數字鐘實驗報告 課題名稱: 數字鐘的設計與制作 組員: 王慶 劉盛清 楊雋

　姚琦 邱健斌 姓名:

　班級: 電氣信息 I 類 類 112 班 實驗時間: 實驗地點: 指導老師:

　目錄

　一、實驗目的--------------------------------------------------------------------------------------------------------------3 二、實驗任務及要求-----------------------------------------------------------------------------------------------------3 三、實驗設計內容--------------------------------------------------------------------------------------------------------3 (一)、設計原理及思路---------------------------------------------------------------------------------------------3 (二)、數字鐘電路的設計 ----------------------------------------------------------------------------------------4

　(1)電路組成------------------------------------------------------------------------------------------------------4

　(2)方案分析------------------------------------------------------------------------------------------------------10 (3)元器件清單---------------------------------------------------------------------------------------------------11 四、電路制版與焊接------------------------------------------------------------------------------------------------------11 五、電路調試---------------------------------------------------------------------------------------------------------------12

　六、實驗總結及心得體會------------------------------------------------------------------------------------------------13 七、組員分工安排---------------------------------------------------------------------------------------------------------19 一、實驗目的 : 1.學習了解數碼管,譯碼器,及一些中規模器件的邏輯功能與使用方法。

　2.學習與掌握數字鐘的設計方法及工作原理。熟悉集成電路的引腳安排,掌

　握各芯片的邏輯功能及使用方法了解面包板結構及其接線方法。

　3.了解 PCB 板的制作流程及提高自己的動手能力。

　4.學習使用 protel 軟件進行電子電路的原理圖設計、印制電路板設計。

　5.初步學習手工焊接的方法以及電路的調試等。使學生在學完了《數字電路》課程的基本理論,基本知識后,能夠綜合運用所學理論知識、拓寬知識面,系統地進行電子電路的工程實踐訓練,學會檢查電路的故障與排除故障的一般方法 鍛煉動手能力,培養工程師的基本技能,提高分析問題與解決問題的能力。

　二、實驗任務及要求 1.設計一個二十四小時制的數字鐘,時、分、秒分別由二十四進制、六十進制、六十進制計數器來完成計時功能。

　2.能夠準確校時,可以分別對時、分進行單獨校時,使其到達標準時間。

　3.能夠準確計時,以數字形式顯示時、分,發光二極管顯示秒。

　4、根據經濟原則選擇元器件及參數; 5、、小組進行電路焊接、調試、測試電路性能,撰寫整理設計說明書。

　三、實驗設計內容 1 1 、設計原理及思路

　3.1 數字鐘的構成 數字鐘一般由振蕩器、分頻器、計數器、譯碼器、顯示器、較時電路、報時電路等部分組成,這些都就是數字電路中應用最廣的基本電路 3.2 原理分析

　 數字鐘實際上就是一個對標準頻率(1Hz)進行計數的計數電路。振蕩器產生的時鐘信號經過分頻器形成秒脈沖信號,秒脈沖信號輸入計數器進行計數,并把累計結果以“時”、“分”、“秒”的數字顯示出來。秒計數器電路計滿 60 后觸發

　分計數器電路,分計數器電路計滿60后觸發時計數器電路,當計滿24小時后又開始下一輪的循環計數。由于計數的起始時間不可能與標準時間(如北京時間)一致,故需要在電路上加一個校時電路可以對分與時進行校時。

　圖 1 基本框圖 從上圖可知,數字鐘由以上各部分電路組成。

　振蕩器產生的 1Hz 的脈沖作為數字鐘的標準秒脈沖。秒計數器計滿 60 后向分計數器個位進位,分計數器計滿 60 后向小時計數器個位進位并且小時計數器按照二十四進制計數。計數器的輸出經譯碼器送顯示器。校時電路可分別對時、分進行單獨校時,以達到標準時間。

　由框圖可知電路主要由振蕩電路、計數電路、顯示電路以及校時電路四大部分組成。下面將對各部分電路進行設計: 2 2 、數字鐘電路的設計

　數字鐘電路主要由振蕩電路、計數電路、顯示電路以及校時電路四大部分組成。下面將對各部分電路進行設計。

　 以下就是本實驗所設計的方案: 1 1 、電路組成: :

　(1) 振蕩電路

　 振蕩電路振蕩電路由 555 定時器與電阻,電容串并聯構成。圖示電路即可產生 1HZ 的標準秒脈沖,用于電路的計時的脈沖 電路原理圖如圖 11 所示: 時顯示器 分顯示器 秒顯示器 分計時器 時譯碼器 秒計時器 秒譯碼器 分譯碼器 時計時器 校時電路 電源地線 頻率發生

