数字钟实验报告

淮阴师范学院物理与电子电气工程学院实训报告学生姓名学号班级08级06班专业电子信息工程题目数字钟的设计与制作指导教师（姓名）（职称）2010年11月技能训练报告1一、设计指标1.显示时、分、秒。2.以24小时制为一周期。3.具有校时功能，可以对小时和分单独校时，对分校时的时候，停止分向小时进位。校时时钟源可以手动输入或借用电路中的时钟。4.为了保证计时准确、稳定，由晶体振荡器提供标准时间的基准信号二、设计方框图数字钟的构成数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。技能训练报告2三、元器件介绍1.74LS00与非(图2)图22.74LS00与门（图3）图374LS00管脚图3.74LS390（图4），十进制加数器图474LS390管脚图图574LS51管脚图输入输出ABY001011101110输入输出ABY000010100111技能训练报告34.74LS51（图5）5.CD4060（图6）6.74LS74(图7)7.74LS47(图8)，译码器图6CD4060管脚图图774LS74管脚图图874LS47管脚图三、设计原理1、各功能模块电路的设计（用Multisim仿真）（1）晶体振荡器电路晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。如图（b）所示，由ＣＭＯＳ非门Ｕ１与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器技能训练报告4电路，Ｕ２实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻Ｒ１为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容Ｃ１、Ｃ２与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个１８０度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。图（b）CMOS晶体振荡器U14060BP_5VO122O133RTC10O37MR12RS11O45O54O66O714O813O915O111CTC9C130pFC230pFR110MΩX1R145-32.768kHz0214060构成脉冲发生及分频电路仿真图(2)时间记数电路一般采用10进制计数器如74HC290、74HC390等来实现时间计数单元的计数功能。本次设计中选择74HC390。由其内部逻辑框图可知，其为双2-5-10异步计数器，并每一计数器均有一个异步清零端（高电平有效）。秒个位计数单元为１０进制计数器，无需进制转换，只需将ＱＡ与ＣＰＢ（下降沿有效）相连即可。ＣＰＡ（下降沿有效）与１ＨZ秒输入信号相连，ＱD可作为向上的进位信号与十位计数单元的ＣＰＡ相连。秒十位计数单元为６进制计数器，需要进制转换。将１０进制计数器转换为６进制计数器的电路连接方法如图２.４所示，其中ＱC可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的ＣＰＡ相连。技能训练报告5十进制-六进制转换电路分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，只不过分个位计数单元的ＱD作为向上的进位信号应与分十位计数单元的ＣＰＡ相连，分十位计数单元的ＱC作为向上的进位信号应与时个位计数单元的ＣＰＡ相连。时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计数单元应为24进制计数器，不是１０的整数倍，因此需将个位和十位计数单元合并为一个整体才能进行24进制转换。利用１片７４ＨＣ３９０实现24进制计数功能的电路如图（d）所示。（d）二十四进制电路另外，图（d）所示电路中，尚余－２进制计数单元，正好可作为分频器２ＨZ输出信号转化为１ＨZ信号之用。技能训练报告6VCC50VVCC50VU6ABCDEFGCAU7ABCDEFGCAR2100Ω1%R3100Ω1%U474LS47DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16VCC50VU1A74LS390D1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U1B74LS390D1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U574LS47DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U23C74LS08D74LS390构成60进制计数器仿真图技能训练报告7U16ABCDEFGCAU17ABCDEFGCAR6100Ω1%R7100Ω1%VCC50VVCC50VVCC50VVCC50VU1474LS47DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U1574LS47DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U8A74LS390D1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U8B74LS390D1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U18A74LS08D74LS390构成24进制计数器仿真图（3）校时电路数字钟应具有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。