电源指示灯是否亮，用万用表测量输出电压是否超过4V；
显示电路：
不用直流电源，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〔限流电阻的一端〕触碰，看LED数码显示器是否与对应的笔画依次点亮，然后将红表笔与4511的一端〔限流电阻的一端〕碰触，看LED数码显示器是否对应的笔画依次点亮，假如亮，限流电阻与LED显示器无故障，
在4511输入端D、C、B、A分别接入0000、0001、……、1001时，假如LED能显示0-9，且当4511四个输入端分别接入1010、1011、……、1111时LED数码显示器无显示，那么4511无故障。
2.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。
3．计时电路安装与调试
（1）计时电路安装
原先的计时电路安装了三个4518、一个7408和四个电容，
方法一：
将三个4518改成6个74161，一个7408改成一个7400；74161与4518不同，它不是BCD码计数器而是二进制计数器。
方法二：
用三个4520代替三个4518，因为4520与4518的引脚图和真值表完全相同，所不同的仅仅是计数的数制不同，4520为二进制计数器
（2）由74161与7400所构成的计时电路〔一部分〕
（3）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，假如秒显示器显示数据在0~59之间循环计数，那么秒计数器正常；
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，假如秒计数器能正常向分计数器进位，那么为正常；
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，假如分计数器能正常向小时计数器进位，为正常。
4.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。
5.报时电路安装与调试
〔1〕报时电路安装
安装7430、7420、7400、电阻、二极管、三极管、蜂鸣器各一个，电容四个；注意二极管、三极管、蜂鸣器的极性。
〔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、调试中显现的要紧问题及解决方法
问题1：
在信号电路中，集成块7474的5号脚无信号输出；
解决方法：
用万用表检测集成块7474的3号脚与集成块4060的3号脚是否导通，发觉两集成块之间的连线是导通的，然后用万用表检测7474的2号脚与6号脚是否导通，发觉也是导通的，再检测7474的管脚时候有短路现象，发觉7474的2号脚不仅与6号脚导通也与7号脚导通，缘故是焊导线时，锡粘到了7号焊盘上，除去余外的焊锡。
问题2：
在计时电路中，进行60进制检测时，分计数器显示超过60；24进制检测时，小时计数器从0-4显示；
解决方法：
先用万用表检测集成块电源线与地线是否接了，然后在检测连接的导线是否导通的同时检查有无少接或多接导线，发觉分计数器的45185号脚与7408的5号脚之间的连线不通，可能是焊盘上锡中的松香没有完全融解，重新焊接下，导线导通；发觉小时计数器4518的4号脚与7408的1号脚没有连接导线，重新连接导线。
问题3：
在校时电路中，从74151的5号脚引出一个信号给秒计数器的10号脚，LED显示器无反应;
解决方法：
拔出74151，用导线从信号电路7474的5号脚引出一个信号给秒计数器10号脚，发觉LED显示器正常运行，确定74151出错，插上74151，用万用表检测，发觉电源线没有接，重新连接电源线。
问题4：
在报时电路中，报时声音是〝8高2低〞
解决方法：
因为显现2个低音，因此先找到7400的1〔S3〕号和2（S0）号引脚,用万用表检测，发觉两根导线都接到了秒计数器的11号线上了，重新将7400的1号线接到秒计数器的14号脚上。
六、图纸
1.原理图
2.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
要紧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
调剂频率
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，直截了当将电能转变为光能
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
使振荡电路获得专门高的频率稳固度
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
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。
仪器：
直流电源，数字万用表，示波器。
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