电子技术综合设计报告数字钟设计

1 电子技术综合设计报告数字钟设计 目 录 1 数字钟的基本组成及工作原理 . 1 字钟的构成 . 1 字钟的工作原理 . 1 2 数字钟的设计与制作 . 3 统方案选择与论证 . 3 计步骤与方法 . 3 冲电路产生 . 3 . 5 . 8 .字钟仿真 . 12 附录 4） . 12 附录 6） . 12 图（见附录 2） . 12 3 数字钟的扩展功能 . 13 点报时 . 13 2 归 1 . 14 4 数字钟的焊接及注意事项 . 16 接元件清单（见附录 3） . 16 际焊接的印刷电路板元件分布图（见附录 5） . 16 接注意事项 . 16 5 系统软、硬件调试 . 18 统软件调试过程中遇到的问题以及排查经过 . 18 统硬件调试过程中遇到的问题以及排查经过 . 18 6 总结及体会 . 19 7 参考文献 . 20 附录 . 21 附录 1： . 21 附录 2： . 22 附录 3： . 23 附录 4： . 24 附录 5： . 25 附录 6： . 26 2 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 1 第 1 页 1 数字钟的基本组成及工作原理 字钟的构成 数字钟实际上是一个对标准频率（ 1行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与 标准时间（如北京时间）一致，因而 需要在电路上加一个校时电路，同时标准的 1通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。此外， 加入了一定的扩展功能，实现了定时报时。图 1结构框图。 图 1图 字钟的工作原理 一个具有计时 、显示灯基本功能的数字钟主要由振荡器、计数器、译码器、显示器等四部分组成。多谐振荡器产生的信号输入到秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，技术结果通过“时”、“分”、“秒”译码器译码 ， 并通过显示器显示时间。 数字钟原理图如图 1 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 2 第 2 页 图 1（ 1） 秒脉冲信号发生器 利用 成了 f=1生。 （ 2） 时间计数器电路 时间计数电路由秒个位和秒十位计数器，分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成。其中秒个位和秒十位计数器，分个位和分十位计数器为 60 进制计数器，时个位和时十位计数器为 24 进制计数器。结合 （ 3） 译码 驱动及 显示 单元 计数器实现了对时间的累计以 8421显示出来，需用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，一般这种译码器通常称为 7段译码器显示驱动器。常用的 7段译码显示驱动器有 （ 4） 校时电源电路 当 重新接通电源或时钟出现误差时都需要对时间进行校正。通常，校正时间的 方法是：首先截断正常的计数电路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。 （ 5） 定点报时电路 一般时钟都具备着定点报时的电路功能，即当时钟走到所设定的时间时，会自动报时。 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 3 第 3 页 2 数字钟的设计与制作 统方案选择与论证 （ 1） 脉冲电路选择与论证 方案一：采用 通过整形电路产生所需的秒脉冲信号； 方案二：使用计时 片 建多谐振荡器产生所需的 秒脉冲信号。 由于 不能精确产生所需秒脉冲，而 容器就可以搭建出所需电路，而且它的计时精确度高，温度稳定度佳，且价格便宜，所以我们采用方案二。 （ 2） 计数器电路选择与论证 方案一：采用 74步置位芯片； 方案二：采用 由于 双集成 数，使用它既节约成本又使线路简单，所以我采用 （ 3） 译码显示电路选择与论证 方案一：采用 74驱动器； 方案二：采用 驱动器。 由于 压范围宽等优点，所以采用方案二。 计步骤与方法 冲电路产生 （ 1） 555构成多谐振荡器（ f=1 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 4 第 4 页 图 255芯片 引脚图 表 2出端功能符号说明 （ 2） 555构成多谐振荡器 电路 电路图 多谐振荡器工作原理： 过 C 充电，在电容充电 之间， 出 1； 1、 充电，在电容充电 之间， 不变 ；当 时， 翻转为 0。 容 C 经 T 放电；电容通过 三极管 T 继续放电，在电容放电 之间， 持 0 不变；当 至 时，使得 ，截止电容， 此循环。 下图 2 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 5 第 5 页 图 2图 2 2 多谐振荡器电路 多振荡器电路中各参数计算 ： 电容充电时间 (2) C 电容放电时间 C 脉冲周期 T= ( C 频率 f=1/T= C 占空比 q=(2)/(（ 3） 波形记录 从 图 2中可以看出，多谐振荡器的特点是：不需外触发的自激振荡器；无稳定状态，均为暂稳态；矩形波中含有丰富的高次谐波，习惯称多谐振荡器。 图 2数器电路 用 0进制和 24进制 ，然后进行级联组成秒、分、时计数。 （ 1） 芯片介绍 （国外同类型号： 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 6 第 6 页 图 2图 2能表 （硬件芯片） 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 7 第 7 页 图 2数状态表 图 20 进制计数电路图及输出波形 （个位向十位的进位脉冲，需用 下降沿，接 。） 