數(shù)字鐘設(shè)計實驗報告

湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院項目制作報告書項目名稱：新大屏幕數(shù)字鐘制作所屬課程：數(shù)字電子技術(shù)系別電氣工程專業(yè)班級電信S2009－2學(xué)生姓名易延烽學(xué)號16項目指導(dǎo)老師李佳老師電子郵箱571040889@聯(lián)系QQ571040889201新大屏幕數(shù)字鐘的制作一.設(shè)計目的a.熟悉集成電路的引腳安排.b.掌握各芯片的邏輯功能及使用方法.c.了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法.d.了解數(shù)字鐘的組成及工作原理.e.熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計與制作.二.設(shè)計要求1.a.時間以24小時為一個周期,顯示時,分,秒;b.有校時功能,可以分別對時及分進行單獨校時,使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間;c.為了保證計時的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信號.2..制作要求a.畫出電路原理圖(或仿真電路圖);b.元器件及參數(shù)選擇;c.電路仿真與調(diào)試;3.制作要求自行裝配和調(diào)試,并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題.4.編寫設(shè)計報告寫出設(shè)計與制作的全過程,附上有關(guān)資料和圖紙,有心得體會.三.設(shè)計原理及其框圖1.數(shù)字鐘的構(gòu)成數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率(1HZ)進行計數(shù)的計數(shù)電路.由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間(如北京時間)一致,故需要在電路上加一個校時電路,同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定.通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘.圖(1).3)計數(shù)原理時間計數(shù)單元有時計數(shù),分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個部分.時計數(shù)單元一般為12進制計數(shù)器計數(shù)器,其輸出為兩位8421BCD碼形式;分計數(shù)和秒計數(shù)單元為60進制計數(shù)器,其輸出也為8421BCD碼..如圖為1HZ脈沖電路,CD4060的32768HZ的振蕩源經(jīng)過14級分頻后在輸出端3腳上得到1/2S脈沖并沖入由CD4040構(gòu)成的二分頻器,分頻后在輸出端CD4040的9腳上得到秒基準(zhǔn)脈沖.秒計數(shù)器秒的個位計數(shù)單元為10進制計數(shù)器,當(dāng)QdQcQbQa變成1010時,通過與非門把它們的清零端變成0,計數(shù)器的輸出被置零,跳過1011到1111的狀態(tài),又從0000開始如此重復(fù).秒的十為計數(shù)單元為6進制,當(dāng)QdQcQbQa變成0101時,通過與非門把它的清零端變成0,計數(shù)器被置零,跳過0110到1111的狀態(tài),又從0000開始,同時要把秒十位上的0101時,要把進位信號傳輸給分的個位的計數(shù)單元.分計數(shù)器分的個位和十位計數(shù)單元的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和秒的一樣,只是它要把進位信號傳給時的個位計數(shù)單元.時計數(shù)器當(dāng)”時”十位的QdQcQbQa為0000或0001時,”時”的個位計數(shù)單元是十進制計數(shù)器,當(dāng)它的QdQcQbQa到1010時,通過與非門使得個位上的清零端為0,則計數(shù)器的輸出直接置零,從0000又開始.當(dāng)十位的QdQcQbQa為0010時,通過與非門給清零端置零,”時”的十位又重新從0000開始,此時的個位計數(shù)單元變成4進制,即當(dāng)個位計數(shù)單元的QdQcQbQa為0100時,就要又從0000開始計數(shù).