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 2
1.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、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0~59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4~5V，合上时，输出0 V；
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
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
具有两个功能完全相同、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。