暑期實習報告-簡易數字鐘

1、 電子實習報告 數字鐘姓名：嚴宏海學號：20101003032班級：075102-22指導老師：王巍、郝國成、張曉峰、聞兆海、王國洪、吳讓仲、李杏梅、王瑾中國地質大學（武漢）機械與電子信息學院通信工程專業(yè)2012年6月12日目 錄一、實驗內容及要求2二、軟件和硬件設計22.1基本功能電路設計32.2擴展電路設計6三、調試過程與結果 73.1調試過程 83.2調試結果 8四、實驗心得8五、附錄85.1元器件清單95.2基本功能電路圖10一、實驗內容及要求任務：1、設計一個有“時”，“分”，“秒”（23小時59分59秒）顯示且有校時功能的電子鐘；要求：1用555定時器設計一個秒鐘脈沖發(fā)生器，輸入1

2、HZ的時鐘；（對已有1kHz頻率時鐘脈沖進行分頻）；2能顯示時、分、秒，24小時制；3. 設計晶體震蕩電路來輸入時鐘脈沖；4.用同步十進制集成計數器74LS90,74LS92設計一個分秒鐘計數器,即六十進制計數器.；5.用同步十進制集成計數器74LS90設計一個24小時計數器,6.拓展部分：整點報時功能，要求當數字鐘的時、分和秒計數器計到7點59分51，53，55，57,59秒驅動音響電路，四高一低，最后一聲為高音結束，整點報時結束；整點鬧時功能，要求當數字鐘的分和秒計數器計到59分01開始鬧時，鬧時持續(xù)一分鐘，整點鬧時結束。主要性能要求：計時準確時間顯示正常（無閃爍），時為24進制，分秒為6

3、0進制，能正常進位和清零校準電路能按需靈敏地校準分和時二、軟件和硬件設計 數字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數的計數電路。由于計數的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。下圖所示為數字鐘的一般構成框圖。整點報時電路時顯示器分顯示器秒顯示器時譯碼器時計數器分譯碼器時譯碼器時計數器秒譯碼器分計數器秒計數器校時電路振蕩器分頻器 圖2-1數字計時器的組成框圖 21基本功能電路設計1、振蕩器 方案一：數字計時器電路的振蕩器有兩種，一種為石英晶體振蕩器，一種為555振蕩器。石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準確、電路結構簡

4、單、頻率易調整。本設計實驗用555定時器與RC構成的多諧振蕩器。如下圖。方案二:選用石英晶體構成振蕩器電路。石英晶體振蕩器的作用是產生時間標準信號。因此，一般采用石英晶體振蕩器經過分頻得到這一時間脈沖信號。圖 SEQ 圖 * ARABIC 3 石英晶體振蕩器圖方案三：由集成邏輯門與RC組成的時鐘源振蕩器。圖 SEQ 圖 * ARABIC 4 門電路組成的多諧振蕩器圖用555組成的脈沖產生電路: R1=15*103，R2=68*103，C=10F，則555所產生的脈沖的為:f=1.43/(R1+2*R2)*103*10*106=0.947Hz,而設計要求為1Hz,因此其誤差為5.3%,在精度要求

5、不是很高的時候可以使用。石英晶體振蕩電路:采用的32768晶體振蕩電路,其頻率為32768Hz,然后再經過15分頻電路可得到標準的1Hz的脈沖輸出.R的阻值,對于TTL門電路通常在0.72K之間;對于CMOS門則常在10100M之間。由門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期與時間常數RC有關，制作簡單，材料易得，本方案選擇方案一。2、分頻器: 分頻器功能主要有兩個，一是產生標準秒脈沖信號，一是提供功能擴展電路所需要的信號，選用三片74LS90進行級聯(lián)，因為每片為1/10分頻器，三片級聯(lián)好獲得1Hz標準秒脈沖。其電路圖如下：3、計時電路（該部分電路圖見附錄）秒、分計數器為60進制計數器。小時計數器為2