图 24 进制计数电路图及输出波形 （ 2） 功能介绍 步加法计数器，该器件由两个相同的同步 4级计数器组成。计数器为 有内部可交换 于在始终上升沿或下降沿加法计数。在单个单元运算中， 在 数清零。 计数器在脉动模式可级联，通过将 时后者的 （ 3） 用 0进制、 24进制计数单元电路 60进制计数电路 工作原理：根据 芯片功能，当 位向十位的进位脉冲，利用 当个位计数满 9后就使高片计 1从而完成计数。 要完成 60进制，只需十位计数到 0110，即 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 8 第 8 页 24进制计数电路工作原理： 24进制计数电路工作原理与 60 进制计数电路工作原理基本思想相同，都是利用 N 端为下降沿加法计数。个位向十位的进位脉冲，利用 当个位计数满 1001完成计数。 不同之处在 于此电路是计数到 24。此时的清零工作分别要牵涉到十位和个位（ 0010 0100）利用个位的 1经过一个与门同时对两片成 24进制的计数。 码显示电路 用 （ 1） 芯片介绍 （国外同类型号： 图 2脚图 功能如下 ： （ 1） 检查七段显示器各字段是否能 正常发光。当 0 时，不论 段全部显示，以检查各字段的好坏。 （ 2） 消隐功能： 当 时，输出 a b 都为低电平，各字段熄灭。 （ 3） 数码显示： 当 ，译码器工作，当 3 2 1 0 端输入 8421码器对应的输出端输出高电平 1，数码显示相应的数字。 （ 4）锁存：在 “ 0”转换到“ 1”时 ， 输出显示由输入的 显示 输 入 输 出 I C B A a b c d e f g 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 2 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 3 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 4 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 9 第 9 页 图 2脚功能表 功能说明： 有的数码管的阴极作为公共端，并一起接地。 当给相应 管脚高电平是该段管被点亮，从而显示不同的数值。 下图为 图 2脚图 图 2脚功能 （ 1） 译码、显示电路框图及工作原理 5 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 6 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 7 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 8 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 9 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 消隐 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 消隐 0 1 0 0 0 0 0 0 0 锁存 1 1 1 锁存 灯测试 0 1 1 1 1 1 1 1 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 10 第 10 页 图 2码、显示电路 图 2码、显示单元电路工作原理及功能表 1）数码管内部已将 3端、 8端连接在一起，所以使用时， 3端 接地， 8端悬空 )。 2）限流电阻计算：数码管的工作电压为 册数据），工作电流为 I（手册数据），译码器输出的高电平 Uag，则限流电阻上的电压应该为 U 流电阻阻值： R（ Uag I 3）两片 别代表所记录数据的个位和十位。当从徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 11 第 11 页 4511的 A、 B、 C、 对十进制数进行显示时只需把输出端与相应数码管的输入端连接好，即可进行显示。 4） 24进制的数码显示与 60进制的数码显示在译码与显示电路方面所用的电 路是同一电路，而具体实现不同进制计数是通过 5）其中数码管的显示，加入了限流电阻。防止因电路中的电流过大而烧坏数码管，对其起到保护作用。 时电路 （ 1） 校时电路原理图及功能表 图 2时电路原理图及功能表 （ 2）工作原理： 当正常计时时，分十位和秒十位进位脉冲分别通过与非门进入电路进行正常的计时，校时脉冲被封锁。而当要校时时， 2开关闭合，这是相应的分十位或秒十位脉冲被封锁，校 时脉冲通过与非门进入电路完成校时功能。 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 12 第 12 页 字钟仿真 字钟电路原理图（见附录 4） 统整体仿真图（见附录 6） 图（见附录 2） 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 13 第 13 页 3 数字钟的扩展功能 点报时 （ 1） 闹时功能电路 图 3工作原理： 例如：上午 7点 59 分发出闹时信号，持续 1分钟 7时 59分对应数字钟的计时状态为 0111/0101/1001 时个位 分十位 分个位 闹时控 制信号 K=（ *（ *（ =1 （注： M=1(为上午的信号输出） （ 2）定点报时电路 下图为定点报时实物焊接电路图 图 3时报时实物焊接图 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 14 第 14 页 2 归 1 （ 1） 12归 1计数电路 ： （ 2） 实现 12归 1 的电路图 实现 12归 1的两种方案即为图 1和图 2。 