　 圖 11

　555 定時器的脈沖電路 在采用此方案之前,就是用 555 定時器產生 1KHZ 的脈沖信號,然后再用三個 160計數器依次分頻得到 1HZ 的計數脈沖,雖然用 555 加接電容與電阻會因沒有十分合適的電阻阻值而不就是十分的精確,但我們在實驗室里接成電路后發現沒有很大的區別。這樣子不僅少了些元器件更加的經濟,而且電路更簡單,在后面畫 PCB圖時會省去很大的的麻煩,后來在實驗的過程中也確實證明了這一點。

　(2) 計數電路

　 計數電路分別有二十四進制與六十進制的計數器電路組成,對標準脈沖進行計數,用 74ls160 實現計數,時分電路圖如圖 3、圖 4 所示: 時的計數電路實行二十四進制,當到達 24 小時時,進行清零后又開始新的計數來循環。計數電路通過輸入端進行與非后的輸出來實現。當秒的計數到達 59 時,再來一個脈沖時,上升沿觸發,進到分的個位,同時秒實行置數。當分的計數到達59,同時秒的計數到達 59,再來一個脈沖后,分將進位到時的個位,同時秒與分實現置數,當時計數到 23 時,秒、分計數到 59、59 時,再來一個脈沖將實現整體置數,顯示管顯示為 00 00 00。

　 圖 3

　二十四進制計數器 分秒的計時電路;

　通過輸入1HZ的脈沖到秒計數器,當第一片計數器到達9時,再下一個脈沖來時到達上升沿時進行進位,秒的十位開始計數,依次循環,當秒的十位到達 5、個 位到達 9 時,接著下一個脈沖來時,將進行秒到分的進位,分實行六十進制后,再進位到時

　 圖 4

　六十進制計數器 2 計數器工作原理: (3) 顯示電路

　 顯示器電路由七段顯示譯碼器與電阻構成,用于將時分秒以十進制數碼顯示出來。譯碼器就是編碼的逆過程,能夠將輸入的每個二進制代碼賦予的含義“翻譯”過來,給出相應的輸出信號,譯碼器的電路圖如圖 4 所示:本次實驗所用的為共陰數碼管。

　其電路如圖 5 所示,當給其中某些段落加有一定驅動電壓或電流時,這些段會發光,把輸入的二-十進制代碼轉換成十進制碼,顯示出相應的十進制數碼。

　 圖 5 譯碼顯示電路圖 對電路中的主要元件及功能介紹

　a、譯碼器 74LS48 譯碼器就是一個多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的工作就是把給定的代碼進行“翻譯”,變成相應的狀態,使輸出通道中相應的一路有信號輸出。譯碼器在數字系統中有廣泛的用途,不僅用于代碼的轉換、終端的數字顯示,還用于數字分配,存儲器尋址與組合控制信號等。譯碼器可以分為通用譯碼器與顯示譯碼器兩大類。在電路中用的譯碼器就是共陰極譯碼器 74LS48 用 74LS48 輸入的8421BCD 碼 ABCD 譯成七段輸出 a-g,再由七段數碼管顯示相應的數。管腳 LT、RBI、BI/RBO 都就是低電平就是起作用,作用分別為: LT 為燈測檢查,用 LT 可檢查七段顯示器個字段就是否能正常被點燃。

　BI 就是滅燈輸入,可以使顯示燈熄滅。

　RBI 就是滅零輸入,可以按照需要將顯示的零予以熄滅。BI/RBO 就是共用輸出端,RBO 稱為滅零輸出端,可以配合滅零輸出端 RBI,在多位十進制數表示時,把多余零位熄滅掉,以提高視圖的清晰度。

　b、顯示器 在此電路圖中所用的顯示器就是共陰極形式,陰極必須接地線。Dpy Blue-CC

　的管腳功能圖如圖 7 所示:

　 圖 7 數碼管 (4) 電源適配器電路

　本次試驗配備了一個電源適配器,用適配器直接接 220V 電源,另一端接數字鐘即可用,所以本試驗沒有電源適配器電路。

　 (5) 校時電路

　由于設置時所導致的時間誤差,通常使數字鐘上鎖顯示都就是時間與標準時間不一致,這時就需要用校時電路對時與分進行單獨校時,將時間調到標準時間。校時電路通過一個開關與外電路連接。外電路就是用一個琴鍵開關連接電源與地線,中間用了一個保護電阻。當開關打到校時電路時,電路就是低電平,每按一次琴鍵開關就產生一個高電平,即產生一個上升沿脈沖,令計數器加 1,從而達到校時功能。其電路如圖如下。

