数字电子钟实习报告

1、烟台职业学院船舶工程系项目实训报告书课程名称数字电子技术项目名称多功能数字钟专业班级 2011船舶电气学生姓名李晨学生学号 2011117002指导教师李鹏 起止日期 2012年12月3日至2012年12月14日项目名称多功能数字钟设计与制作起止时间2012年12月3日至2012年12月14日实训地点电子技术实训室 3210成果形式电路图、电路板项目概述请应用所学习的数字电子技术知识,设计并制作一个多功能数字钟电路，要求：(1)数字钟能完成时、分、秒的准确计时并能清晰地显示。(2)数字钟具有整点报时功能和快速校时功能。在整点的前10秒开始四低(500HZ左右)一高(1KHZ左右)五声鸣笛，每次

2、鸣笛 1秒间隔1秒。(3)线路板不大于150X 270mm,线路排列规律清晰，元件布局合理，便于检 测维修。(4)实训报告内容完整，包括设计内容、原理表述、框图、原理图、线路板 的制作过程和电路调试内容、对设计的改进意见和可选方案、实训得失经验等。文 字简练流畅，书写作图规范。知识目标1 .学会整体电路设计的基本方法和步骤，能正确绘出功能框图；2 .集成计数器CD4518、CD4511等集成器件的使用方法和技术参数获取方法；3 .组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计与制作综合知识。4 .时钟脉冲电路的基本设计方法和实现。能力目标1 .能正确综合应用学习过的知识进行电路设计；2 .能合理选用电路元器

3、件并能理解其封装的含义；3 .能合理设计电路布局并止确制作出电路的能力。4 .能利用技术资料获得器件的使用信息并合理进行运用的能力。任务训练1 .多功能数字钟的功能分析与框图设计2 .时钟脉冲电路的认识与测试3 .数字钟电路的原理设计4 .数字钟电路的制作与调试基本要求(1)数字钟能完成时、分、秒的准确计时并能清晰地显示。(2)数字钟具有整点报时功能和快速校时功能。在整点的前10秒开始四低(500Hz左右)一高(1KHZ左右)五声鸣笛，每次鸣笛 1秒间隔1秒。(3)线路板不大于150 x 270mm,线路排列规律清晰，元件布局合理，便于检测维修。(4)实训报告内容完整，包括设计内容、原理表述、

4、框图、原理图、线路板的制作过程和电路调试内容、对设计的改进意见和可选方案、实训得失经验等。文字简练流畅，书写作图规范。参考资料1 .教材2 .网络下载集成器件的 PDF文档3 .自编材料：小型数字产品设计与制作综合评价主项目序号子项目权重评价分值(总分100)素质要求1纪律、出勤0.12工作态度、团队精神0.1基本知识 技能水平3基本知识0.14基本技能0.1项目能力5方案设计能力0.16项目完成情况0.27项目报告质量0.3教师评语成绩：教师： 日期：系部意见摘 要电子数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时 钟相比具有更高的准确性和直观性，因此得到了广泛的使用。电子数

5、字钟从原理 上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。 因此，此次 设计与制做电子数字钟就是可以了解电子数字钟的原理，学会制作电子数字钟。 通过电子数字钟的制作能进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路 的作用及实用方法，通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路 的原理与使用方法。这次电子数字钟的设计主要是利用 CD 4518的计数功能来实现电子钟时、 分、秒的跳变，整个设计主要分为六个模块：时模块、分模块、秒模块、分频模 块、校时校分模块、整点报时模块。时、分、秒模块分别用两块CD 4518实现,并且分别将它们设置为60进制，60进制，24进制。秒信号的产

6、生用石英晶体振 荡器加分频器来实现，将秒信号送入秒模块，每累计60秒发出一个分脉冲信号， 分模块每累计60分钟，发出一个时脉冲信号，时模块实现对24小时的累计，通 过六个七段LED显示器显示出来。整点报时电路根据计时系统的输出状态产生一 脉冲信号，然后加上一个高频或低频信号送到蜂鸣器实现报时。校时电路是直接加一个脉冲信号到时计数器或者分计数器或者秒计数器来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。22目录1 .设计目的62 .设计任务63 .数字电子钟的电路系统设计 63.1 设计原理7.3.2 方案确定7.3.2.1 设计方案7.3.2.2 设计方案的确定8.3.3 数字电子钟的电路设计

7、 8.3.3.1 时间计数电路的设计 8.3.3.2 整点报时电路的设计.103.3.3 校时电路的设计1.13.3.4 秒信号发生器的设计 .123.3.5 译码驱动显示电路 .133.3.6 数字电子钟的整体电路 144 .电路的装配过程164.1 电路模拟仿真调试1.64.2 电路焊接164.3 实物的实际调试1.64.3.1 总体的调试步骤1.64.3.2 蜂鸣器功能测试1.64.4 误差分析175 .课程设计的收获、体会和建议 176、附录19附录I1.9实物图19附录II2Q元器件清单一览表201 .设计目的数字电子钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械 钟相比具有