這樣就實現(xiàn)了”時”的24進制的計數(shù).4)校時電源電路當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進行校正.通常,校正時間的方法是:首先截斷正常的計數(shù)通路,然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端,校正好后,再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可.根據(jù)要求,數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能,因此,應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路,并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中.即為帶有基本RS觸發(fā)器的校時電路,3.各芯片的引腳識別及功能1)CD4040引腳識別及功能CD4040是12位二進制串行計數(shù)器,所有的計數(shù)器為主從觸發(fā)器,計數(shù)器在時鐘下降沿進行計數(shù).CR為高電平時對計數(shù)器進行清零,由于在時鐘輸入端使用斯密特觸發(fā)器,對脈沖上升和下降時間無限制,所有輸入和輸出均經(jīng)過緩沖.(圖)CR為清零端,Q0~Q11為計數(shù)器脈沖輸出.(圖)2)CD4518引腳識別及功能CD4518(十進制同步加法計數(shù)器)它是二,十進制同步加法計數(shù)器,內(nèi)含兩個單元的計數(shù)器,其功能表如圖每個單元有兩個時鐘輸入端CLK和EN,可使時鐘脈沖的上升沿或下降沿觸發(fā).CD4518采用并行進位方式,只要輸入一個時鐘脈沖,計數(shù)單元Q1翻轉(zhuǎn)一次,當(dāng)Q1為一,Q4為0時,每輸入一個脈沖計數(shù)單元Q2翻轉(zhuǎn)一次;當(dāng)Q1等于Q2等于1時,每輸入一個時鐘脈沖Q3翻轉(zhuǎn)一次,同理每十個脈沖后,計數(shù)單元自動恢復(fù)到”0”態(tài).3)CD4543引腳識別及功能CD4543是一個用于驅(qū)動共陰極LED顯示器的BCD碼(七段碼譯碼器),特點:具有BCD轉(zhuǎn)換,消隱和鎖存控制,七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流.可直接驅(qū)動LED顯示器.如輸入十進制碼(BCD碼)名為D,C,B,A,腳分別為4,2,3,5.輸出段名a,b,c,d,e,f,g,段腳分別為9,10,11,12,13,15,14.其余腳名,VDD16腳,正電源.GND8腳,電源地.LE1腳,鎖存,不允許.PH6腳,相位熄滅.BI7腳,消隱.四.實驗中所需的器材5V電源.面包板1塊.示波器.萬用表.鑷子1把.剪刀1把.跳線22根IN40074個.IN41486個.LED(發(fā)光二極管紅光)130個CD4543集成塊6塊.(譯碼/驅(qū)動器)CD4060集成塊1塊.(計數(shù)分頻器)CD4518集成塊3塊.(同步加法計數(shù)器)CD4040集成塊1塊.(計數(shù)分頻器)1MΩ電阻3個.22KΩ1個.220KΩ3個.220Ω3個.(電阻1/4w+_5%)470Ω電阻42個(電阻1/4w+_5%)電解電容100U16V2個.瓷片電容1047個.32.768KHZ時鐘晶體1個.插針10個.五.元器件的焊接工藝:1.現(xiàn)焊接好電路板上較低的元件,如電阻,二極管,集成電路,跳線.2.其次焊接電路板上排布稍微高一些的元件,如LED,插針等.3.最后再將較高的元器件焊好.4.焊接后的成品.六.安裝調(diào)試步驟1.先觀察面包板和實驗箱的相關(guān)器件是否完善，儀器的好壞直接決定了實習(xí)的功敗垂成。然后再觀察它們的構(gòu)造，因為比較熟悉其構(gòu)造和功能，才能使以后的操作更加迅捷。2.檢測各個芯片及導(dǎo)線，只有好的芯片和導(dǎo)線才有可能實現(xiàn)其功能。如果是壞的芯片或?qū)Ь€，設(shè)計的再好的電路也不可能實現(xiàn)功能，所以不要小看這個步驟，這是最基本的一步。3.把各芯片安到面包板上，合理布局芯片。合理的布局會為以后的接線帶來很大的方便。4.現(xiàn)在就可以接線了。按照已經(jīng)設(shè)計好的電路圖接線，由于線路比較復(fù)雜，所以接線也要合理，美觀。這樣對以后的線路檢查也會帶來方便。5.檢測電路故障，找出電路故障所在并解決，而且不斷地調(diào)試電路，直到電路達(dá)到所要求的功能。