图 1 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 15 第 15 页 图 2 （ 3）工作原理 图 1：由 Q 和 低三位做个位， D 触发器 2 的 Q 做十位，时钟脉冲经 频后给 。上电后全为 0。当个位 1010 时，经与门产生高电平对 输出端清零， Q 翻转为高电平，个位为 1，同时高电平信号经反向后对 位清零。实现 12归 1的计数。 图 2：因为 双计数器，可用 理同方案一。 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 16 第 16 页 4 数字钟的焊接及注意事项 接元件清单（见附录 3） 际焊接的印刷电路板元件分布图（见附录 5） 接注意事项 1 检查印刷线路板， 是否有断线、短路等。 2 第一步焊 极管（黑圈为负极）， 极管（白圈为负极），两个二极管要平行在一条 线上 。 3 第二步焊限流电阻，电阻 黄色为有效环需放在上方 ，同时摆放要整齐（为了保护发光数码管防止电流过大而损坏数码管需加，电源电压低可以取值小些，电源电压高可以取值大些）。 4 第三步焊集成电路座，座的缺口为标志，方向应该在左边。 正 负 正 负徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 17 第 17 页 5 电解电容长脚为正短脚为负，独石电容不分正负极。 6 发光二极管有正负极之分，长脚为正短脚为 负 ,不要接反。 7 安插集成芯片时要看清候型号，注意芯片缺口方向应该在左边，缺口对应的左下方为 1 管脚。 8 开关（ 整秒，开关（ 整分，开关 (整小时，开关 过调整使时钟的秒、分、时走时与标准时间同步。 9 芯片功能简介： 锁存器； 二进制 14 位计数分频器； 进制 12位计数分频器； 共阴数码管。 10 数字钟焊好通电检查，如果数码管不亮，需检查整个地 线是否通、 3号管脚是否接地。 11 显示不正常，需要用万用表检查每个芯片的工作电源，（红表笔放在14管脚、黑表笔放在 7管脚）。 12 扩展板与主板用排线相连，扩展板上的各连接线要求走水平或垂直且直角。 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 18 第 18 页 5 系统软、硬件调试 统软件调试过程中遇到的问题以及排查经过 在做 对电路进行消“ 1” ， 但由于可以有不同的做法，因而容易弄混。仿真时通常出现的错误是接错线，接错线后就不能得到结果。遇到这种问题后我们就只能一根一根去看，所以很多时候微小的错误会造成很多的麻烦。 统硬 件调试过程中遇到的问题以及排查经过 在进行整体电路连接之前，应对各部分的电路进行逐一安装和调试。 （ 1） 计数器的安装和调试 按电路连接，输出可接发光二极管。观察在 用下输出端发光二极管的状态变化情况，验证是否为 60进制计数器。 调试过程中应注意的几个问题： 1） 根据 功能表，当触发脉冲由 时 升触发；当触发脉冲由 输入时， 入端接低电平，此时 2） 异步复位端，高电平有效。当 高电平时，计数器复位，正常计数时，应使 。 （ 2） 译码显示电路 的安装和调试 按电路在实验板上连线，它是由十进制加法计数器 驱动器 观察在 要注意的是， 常工作时， （ 3） 校时电路的安装和调试 将 路输出接发光二极管。拨动开关，观察在 用下，输出端发光二极管的显示情况。通过调节 路的微调电位器来进行时钟频率调节，以至和北京时间一致即可。 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 19 第 19 页 6 总结及体会 通过对 数字钟的设计，我们对数字钟的设计各方面都 有明确的认识 和了解 ，知道如何实现它的基本功能和使用的各种器件的用途 ； 在设计数字钟时，我们主要去了解如何消 1和如何用 60进制和 24进制去计数实现分，秒，时的计数功能。 此外 我们 还要学会 使用 件， 件，能够掌握元件的 制作及调用 ，如何 封装，如何设置单面板，如何布线。 这些软件的熟练掌握 ，对我们以后的学习有很大的作用。 在 动手 实践过程中主要就是焊电路板，而焊电路板时最重要的就是注意焊点，防止出现虚焊、漏焊等现象。 因为有过一定的焊接经验，这项任务还是比较容易完成的。 通过本次的实际焊接，我又一次的训练了自 己的实际动手操作能力，并且最主要的是能够独立的检查电路错误，并且将其修好，掌握这种技能比焊接本身更有意义，无论以后做什么设计，必须要学会自己纠错。 电子综合设计这门课程，效仿了一款产品的开发过程，从电路的设计、改进、选材到开发电路板、制作电路板、焊接、检错等一系列流程。这培养的是我们的技能， 为以后做毕业设计，搞科研，以及参加工作打下了基础 。并且如果做这方面的工作的话，我们目前的知识技术水平差距还是相当的远，我们应该学会自我的学习与完善，自己去查询资料，自己去检查并改进设计。我们必须抓紧 时间，努力学习更多的专 业技能知识，并且要不断的学习 强大自我 ，这样才能顺应社会的发展， 在社会中找到一席立足之地。 徐海学院 11 届电子技术综合设计报告 20 第 20 页 7 参考文献 1 荀殿栋， 徐志军 数字电路设计实用手册 电子工业出版社，2003 2 谢自美 实验 武汉：华中科技大学， 2000 3 阎