8、更高的准确性和直观性，且具有无机械传动装置等特点，因此得 到了广泛的使用。 数字电子钟从原理上看是一种典型的数字电路， 其中包括 了组合逻辑电路和时序电路。设计与制做数字电子钟可以使我们了解数字电 子钟的原理，并且学会制作数字电子钟.而且通过数字电子钟的制作进一步地 了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及使用方法.且由于数字电子钟包括组合逻辑电路和时序电路 .通过此次课程设计可以进一步学习与 掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法 .2 .设计任务设计制作一个数字电子钟指标：(1)时间计数电路采用24进制，从00开始到23后再回到00;(2)各用两个数码管显示时、分、秒；(3)

9、具有手动校时、校分功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到 标准时间；(4)计时过程具有报时功能，当时间到达整点前 10秒开始，蜂鸣器1秒响1 秒停地响5次其中前四次是低频(500H0蜂鸣最后一次是高频(1KHz蜂鸣； (5)为保证计时器的稳定性及准确性，由晶体振荡器提供时间基准信号。3 .数字电子钟的电路系统设计下面将介绍数字电子钟的整个电路系统设计的过程。 包括数字电子钟的设计 原理，设计方案的确定，数字电子钟的电路设计计算机仿真，电路的设计、焊接 与调试几大部分。3.1 设计原理数字电子钟是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。主要由振荡器、 分配器、计数器、译码器和显示器电

10、路功能模块组成。振荡器产生的时钟信号经 过分频器形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果通过 显示器以“时”、“分”、“秒”的顺序以数字形式显示出来。秒计数器电路计满 60后触发分计数器电路，分计数器电路计满60后触发时计数器电路，当计满24 小时后又开始下一轮的循环计数。可以通过校时电路对分和时进行校时， 且具有整点报时功能，当时间到达整点前 10秒开始，蜂鸣器将以1秒响1秒停的形式响5次。3.2 方案确定通过在互联网网和图书馆查找资料和对 数字电子的学习，讨论确定一个 既符合本设计要求又具有比较强的操作性的方案作为此次设计的对象。3.2.1 设计方案本电路系统由晶体振荡电

11、路，时间计数电路，校时电路，译码驱动电路组成。 其中，时间计数电路用3个4518组成。校时电路主要由74LS00组成RS触发器, 达到了自动校时的效果。电路原理方框示意图如下：CKCKAB C D E F GU4U6A B C D E F GU 5A B C D E F G图1设计方案的设计原理图3.2.2 设计方案的确定本学期所学的数字电子知识，给予我们一个实践的机会，因此最终选择 了用数字逻辑电路来实现这个设计方案。3.3 数字电子钟的电路设计下面将介绍设计电路。含时间计数电路的设计、整点报时电路的设计、校时 电路的设计、秒信号发生器的设计、译码驱动显示电路的设计几个部分。3.3.1 时间

12、计数电路的设计时间计数电路由60进制的秒计数器，60进制的分计数器和24进制的计数器组成图2 60进制电路当分的4518芯片的进位输入端的脉冲进位信号传到时的脉冲输入端时，时便 计数一次，并且其十位和个位的进位关系与分（秒）的十位和个位的进位关系一 样。24进制计数器如下图所示：vcc一壬。43 £彳 I-与M M叁图3 24进制电路3.3.2 整点报时电路的设计电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即是当时间在 59分50秒到59 分59秒期间时，报时电路报时控制信号。当时间在 59分50秒到59分59秒期 问时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为 5、9和5,因此可将分计数

13、器十位的做和Qa、个位的Q和Qa及秒计数器十位的 Q和Qa相与，从而产生 报时控制信号。数字钟要求在差10s为整点时开始产生每隔1s鸣叫一次的响声， 共鸣五次，每次持续时间为1s。其电路如下图所示。图4整点报时电路3.3.3 校时电路的设计数字电子钟开机时并不能立即显示当前时间，所以需要一个校时电路来调整 到所需要的时间。根据设计要求，采用自动实现对时和分的校时，为了使校时不 干扰计时，在校时电路中还加入了消抖电路，用于消除输入脉冲的不稳定性，确 保校时和计时的稳定与准确。其主要原理是：先截断正常的计数通路，然后再将 频率为2Hz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