6、4進制計數器。實現這兩種模數的計數器采用中規(guī)模集成計數器74LS90,74LS92。因為秒個位是十進制，所以R0和R9接地，當計數器計數到9即QDQCQBQA=1001時，計數器自動清零，QD從高電平轉變?yōu)榈碗娖?，同時向秒十位輸送一個計數脈沖，使秒十位開始計數，由于秒十位是六進制，所以秒十位計數器A3=0，當QCQBQA=101時，秒十位計數器自動清零。當秒十位QC由高電平轉變?yōu)榈碗娖綍r，通過與非電路，向分個位計數器輸送一個進位脈沖，使分個位開始計數，分個位和分十位計數及進位原理同秒個位和秒十位相同。當分十位QC由高電平轉變?yōu)榈碗娖綍r，通過與非電路，向時個位計數器輸送一個進位脈沖，使時個位開始

7、計數，當時十位QBQA=10及時個位QCQBQA=100時，時計數器通過與非電路自動清零，實現二十四進制計數。4、校時電路（該部分電路圖見附錄）數字種啟動后,每當數字鐘顯示與實際時間不符進,需要根據標準時間進行校時。?！懊搿睍r，采用等待校時。?！胺帧薄ⅰ皶r”的原理比較簡單，采用加速校時。對校時電路的要求是 :在小時校正時不影響分和秒的正常計數 。在分校正時不影響秒和小時的正常計數 。如圖2.2所示，當閉合開關時，因為校正信號和0相與的輸出為0，而開關的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時電路處于正常計時狀態(tài)；當開關打向上時，情況正好與上述相反，這時校時電路處于校時狀態(tài)。與非門

8、可選74LS00，非門則可用與非門2個輸入端并接來代替節(jié)省芯片。因此實際使用時，須對開關的狀態(tài)進行消除抖動處理，圖2.2為加2個0.01uF的電容。4、譯碼器與顯示器譯碼是將給定的代碼進行翻譯。計數器采用的碼制不同，譯碼電路也不同74HC4511驅動器是與8421BCD編碼計數器配合用的七段譯碼驅動器。4511的輸入端和計數器對應的輸出端、4511的輸出端和七段顯示器的對應段相本系統(tǒng)用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數字，顯示器有兩種：共陽極或共陰極顯示器。4511譯碼器對應的顯示器是共陰極顯示器。三八顯示器真值表Q0Q1Q2Q3abcdefg顯示00010110000100101101001

9、2001111110013010001100114010110110115011000111116011111100007100011111118100111101195、數字鐘原理分析 = 1 * GB2 首先由555振蕩器產生1KHZ的振蕩信號，經過三級分頻器分頻，第一個分頻器輸出頻率為500HZ的振蕩信號，第二個分頻器輸出頻率為10HZ的振蕩信號，第三個分頻器輸出頻率為1HZ的振蕩信號，分別供以后的擴展電路使用。1HZ的信號作為輸入信號輸入到數字鐘.秒個位的計數器，同時也作為數字鐘校時脈沖信號。 = 2 * GB2 因為秒個位是十進制，所以R0 = 1 * GB2 和R9 = 1 * G

10、B2 接地，當計數器計數到9即QDQCQBQA=1001時，計數器自動清零，QD從高電平轉變?yōu)榈碗娖?，同時向秒十位輸送一個計數脈沖，使秒十位開始計數，由于秒十位是六進制，所以秒十位計數器A3=0，當QCQBQA=101時，秒十位計數器自動清零。當秒十位QC由高電平轉變?yōu)榈碗娖綍r，通過與非電路，向分個位計數器輸送一個進位脈沖，使分個位開始計數，分個位和分十位計數及進位原理同秒個位和秒十位相同。當分十位QC由高電平轉變?yōu)榈碗娖綍r，通過與非電路，向時個位計數器輸送一個進位脈沖，使時個位開始計數，當時十位QBQA=10及時個位QCQBQA=100時，時計數器通過與非電路自動清零，實現二十四進制計數。2

