数字电子钟制作与调试报告.doc

精品教育
数字电子钟制作与调试报告
一、概述
1、数字电子钟基本功能：
（1）能时行小时、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、 数字电子钟使用方法：
先将电路板送上电，然后拨动开关进行时间设置，将时间设置为当前的标准时间，当时间每走到59分50秒时，电子钟会开始进行报时，前9声为小的“嘟嘟”声，最后是一声长鸣。
二、总体方案设计
1、原理框图：

计时电路

显示电路
小时显示电路
小时计数器
分显示电路
分计数器
秒计数器
秒显示电路
整点报时时间控制电路电路
报时音频生成电路

音频输出电路

驱动电路

报时电路
分频电路

标准时间产生电路

信号电路
校时按钮

频率信号选择电路

选择信号产生电路

校时电路

2、工作原理：
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。主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”计数器的输出状态用七段显示译码器译码，通过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。
3、各功能模块简介：
（1）显示电路：显示电路主要由译码器、驱动器和数码显示器组成，实现计时电路输出的时、分、秒信号的的数字显示。
（2）信号电路：信号电路由振荡器和分频器组成，为计时电路、校时电路、报时电路提供需要的频率信号。
（3）计时电路：计时电路由秒计数器、分计数器和小时计数器组成，完成计时。
（4）校时电路：校时电路主要由按钮电路、信号选择电路组成，实现校小时、校分和校秒。
（5）报时电路：报时电路主要由报时音频合成电路、音频驱动电路和发声元件等组成，用于实现整点报时和按设定时间报时。
三、单元电路设计
1、显示电路：
（1）原理图
（2）工作原理
显示电路由六片4511构成六个8421BCD译码器，在4511的输入端输入8421BCD码就可以输出8421BCD码所表示的数字显示在LED数码显示器上所需要的控制信号，并且能提供保证LED数码显示器亮度所需的电流。
（3）元件选择
显示数字：LED数码显示器
集成块：4511
电容：104P
电阻：1K
2、信号电路：
（1）原理图

