数字电子钟制作与调试报告.docx

计算机学院（软件学院）数字电子钟制作与调试报告（2010 / 2011 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101姓 名： 邢 芳学 号： 1008143104成 绩：目录一、概述21.数字电子钟的主要功能2 2.数字电子钟的使用方法2 二、总体方案设计2 1.原理框图3 2.工作原理3 3.各功能模块简介4 三、各单元电路设计4 1.显示电路4 2.信号电路5 3.计时电路5 4.校时电路6 5.报时电路7 四、安装、调试方法设计7 1.显示电路安装与调试7 2.信号电路安装与调试8 3.计时电路安装与调试8 4.校时电路安装与调试9 5.报时电路安装与调试10 五、制作、调试中出现的主要问题及解决办法10 六、图纸10 1.原理图11 2.元器件布置图11 七、元器件汇总表12 八、使用工具、仪器、设备清单13 一、概述1. 数字电子钟的主要功能（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，实现任意时间报时。2. 数字电子钟的使用方法用微动开关调节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、512 Hz校秒、校分、校时信号。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）。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。 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、18W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间间隔控制频率信号。(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间信号。(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控制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 由整点报时时间控制电路、报时音频电路、音频输出电路等组成，它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，如果亮，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，如果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，则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 原来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，如果秒显示器显示数据在059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。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45V，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、调试中出现的主要问题及解决办法问题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，发现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，发现也是导通的，再检测7474的管脚时候有短路现象，发现7474的2号脚不仅与6号脚导通也与7号脚导通，原因是焊导线时，锡粘到了7号焊盘上，除去多余的焊锡。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，发现分计数器的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化，重新焊接下，导线导通；发现小时计数器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，发现LED显示器正常运行，确定74151出错，插上74151，用万用表检测，发现电源线没有接，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：因为出现2个低音，所以先找到7400的1（S3）号和2(S0)号引脚,用万用表检测，发现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2BCD七段锁存译码驱动器CD45116译码、信号锁存、信号驱动314级振荡计数分频器CD40601可振荡、计数、分频4双D触发器74HC741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CD45183计数、数据保持、数据清零和两种触发方式6二输入四与门74HC081内部集成四个二输入与门7数据选择器74HC1511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74HC1471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74HC001内部集成四个二输入与非门10四输入双与非门74HC201内部集成两个四输入与非门11八输入与非门74HC301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,4P1防止元器件由于电流过大而烧坏14蜂鸣器HC-12085-42R1发声15电解电容16V,100uf1充电和放电16电容1041717电容30P218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IN40011将交流电能转变为直流电能20三极管90131电流放大21电阻1K44防止元器件由于电流过大而烧坏22电阻20M123电阻100124石英晶体振荡器32768HZ1使振荡电路获得很高的频率稳定度25电源插头、插座2P1输入电流26双列直插式管座40P1.5插集成块27双列直插式管座16P1228双列直插式管座14P529单列直插式管座4P130数字电子钟PCB1八、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。