數(shù)字電路電子鐘設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

數(shù)字電路電子鐘實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)字電路電子鐘設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告目 錄1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)題目描述和要求3設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容3.1實(shí)驗(yàn)名稱3.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.3實(shí)驗(yàn)器材及主要器件3.4數(shù)字電子鐘基本原理3.5數(shù)字電子鐘制作與調(diào)試3.6數(shù)字電子鐘電路圖3.7數(shù)字電子鐘的組裝與調(diào)試4實(shí)驗(yàn)結(jié)論5實(shí)驗(yàn)心得1實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆战M合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路及數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、測試方法；進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識，提高運(yùn)用所學(xué)知識分析和解決實(shí)際問題的能力；提高電路布局布線及檢查和排除故障的能力；培養(yǎng)書寫綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。2實(shí)驗(yàn)題目描述和要求（1）數(shù)字電子鐘基本功能數(shù)字電子鐘是一個(gè)大眾化產(chǎn)品，一般來講應(yīng)具有以下基本功能。 能進(jìn)行小時(shí)、分、秒顯示。 能進(jìn)行小時(shí)、分、秒設(shè)置。 能實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)。 能通過設(shè)置，實(shí)現(xiàn)任意時(shí)間報(bào)時(shí)。（2）數(shù)字電子鐘基本性能一個(gè)實(shí)用的數(shù)字電子鐘應(yīng)滿足三個(gè)“度”：精度、亮度和響度。 精度是指顯示的時(shí)間必須準(zhǔn)確。 亮度是指顯示的時(shí)間必須讓人看得清楚。 響度是指報(bào)時(shí)的聲音必須清脆有力。（3）數(shù)字電子鐘用于教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的因素從教學(xué)角度來看，數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)。 數(shù)字電路可由多種不同方案實(shí)現(xiàn)，在方案比較時(shí)應(yīng)著重考慮所選用的方案在設(shè)計(jì)時(shí)能否把數(shù)字電路包含的主要知識全部囊括進(jìn)去。 應(yīng)把數(shù)字電子鐘分解成若干個(gè)模塊，并在印制電路板設(shè)計(jì)時(shí)把各模塊固定在不同的區(qū)域。 應(yīng)確保大多數(shù)學(xué)生能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成制作與調(diào)試。 數(shù)字電子鐘印制電路板（PCB）設(shè)計(jì)時(shí)除留下足夠的訓(xùn)練內(nèi)容讓學(xué)生完成外，應(yīng)設(shè)計(jì)一標(biāo)準(zhǔn)印制電路板設(shè)計(jì)示范區(qū)。（4）本教材設(shè)計(jì)的數(shù)字電子鐘總體方案根據(jù)以上分析，本教材把數(shù)字電子鐘分解為信號電路、顯示電路、計(jì)時(shí)電路 、校時(shí)電路和報(bào)時(shí)電路五個(gè)功能相對獨(dú)立的模塊（如圖8-1所示），采用如圖8-2所示的設(shè)計(jì)方案，并按要求實(shí)施時(shí)參照一下規(guī)定進(jìn)行。 各模塊的制作、調(diào)試按顯示電路、信號電路、計(jì)時(shí)電路 、校時(shí)電路和報(bào)時(shí)電路的順序進(jìn)行。 計(jì)時(shí)電路中的小時(shí)計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制或12進(jìn)制。 校時(shí)電路設(shè)計(jì)為校時(shí)信號統(tǒng)一從計(jì)時(shí)電路的秒輸入端輸入，這樣可確保相對獨(dú)立?；舅悸肥牵盒r(shí)時(shí)首先終止正常的計(jì)時(shí)，然后將頻率較高的方波信號加到秒計(jì)數(shù)器輸入端，校時(shí)結(jié)束后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)。 為了確保數(shù)字電子鐘走時(shí)準(zhǔn)確，信號電路應(yīng)用石英晶體振蕩器產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率。 整點(diǎn)報(bào)時(shí)設(shè)計(jì)為每到整點(diǎn)時(shí)發(fā)出相同的警報(bào)聲（九高一低，每秒響一下，整點(diǎn)結(jié)束），這樣電路相對簡單。3設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容3.1實(shí)驗(yàn)名稱數(shù)字電子鐘3.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諗?shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法；熟悉集成電路的使用方法。3.3實(shí)驗(yàn)器材及主要器材4數(shù)字電路電子鐘實(shí)驗(yàn)報(bào)告（1）4518（ 2片）（2）4511（6片）（3）74LS2O（2片）（4）LED數(shù)碼顯示器（6片）（5）電阻、電容、導(dǎo)線等（若干）（6）與非門7個(gè)、與門9個(gè)、同或門16個(gè)、同或門16個(gè)3.4數(shù)字電子鐘基本原理數(shù)字電子鐘的邏輯框圖如圖3-4所示。它由555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路、分頻器、計(jì)數(shù)器、顯示器和校時(shí)電路組成。555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)結(jié)果通過“時(shí)”、“分”、“秒”譯碼器顯示時(shí)間。