即为用COMS与或非门实现的时或分校时电路，In1端与低位的进位信号相连；In2端与校正信号相连，校正信号可直接取自分频器产生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信号；输出端则与分或时个位计时输入端相连。当开关打向上时，因为校正信号和0相与的输出为0，而开关的另一端接高电平，正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态；当开关打向下时，情况正好与上述相反，这时校时电路处于校时状态。实际使用时，因为电路开关存在抖动问题，所以一般会接一个RS触发器构成开关消抖动电路，所以整个较时电路就如图（f）。技能训练报告8（f）带有消抖电路的校正电路U19A74LS00DU19B74LS00DU19C74LS00DU19D74LS00DR81MΩ1%R91MΩ1%R101MΩ1%R111MΩ1%VCC50VJ1Key=AJ2Key=BU20A74LS51D81121391011U20B74LS51D62345U21A74LS00DU21B74LS00D校时电路仿真图2、整体电路图（用Multisim仿真）由1个二十四进制电路、2个六十进制电路组成，只要把一个双六十电路与二十四进制电路相连即可。详细电路见下图。整个数字钟由时间计数电路、晶体振荡电路、校正电路电路组成。其中以校正电路代替时间计数电路中的时、分、秒之间的进位，当校时电路处于正常输入信号时，时间计数电路正常计时，但当分校正时，其不会产生向时进位，而分与时的校位是分开的，而校正电路也是一个独立的电路。电路的信号输入由晶振电路产生，并输入各电路。技能训练报告9U2A74LS74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4VCC50VVCC50VU6ABCDEFGCAU7ABCDEFGCAR2100Ω1%R3100Ω1%U11ABCDEFGCAU12ABCDEFGCAR4100Ω1%R5100Ω1%U16ABCDEFGCAU17ABCDEFGCAR6100Ω1%R7100Ω1%U19A74LS00DU19B74LS00DU19C74LS00DU19D74LS00DR81MΩ1%R91MΩ1%R101MΩ1%R111MΩ1%VCC50VJ1Key=AJ2Key=BU20A74LS51D81121391011U20B74LS51D62345U21A74LS00DU21B74LS00DVCC50VU474LS47DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16VCC50VVCC50VVCC50VVCC50VVCC50VU974LS47DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U1474LS47DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U1574LS47DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16V12kHz5VVCC50VU1A74LS390D1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U1B74LS390D1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U3A74LS390D1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U3B74LS390D1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U8A74LS390D1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U8B74LS390D1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U1074LS47DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U574LS47DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U18A74LS08DU22B74LS08DU23C74LS08D四、电路安装与调试过程1.安装1）.按图连线，集成块引脚方向预先弯好对准面包板的金属孔，再小心插入。导线的剥线长度与面包板的厚度相适应。2）.导线的裸线部分不要露在板的上面，以防短路。导线要插入金属孔中央。3）.按照原理图接线时首先确保可靠的电源和接地。4）.注意芯片的控制引脚必须正确接好。2.调试1）.检查故障时除测试输入、输出信号外，要注意电源、接地和控制引脚。2）.要注意芯片引脚上的信号与面包板上插座上信号是否一致（集成块引脚与面包板常接触不良）。3）显示管不亮，检查各处接电源接地的地方是否有接。显示管显示不全，检查显示管和74LS47是否有坏，检查有无短接。4）有显示，不跳，检查秒脉冲发生器，检查74LS47，和4060是否有错，可直接加2KZ秒脉冲发生器加秒脉冲。5）检查是否进位技能训练报告10五、电路测试与使用说明1）为了便于测试，可将2Hz信号直接输入到各级计数器。2）.接校时电路时可接模拟信号输入（如1Hz和2Hz）测试输出信号的切换正确后，将秒进位和分进位信号接到校时电路，再接校时电路输出到分计数器和时计数器。从较时电路接入信号时，必须将原进位信号拔掉。六、训练总结这次实训总体来说，还比较顺利。虽然途中也遇到过一些困难，但是在几次的排查后问题都一一地得到解决。这也就告诉我们，遇到困难不要打退堂鼓。如果你不尝试去解决你所遇到的问题，那么你永远都不可能感受到那种成功后的喜悦和快乐。同时也让我对数字钟有了更深的认识，正所谓理论联系实际嘛，所以以后我们在学习书本知识的同时还要尽量运用到实际中去，这样我们所学的东西才能得到更好的发挥，意义才会更大！