14、常计时状态即可。根据要求，数字钟应具有自动分校正和时校正功能， 因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其 中。其电路图如下（图5）。图5校时电路3.3.4 秒信号发生器的设计振荡器是数字钟的核心，振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时 的准确度。由集成电路定时器 555与RC可组成多谐振荡器，其振荡频率只有 1KHz为了获取更高的计时精度，选用晶体振荡器构成振荡器电路。一般说来， 振荡器的频率越高，计时精度越高。本次设计选用的晶体振荡器，其频率为 32768Hz,再经过分频芯片CD4060其内部有15级2分频集成电路，所以可以 其中一

15、个输出端得到2Hz的信号脉冲。再经过二次分频，方可得到1Hz的标准信 号脉冲，即秒脉冲。其原理图和电路图分别入图 6和图7。图6秒信号原理图4060BCC ffm 1 王47$* 1 W3C1 ROPF+ C2太WPF图7晶体振荡电路3.3.5 译码驱动显示电路译码显示电路是将计数器输出的 8421 BCD码译成数码管显示所需要的高低电平。所以在译码电路和数码管的选择上一定要注意配套。 如我们采用阴极七段 数码管，则译码电路就应选接与它配套的共阴极七段数码驱动器。 译码显示电路可采用CD4511BCD-段译码驱动器，具芯片引脚如下图所示。其中 DA DB DC DD与十进制计数器的四个输出端相

16、连接，OA OB OC OD OE OR OG即为驱动七段数码显示器的信号。由CD4511把输进来的二进制信号翻译成十进制数字， 再由数码管显示出来。计数器实现了对时间的累计并以 8421BC则的形式输送到 CD451估片，再由4511芯片把BC则转变为十进制数码送到数码管中显示出来。 译码驱动显示电路如图8。A B C D E F G工工二N图8译码驱动显示电路3.3.6 数字电子钟的整体电路数字电子钟的整体电路原理图如下（图 9）。引线图见附录-I'LT>4 .电路的装配过程经过电路的模拟仿真调试后，进入实际组装配置过程。其中包括电路模拟仿 真调试、电路布线焊接和实物的实际调

17、试三个阶段。4.1 电路模拟仿真调试在焊接电路前，先将设计在电脑上用软件 Multisim做了仿真，仿真成功后才 开始电路的布线和焊接。4.2 电路焊接在焊接电路板的过程中，对于裸露在空气中的电线或者芯片引脚，由于受 氧化，表层附有一层很薄的氧化物，会导致其导电能力下降，因此须用砂纸擦去 氧化层。焊接电路时要注意导线的连接准确与否，以及焊接在一起的结点的良性。 实际焊接过程中，要保证焊笔不要碰到已经焊好的线，否则焊好的线很容易脱落。4.3 实物的实际调试4.3.1 总体的调试步骤(1)石英晶振的输出频率应为32768H4(2)将32768Hz信号送入分频电路，检测输出频率是否符合要求。(3)将

18、1Hz秒脉冲分别送入时、分、秒计数器，检查各组计数器的工作情况。(4)观察较时电路的功能是否满足要求。(5)当分频电路和计数器调试正常后，观察电子钟是否准确，正常工作。4.3.2 蜂鸣器功能测试使数字时钟从00: 59: 00开始计时。当计数显示为 00: 59: 50时，蜂鸣 器开始工作，发出一秒响一秒停的有规律声音。 具体是00: 59: 51响，00: 59: 52 停；00: 59: 53 响，00: 59: 54 停；00: 59: 55 响；00: 59: 56 停；00:59: 57 响；00: 59: 58 停；00: 59: 59 响（高频）。4.4误差分析经测试，系统在运行

19、时有一定的误差，其原因是晶体振荡的特点所决定的， 同时与芯片的内部结构有关，同时存在人为按键误差。5.课程设计的收获、体会和建议数电课程设计是一个很锻炼动手能力的一次实践性活动。要完成这一次设计任务，必须先做以下的准备：1 .复习本学期所学的数电知识，弄懂设计要求和实现该功能的芯片，将局部功 能的电路图设计出来，并按照课程设计的要求设计出原理图。2 .自学仿真软件Multisim ,将原理图在电脑上进行仿真。3 .焊接电路板。这一部分很重要，对我们对布线及焊接技术要求比较高。同时，运用了我们上学期电工工艺实习的知识。4 .电路的调试。这基本是最后一步了，调试还是比较有难度的，因为设计出 来的电路是理论上的，实际焊接会有什么问题我们不知道。 要根据测试出现的问 题一一找出问题根源，做出修改，直到完全符合设计要求。在这次课程设计中收获很多。首先，以前在做数电实验时只是按照实验指导 书上的步骤连接电路，并完成实验。但这一次是完全要求手动。从电路原理图的 设计到布线焊接再到实现功能，都要求理解并熟悉芯片的内部结构及功能。在调 试过程中要分析电路故障，一一排除，直到没问题。根据题目要求设计好电路后， 选择好芯片后，在Multisim上进行仿真直到成功