6.如果時間還有允許，而且自己還有興趣，那么就可以再搞一些功能擴展。7.最后再驗收一下電路，檢查下功能是否完善。如果完善，那么電路就算完成了！七.故障分析與電路改進在接線過程中遇到不少的故障，主要有以下幾處:故障一：通電后導(dǎo)線發(fā)熱并冒煙分析：該故障比較嚴(yán)重要及時斷電防止燒壞芯片與元件，最有可能是出現(xiàn)短路，重點檢查接地是否良好，還有可能是所加電壓太大故障二：芯片不能正常工作分析：[1]芯片本身就是壞的；[2]未給芯片通電，接電源和接地處的導(dǎo)線出現(xiàn)斷路；[3]芯片未插好，在安裝芯片過程中將管腳折斷或扭曲；[4]接線錯誤，如將輸入端和輸出端接反故障三:數(shù)碼管燈不亮分析：[1]數(shù)碼管原本就是壞的；[2]通電情況不好，電源未接通，接地未接好；[3]接線錯誤，接線過程中出現(xiàn)短路、斷路故障四：數(shù)碼管能顯示但輸入脈沖后不能倒計時分析：[1]連接脈沖輸入的導(dǎo)線出現(xiàn)斷路；[2]脈沖未接在芯片74290的11號管腳；故障五：數(shù)碼管能正常工作但出現(xiàn)亂跳現(xiàn)象分析:[1]芯片74290輸出端Q0Q1Q2Q3未接好，導(dǎo)線接觸不良;[2]重點檢查芯片74290的4號、5號、8號、9號管腳的連線是否正確；[3]芯片74LS04的管腳是否連接正確故障六：不能正常進位分析：[1]沒給進位/借位信號；[3]連接在74290輸入端的連線接觸不良.電路改進：主要是將導(dǎo)線束理清楚，接電源線盡量統(tǒng)一用紅線，地線統(tǒng)一用黑線；在接顯示管的四個輸入端時導(dǎo)線依次用紅橙黃綠，以便排查故障時方便檢查；導(dǎo)線盡量不要交叉，盡量用短線；同類芯片在安裝時要接在電路板的同一行防止出錯。八.總結(jié)在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中,更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法.在連接六進制,十進制,六十進制的進位及十二進制的接法中,要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,那么在電路出錯時便能準(zhǔn)確地找出錯誤所在并及時糾正了.在設(shè)計電路的連接圖中出錯的主要原因都是接線和芯片的接觸不良以及接線的錯誤所引起的.設(shè)計過程中遇到的問題及其解決方法.在檢測面包板狀況的過程中,出現(xiàn)本該相通的地方卻未通的狀況,后經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)是由于萬用表筆尖未與面包板內(nèi)部垂直接觸所至.在檢測CD4543驅(qū)動電路的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示的狀況,經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)主要是由于接觸不良的問題,其中包括線的接觸不良和芯片的接觸不良,在實驗過程中,數(shù)碼管有幾段二極管時隱時現(xiàn),有時會消失.用5V電源對數(shù)碼管進行檢測,一端接地,另一端接觸每一段二極管,發(fā)現(xiàn)二極管能正常顯示的,再用萬用表歐姆檔檢測每一根線是否接觸良好,在檢測過程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時能接通,有時不能接通,把接觸不好的線重新接過后發(fā)現(xiàn)能正常顯示了.其次是由于芯片接觸不良的問題,用萬用表歐姆檔檢測有幾個引腳本該相通的地方卻未通,而檢測的導(dǎo)線狀況良好,其解決方法為把CD4543的芯片拔出,根據(jù)面包板孔的的狀況重新調(diào)整其引腳,使其正對于孔,再用力均勻地將芯片插入面包板中,此后發(fā)現(xiàn)能正常顯示,本次實驗中還發(fā)現(xiàn)一塊壞的LED數(shù)碼管和兩塊壞的CD4543,經(jīng)更換后均能正常顯示。在連接六進制的過程中,發(fā)現(xiàn)電路只能4,5的跳動,后經(jīng)發(fā)現(xiàn)是由于接到與非門的引腳接錯一根所至,經(jīng)糾正后能正常顯示.在連接校正電路的過程中,出現(xiàn)時和分都能正常校正時,但秒?yún)s受到影響,特別時一較分鐘的時候秒亂跳,而不校時的時候,秒從40跳到59,然后又跳回40,分和秒之間無進位,電路在時,分,秒進位過程中能正常顯示,故可排除芯片和連線的接觸不良的問題.經(jīng)檢