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
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:
一、概述
1.数字电子钟的主要功能
(1)能进展小时、分、秒显示。
(2)能进展小时、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。
一个根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、译码器与显示器、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〞显示数字进展校对调整的。
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展译码,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,以与产生4Hz、64Hz、512Hz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〞的状态经译码器进展译码,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秒进展蜂鸣报时,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、秒信号通过适宜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、低音音频信号与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进展译码〕,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与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
右上角局部为电源接入电路,其他局部为显示线路
(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、电解电容的顺序进展安装与焊接。
(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,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
通电前进展短路、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,由于万用表反响不够快,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一样,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〔一局部〕
(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参加1HZ或2HZ、4HZ信号,如果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,在秒输入端参加64HZ或128HZ、256HZ信号,如果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,在秒输入端参加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4~5V,合上时,输出0V;
测试74147:
插上74147,拔出74151,操作开关进展校时、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与解决方法
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,进展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显示器无反响;
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
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
具有两个功能完全一样、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
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
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
调节频率
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,直接将电能转变为光能
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
使振荡电路获得很高的频率稳定度
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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