　圖 9 校時電路原理圖

　如上圖,開關 S2 接上端時正常計數,接下端就是進入校時電路。當琴鍵開關沒

　按下時,輸入 S2 的就是低電平,當琴鍵開關按下時,輸入 S2 的就是高電平,從而達到每按一下琴鍵開關即輸出一個脈沖的效果,達到校時的功能。

　結合上述的電路,可得出完整的電路:

　 整體電路的 PCB 圖

　2 2 、方案分析: :

　 該方案采用555定時器產生1Hz的脈沖信號作為信號輸入,時鐘計數部分用六片 74LS160 進行設計,分別實現時的二十四進制與分、秒的六十進制。校時電路部分采用兩個雙刀雙擲開關來控制,當開關打到琴鍵開關端時,計數器停止計數,電路進行校時,每按一次記一個數,直到校時完成,將開關打到進位脈沖端,計數器進行正常計數。顯示電路用六片共陰數碼管構成,分別用來顯示時、分、秒。設計該方案的脈沖部分就是通過了解當 555 定時器連接不同阻值的電阻與電容可以產生不通頻率的脈沖,在實驗時通過脈沖電路可以方便的得到所需的脈沖。在計數部分,由于已經學到了計數分頻的知識,理解懂得 74LS160 的工作原理,因此采用 74LS160 來實現計數,原理比較容易理解。該方案的顯示電路采用了六片共陰的數碼管以及搭配的六片 74LSO48 的譯碼器。在設計時也比較的簡單,要注意數碼管的接線問題,總體來說,該方案的可行性較高,只要在脈沖與計數那塊正確基本原理可以實現時鐘計時的功能。

　3 3 、元器件清單

　名稱 型號 數量 數碼管 14、2mm 共陰高亮 6 電阻 220 歐姆 42 各種電阻 4、7K 歐姆 2 各種電阻 47K 歐姆 2 集成塊 74LS160 9 集成塊 74LS48 6 集成塊 74LS00 2 集成塊 NE555 1 電容

　CC103 1 電容

　CC104 1 電解電容 10uF/25V 1 雙刀按鈕(自鎖)

　2 按鈕(琴鍵) 6x6 2 芯片插座 DIP16 12 芯片插座 DIP14 2 芯片插座 DIP8 1 圓孔插座 1*40p 2 單面覆銅板 15cmX20cm 1 熱轉印紙

　1 三氯化鐵

　1 砂紙

　360 目 1 焊錫

　 1

　松香

　 1 單股銅芯線 0、5mm 1 電烙鐵 35w 內熱 1 電烙鐵架

　1 斜口鉗、鑷子、螺絲刀

　1 合計

　 四、電路制板與焊接

　1 1 、制板

　根據原理圖通過自己手動布線生成了 PCB 圖。然后拿到實驗室去印制。領取給定的電路板并用皮刷刷干凈,晾干。將打印紙上有 Nacl 的一面鋪在電路板上在轉印機里面轉印,注意轉印過程中要用手指輕輕壓住電路板防止紙滑脫電路板,影響轉印效果,此過程要進行 6 到 7 遍,一般來說當您壓電路板的手指感到有點燙手了就差不多了。

　轉印完了之后用記號筆將電路板上不清楚的線補上,確定電路板上的線路沒有問題之后用三氯化鐵腐蝕,老師所給的三氯化鐵溶液就是已經配制好了的,只要加一些熱水就是其溶液莫過電路板就可以了。然后在用另一個盆子加些熱水放在裝有電路板的盆子下面加快腐蝕速度,并用手輕搖裝有電路板的盆子。

　腐蝕完了,在用水沖洗,用手洗去電路板表面未被沖凈的殘留物并用吸水紙擦干。

　接下來就就是將電路板放到打孔機上進行打孔。

　2 、 焊接 電路板打孔后,下一步就就是焊接器件了。焊接時,先焊接小的器件,例如電阻、電容,再者把管腳再焊上電路板,最后焊接開關、飛線。另外,要注意焊接時,錫不能粘一起,不小心粘一起的可用松香溶掉,重新焊接。焊完后,仔細檢查焊腳,確保沒有虛焊。

　五、電路調試 在本設計中,為了設計的順利進行,我們在實驗箱上進行了部分調試,因為電路太復雜,在實驗箱上不可能整體電路進行調試。其她電路在仿真軟件上進行了仿真后可以實現功能,調試完后就去打印、轉印 PCB 制版了進行焊接等操作了。