3.5數(shù)字電子鐘制作與調(diào)試（1顯示電路的制作與調(diào)試顯示電路的輸入信號來自于計(jì)時(shí)電路小時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器，沒有信號輸出，電路的輸出就是顯示的時(shí)、分、秒。顯然，顯示電路的任務(wù)就是把計(jì)時(shí)電路輸出的時(shí)、分、秒信號用合適的顯示方式顯示出來。（2信號電路的制作與調(diào)試 信號電路的任務(wù)有三：一是為了計(jì)時(shí)電路提供秒基準(zhǔn)信號；二是為校時(shí)電路提供校時(shí)頻率信號；三是為報(bào)時(shí)電路提供報(bào)時(shí)所需的高、低音音頻信號及報(bào)時(shí)時(shí)間間隔控制頻率信號。因此，信號電路的設(shè)計(jì)首先應(yīng)確定信號電路都需要提供哪些頻率的信號。為了輸出1Hz、2Hz、60Hz、3600Hz和兩個(gè)在2020000Hz之間的高、低音音頻信號，信號電路必須具有振蕩電路和分頻電路兩個(gè)功能。石英晶體振蕩器的選擇晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768z的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。 信號電路設(shè)計(jì)原理圖（3計(jì)時(shí)電路的制作與調(diào)試信號電路的主要任務(wù)是完成小時(shí)、分、秒三個(gè)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)，并把這三個(gè)計(jì)數(shù)器串聯(lián)起來構(gòu)成完整的計(jì)時(shí)電路。 小時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)因?yàn)榉?、秒?jì)數(shù)器均為六十進(jìn)制，小時(shí)計(jì)數(shù)器可為二十四進(jìn)制或十二進(jìn)制，因此，小時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)就變成了六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)。 計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)按照時(shí)間60秒為一分、60分為一小時(shí)的計(jì)數(shù)規(guī)則可知：秒計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號應(yīng)為信號電路產(chǎn)生的1Hz的標(biāo)準(zhǔn)信號。2020年1月24日星期五分計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號應(yīng)由秒計(jì)數(shù)器產(chǎn)生，當(dāng)秒計(jì)數(shù)器溢出的同時(shí)應(yīng)分計(jì)數(shù)器提供一個(gè)脈沖信號。小時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號應(yīng)由分計(jì)數(shù)器產(chǎn)生，當(dāng)分?jǐn)?shù)器溢出的同時(shí)應(yīng)小時(shí)計(jì)數(shù)器提供一個(gè)脈沖信號。根據(jù)以上分析可得如圖11-13所示的計(jì)時(shí)電路原理圖（4校時(shí)電路的制作與設(shè)計(jì)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對時(shí)間進(jìn)行校正。通常，校正時(shí)間的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號與校正信號可以隨時(shí)切換的電路接入其中。圖3-7所示即為帶有基本RS觸發(fā)器的校時(shí)電路。 方式一校小時(shí)、校分、校秒共用一個(gè)電路校時(shí)電路一 校時(shí)電路二 校時(shí)電路三 方式二校小時(shí)、校分、校秒各用一個(gè)電路校時(shí)電路四 校時(shí)電路五校時(shí)電路六 （5報(bào)時(shí)電路的制作與調(diào)試數(shù)字鐘整點(diǎn)報(bào)時(shí)是最基本的功能之一，即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會自動報(bào)時(shí)，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，較復(fù)雜的也可以是實(shí)時(shí)語音提示。根據(jù)要求，電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號。報(bào)時(shí)電路選74HC30，選蜂鳴器為電聲器件。實(shí)驗(yàn)要求的是在離整點(diǎn)差10秒時(shí)，每隔一秒鳴叫一次，每次持續(xù)時(shí)間為一秒，共響5次，前4次為低音500Hz，最后一聲為高音1000Hz。報(bào)時(shí)電路如圖13-13所示。3.7數(shù)字電子鐘的組裝與調(diào)試由圖中所示的數(shù)字中系統(tǒng)組成框圖按照信號的流向分級安裝，逐級級聯(lián)。這里的每一級是指組成數(shù)字中的各個(gè)功能電路。級聯(lián)時(shí)如果出現(xiàn)時(shí)序配合不同步，或劍鋒脈沖干擾，引起的邏輯混亂，可以增加多級邏輯門來延時(shí)。如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端Vcc濾波電容。通常用幾十微法的大電容與0.01F的小電容相并聯(lián)。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過運(yùn)用數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的24小時(shí)制的數(shù)字電子時(shí)鐘，經(jīng)過試驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)了一下基本功能：（1） 能準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間。（2） 能實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能，并分別在51秒、53秒、55秒、57秒、 59 秒實(shí)現(xiàn)了“四短一長”的報(bào)時(shí)效果。（3） 能定時(shí)控制，且能驚醒校正時(shí)間（通過開關(guān)調(diào)時(shí)、分）。5 .實(shí)驗(yàn)心得通過這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計(jì)，我們才把學(xué)到的東西與實(shí)踐相結(jié)合。從中對我們學(xué)的知識有了更進(jìn)一步的理解，而且更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程