（2）工作原理
信号电路由一片4060和一片7474构成，用4060和外加电容、电阻及石英晶体振荡器构成振荡电路，当复位/清零端MR接为0时，电路将把石英晶体振荡器的谐振频率进行分频后从Q3～Q9、Q11～Q13引脚输出。
（3）元件选择
振荡器分频器：14级振荡器、计数器、分频器4060，双D触发器7474；
晶体振荡器：32768Hz,产生的频率信号有：1Hz、2Hz、4Hz、8Hz、32Hz、64Hz、128Hz、256Hz、512Hz、1024Hz、2048Hz；
电容：30P
电阻：20M
3、计时电路：
（1）原理图
（2）工作原理
计时电路由三片4518构成2个60进制计数器、1个24进制计数器，所有4518都采用上升沿触发方式。
选用4518的是原因4518是BCD码计数器，其计数输出信号符合显示电路BCD码输入的要求。
用上升沿触发是因为下降沿触发方式在用Q3作进位信号时会造成10位数在个位7+1时进行累加。
（3）元件选择
集成块；4518、7408
电容：104P
4、校时电路：
（1）原理图
（2）工作原理
校时电路由一片74147、一片74151、开关和集成电阻构成，在按钮和电阻构成的简单信号发生器和数据选择器之前加一个优先编码器74147。
①当没有按钮按下时，输入端4为0，比输入端4优先级高的输入端5～9均为1，因此Q3Q2Q1Q0=1011(0100的反码)，Y=X3=1Hz，计时电路正常计时。
②当按钮SH按下时，输入端7为0，比输入端7优先级高的输入端8～9均为1，因此Q3Q2Q1Q0=1000(0111的反码)，Y=X3=2048Hz，计时电路进入校时状态。
③当按钮SM按下时，输入端6为0，比输入端6优先级高的输入端7～9均为1，因此Q3Q2Q1Q0=1001(0110的反码)，Y=X3=64Hz，计时电路进入校分状态。
④当按钮SS按下时，输入端5为0，比输入端5优先级高的输入端6～9均为1，因此Q3Q2Q1Q0=1010(0101的反码)，Y=X3=2Hz，计时电路进入校秒状态。
（3）元件选择
集成块：74147、74151
开关：8脚微动开关
电阻：104P
电阻：集成电阻
5、报时电路：
（1）原理图
（2）工作原理
报时电路主要由7400、7420、7430构成，从59min50s开始报时，意味着从59min50s启动报时，获取59min50s这一时刻的方法，简单的说就是写出59和50两个十进制数的8421BCD码“0101，1001，0101，0000”，把其中为1的信号M6、M4、M3、M0、M6、S6、S4取出来想与，其输出就是所要的报时启动信号。报时启动信号同时也是报时低音启动信号。高音是在59min59s时发出，意味着在59min59s时启动高音信号，同时取消低音信号。获取59min59s这一时刻的方法同获取59min50s的方法。
（3）元件选择
集成块：7430、7420、7400
电阻：1K、0.1K
四、安装、调试方法设计
1、安装
安装元件时可根据元件布置图放置元件，安装电路时一个模块一个模块的完成，千万不要在一开始把所有的元件都焊上去，这样对以后的调试等工作都有影响。元件放置好后，按照原理图用导线将各元件连接起来，连接时尽量先接电源线和地线再拉信号线的原则。
2、调试
（1）显示电路调试
将万用表的黑表笔接地，红表笔分别依次与4511的输出引脚触碰，如果LDE数码显示器对应的笔画依次点亮，说明显示电路安装正确。
（2）信号电路调试
拔出信号电路的任一4511芯片，用一根稍长的导线，一端插入4511的QA～QG任一引脚，导线的另一端与4060的Q14引脚相连接，如果4511所控制的LED数码显示器有一笔画以1Hz的频率闪烁，说明信号电路安装正确。
（3）计时电路调试
分别调试小时、分、秒计数器。以秒计数器为例，用一根稍长的导线一端接7474的5脚（1Hz信号输入）一端接4518的10脚（个位计数器的时钟输入端），如果秒显示器显示数据在0～59之间循环计数，说明秒计数器正常。时、分计数器方法与此相同。
把秒进位与分计数器的计数器输入端相连，在秒输入端加入64Hz信号，如秒计数器能正常向分计数器进位，则为正常。
把分计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，如分计数器能正常向小时计数器进位，则为正常。
（4）校时电路调试
先插入集成块74147，拔出74151，操作开关分别发出正常计时、校时、校秒、校秒信号，用万用表测量74147的输出Q1Q0，Q1Q0应分别等于11、10、01、00。
插上74151，操作开关分别发出正常计时、校时、校秒、校秒信号，应能实现正常校时。用万用表测量74151的Q端，能测出正常计时和校秒信号（高低电平变化）。
（5）报时电路调试
拨动开关，将时间调至59min等待，当时间走到50s时，电路会进行报时，前九声为低鸣，最后一声为高音，说明安装正确。
跳出教学过程中的安装、调试方法，根据所学知识重新设计
五、制作、调试中出现的主要问题及解决办法
1、LED数码显示器有一个笔画不亮
经检查发现集成块的底座有一个引脚下虚焊，用电烙铁和焊锡丝将该引脚重新焊一次，解决此问题。
2、计数器不计数
一开始计数器不计数，经同学帮忙找出原因是电阻阻值不对，于是从老板子上拆了个电阻下来，把它换了上去，可是还是不计数，后来请教老师，老师说可能电阻阻值还是不对，于是又换了个电阻。确定电阻阻值正确后，计数器仍然不计数，怀疑晶振坏了，又从老板子上拆了个晶振换上，确定没有错误后再次检测还是不计数，老师又把所有连线检查了一遍，发现我将4060的一脚接地了，将这根地线拆除后测量，发现能正常计数解决了这个问题。
3、分计数器不能正常进位
经老师帮忙检查发现，分计数器的清零信号没有给小时计数器，用导线将分计数器的7脚与小时计数器的10脚相连。加电测试，发现可以正常进位，此问题解决。

六、图纸
1、原理图

2、元器件布置图

七、元器件汇总表
序号
元件名称
型号
数量
参数
功能
1
电阻

43
1K
限流
2
电阻

1
10K

3
电阻

1
20M

4
电阻

1
100K

5
集成电阻

1

6
电容

17
104P
去耦
7
电容

2
30P

8
电解电容

1
100uf

9
发光二极管

1

10
二极管

1

11
开关

1

12
蜂鸣器

1

13
数码显示器

6

14
集成块
4511
6

15
集成块
4518
3

16
集成块
7408
1

17
集成块
4060
1

18
集成块
7474
1

19
集成块
74147
1

20
集成块
74151
1

21
集成块
7400
1

22
集成块
7420
1

23
集成块
7430
1

24
晶体振荡器

1

25
三极管
VT1
1

相当于开关
八、使用工具、仪器、设备清单
序号
名称
序号
名称
1
电烙铁
8
螺丝刀
2
吸锡器
9
松香
3
热风枪
10
焊锡丝
4
十字锥
11
小刀
5
尖嘴钳
12
万用表
6
偏口钳
13
直流稳压电源
7
镊子
14
示波器

-可编辑-