　 1. 計數電路部分

　在焊接完成后,對計數電路進行了調試,一開始發光二極管不亮,后來進過檢查

　發現了那個 IN4007 接反了,于就是調了一下正負極后,燈亮了,而且計數電路可以正常計數,每個部分都執行了相應的計數,進位也沒有問題。

　2. 校時電路部分 在整個電路的設計中,需要用到兩個校時電路,兩個校時電路的功能相同, 調試的結果就是:當開關斷開時,分計數電路,小時計數電路正常計數,當開關閉合時,校時電路進行校時。只就是有時松開按鍵時,較時數會有點誤變化,經過仔細分析,確定就是由于在松按鍵時產生了抖動,如果接上 R-S 觸發器就能夠消抖。

　此次由于沒有用 R-S 觸發器進行消抖,發現每次校時偏差抖好大,因此校時電路這部分只能算就是成功了一半。

　六、 實驗總結及心得體會

　這次數字鐘綜合設計實驗前前后后弄了差不多一個月,在初次聽說要做這個實驗時。我就是很高興的,因為這就是一個絕好的機會讓我們做到理論聯系實際。剛剛學過了數電這門課程,還沒完全弄懂某些元器件的原理與用途,這次實驗讓我們從實踐中加深了對所學知識的理解。

　我們立刻組好隊伍,選定隊長,明確了個人在實驗中的具體任務,做到責任到人,這樣就保證整個團隊的辦事效率,不會出現您推我推,沒人干事的局面。在初次設計原理圖時,就遇到了些困難,但就是問題不大,經過我們的相互討論,集思廣益后,很輕松的畫出了原理圖。為了保證正確,我們采納了老師的建議,到實驗室進行接線實驗,發現不就是很準確,就去問老師,減去了些不必要的線,對電路原理圖進行了修改,把 160 分頻換成了 555 直接產生 1HZ 的脈沖。

　接下來就進行原理圖的電子繪制了,用 protel 軟件畫原理圖就是一件陌生的事,在簡單的聽取老師講解之后,還就是不清楚,就在網上下載視頻學習,這就是一個比較漫長的過程。邊學邊用,不會了就去問同學與老師。由于有時間的限定,經常弄到晚上一兩點,但就是想到學習本來就就是一件艱苦的事,大家一起弄一個東西時有感覺很值得。那個時候真就是十分的投入。這時我才感覺這就是一件艱難的事,當初的興奮勁減了不少。

　問題最大的就是 PCB 的繪制,剛開始時我們把各個參數設定好,采用自動布線再把那些不能連的腳用飛線連接,就以為可以了。交給老師瞧才發現這樣子不行,這無疑就是一個巨大任務,手動連線,。畫了四五個圖,問了老師好多遍,每次

　總有些改進與收獲。在這個過程中,板子的大少又改了,又要重畫,那就是大多數時間都投入進去了。我們一直都認為飛線就是個最大的問題,所以采取從焊盤中間穿過。后來發現我們錯了,最重要的就是數字鐘能正常工作,好瞧不瞧好瞧就是次要的。這個過程花的時間最多用了好幾個禮拜。艱難但最后弄出來了, 最后就是印板子,鉆孔,焊原件。沒有印好,只有用筆瞄了,真心體會到難了。焊接時要主要布線與焊點的合理分布,我們盡量做到美觀。實際焊接過程中,要保證焊筆不要碰到已經焊好的線,否則焊好的線很容易脫落。每焊接完一部分電路,就立即進行調試。插拔集成芯片時用力要均勻,避免芯片管腳在插拔中變彎、折斷。但我們在操作時,時常焊在一起,只有用小刀劃開,五個人輪流干活,痛并快樂著。

　在整個實驗過程中,我們也學到很多的東西。加強了團隊合作精神,磨練了我們的意志力。我們各人之間好好的配合,分工合作,設計過程沒有一團亂麻。更為可貴的就是,我們彼此鼓勵,同舟共濟地處理每個問題。加強我們對電子器件的了解。我們又學會了新的軟件,此次課程設計恰恰提供了一個好機會,讓我們從實踐中加深了對所學知識的理解,提高了我們的動手能力,

　 總的來說這次課程設計一切都安排得很合理,但就就是將近期末了,有些同學做到最后就不耐煩了,我們組里大家相互鼓勵,都很努力堅持下來了,雖然最后沒能計時,但就是這個過程我們真正的參與了。

　七、 組員分工安排

　 姓名:劉

　盛

　清

　序號 姓名 學號 分工任務 1 王慶 6100211047 PCB 的主要繪制、打印、轉印及腐蝕,鉆孔及焊接 2 劉盛清 6100211050 PCB 的部分繪制、打印、轉印、鉆孔及焊接 3 楊雋 6100211062 PCB 鉆孔、腐蝕、焊接

　4 姚琦 6100211074 PCB 鉆孔、腐蝕、焊接

　5 邱健斌 6100211057 原理圖的設計、打印、轉印及完成實驗報告

　學號:6100211050

　 電 一 112 班

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