11、.2擴展電路鬧時原理圖： 原理分析：設置鬧時時間為7時59分。鬧時持續(xù)一分鐘至八點整。M代表上午的輸入信號，設置為高電平，時個位為7，所以當QCQBQA=111時，第一級四輸入與非門打開，當分十位為5即QCQA=11，分個位為9即QDQA=11時，第二級四輸入與非門打開。通過與非電路和1KHZ的振蕩信號，驅動音響電路工作，三極管起放大驅動電壓的作用。實現定點鬧時功能。整點報時部分原理圖：原理分析： = 1 * GB2 設置報時時間為整點報時，當秒計數器計數到51秒時，集成電路驅動音響電路，使之開始工作，每兩秒（51、53、55、57、59秒）報時一次，前四聲鳴低音，最后一聲鳴高音。 = 2 *

12、 GB2 當分十位為5且分個位為9，即QAM2=QCM2=1，QAM1=QDM1=1時，第一級四輸入與非門打開，同時當秒十位為5即QAS2= QCS2=1時，且秒個位QAS1為高電平時，第二級四輸入與非門打開，當秒個位QAS1為低電平時，第二級四輸入與非門閉合。 = 3 * GB2 當秒個位QDS1為低電平時，通過非門電路驅動500HZ的振蕩信號，在第一級和第二級四輸入與非門都打開的情況下，通過與非電路驅動音響電路鳴低音；當秒個位QDS1為高電平時，通過非門電路驅動1KHZ的振蕩信號，在第一級和第二級四輸入與非門都打開的情況下，通過與非電路驅動音響電路鳴高音，實現四低音一高音的整點報時功能。報

13、時電路真值表分計數器秒計數器音響電路驅動頻率鳴音類型5951500HZ低5953500HZ低5955500HZ低5957500HZ低59591KHZ高調試過程與結果3.1調試過程單元電路安裝好后，應該先認真進行通電前的檢查，通電后，檢查每片集成電路的工作電壓是否正常（TTL型集成電路電源電壓為50.25V），這是電路有效工作的基本保證。調試該單元電路直至正常工作。調試可分為靜態(tài)調試和動態(tài)調試兩種，一般組合電路應靜態(tài)調試，時序電路應動態(tài)調試。統(tǒng)調主電路的方法是將已調試好的若干單元電路連接起來，然后跟蹤信號流向，由輸入到輸出，由簡單到復雜，依次測試，直至正常工作。因此時控制電路尚未安裝，需人為地給

14、受控電路加以特定信號使其正常工作。調試控制電路分為兩步：第一步單獨調試控制電路本身，施加于控制電路的各個信號可以人為設定為某種狀態(tài)，直至正常工作。第二步將控制電路與系統(tǒng)主電路中各個功能部件聯(lián)接起來，進行電路統(tǒng)調。3.2調試結果完成了基本要求，整體效果很好，顯示清晰，計時準確無誤。能夠校正到任何自己想要的時間，但有時校正時跳動過快，可能跳兩個數。能夠獲得鬧時、整點報時的功能。遺憾的是最終還是沒有找到數字電路中增、減調整時間的方法。四、實驗心得首先用proteus把電路圖給設計出來，并進行了簡單的仿真。然后對電路圖逐步完善，加上了校時電路，鬧鐘部分，整點報時電路。焊接也很順利，焊完一個模塊，測試一個模塊，發(fā)現問題，立即查找原因，并解決，用了兩天時間把板子焊了出來，然后又調試了兩天，最終完整的驗收了，遇到的最大的一個問題是做完之后，把它收起來時碰到了背面的線，導致有兩根線交叉連在了一起，但最終經過一個上午的仔細檢查發(fā)現了這個問題，并及時解決了。實習中遇到的問題及心得：對于像數字鐘這樣連線比較多的板子，應提前根據電路圖大致思考好連線走勢，且最好不要用裸線，或裸線盡可能不與其他線交叉。在做的過程中，一直在探索一種調整時間時，既能進行加調整，也能進行減調整的方法，可是最終還是只能實現加調整。本數字鐘連線比較多，應輕拿輕