第一篇：數(shù)字邏輯課題報(bào)告—電子鐘

電子鐘設(shè)計(jì)報(bào)告

班級(jí)：

姓名：學(xué)號(hào)：

指導(dǎo)老師:

驗(yàn)收時(shí)間：201 年

日

月

一﹑設(shè)計(jì)目的及要求

設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)多功能數(shù)字鐘，達(dá)到要求如下：

1． 能進(jìn)行正常的記時(shí)、記分、記秒，2.實(shí)現(xiàn)校時(shí)、校分以及秒清0的功能，3.實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能，4.實(shí)現(xiàn)定鬧鈴及鬧鈴的響，完成全部電路設(shè)計(jì)后在實(shí)驗(yàn)板上下載，驗(yàn)證設(shè)計(jì)課題的正 確性。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論述：

根據(jù)對(duì)電子鐘控制電路的要求，分析如下：

首先根據(jù)老師對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求，編寫電子鐘控制電路的vhdl程序，程序分為正常顯示時(shí)間、調(diào)整和鬧鈴時(shí)間調(diào)整、報(bào)時(shí)等進(jìn)程；運(yùn)用了3-8譯碼器、八選一、二選一數(shù)據(jù)選擇器、模8計(jì)數(shù)器、七段譯碼、24進(jìn)制計(jì)數(shù)器、60進(jìn)制計(jì)數(shù)器、比較器等構(gòu)成其動(dòng)態(tài)顯示電路，使電子鐘正常顯示。

開始確定了兩個(gè)方案，但考慮到方案的可行性，選擇了第一種，也就是這一種方案。

三、環(huán)境說(shuō)明：

主要是使用了MAXPLUSⅡ軟件，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)及了解，以及請(qǐng)教老師和同學(xué)，虛心請(qǐng)教，終于在不懈努力下完成了老師的任務(wù)。

四、具體設(shè)計(jì)：

頂層結(jié)構(gòu)功能圖：

根據(jù)總體設(shè)計(jì)框圖，可以將整個(gè)系統(tǒng)分為6個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，分別是計(jì)時(shí)模塊、校時(shí)模塊、整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊、鬧鐘模塊、動(dòng)態(tài)顯示模塊及正常顯示時(shí)間與鬧鐘時(shí)間的切換模塊。

1、計(jì)時(shí)模塊：

能進(jìn)行正常的時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)，用動(dòng)態(tài)掃描的方式，需用8個(gè)數(shù)碼管。

用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行小時(shí)的顯示，用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行分的顯示，用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行秒的顯示

2、校時(shí)模塊：

利用按鍵實(shí)現(xiàn)“校時(shí)”、“校分”和“時(shí)、分、秒的清0”功能。先令k5=1，切換到正常時(shí)鐘的顯示上。

（1）k1：校時(shí)鍵。當(dāng)k1=0鍵時(shí)，計(jì)時(shí)器迅速遞增，按24小時(shí)循環(huán)，并且計(jì)滿23時(shí)回到00,k1=1時(shí)停止循環(huán)。

（2）k2：校分鍵。當(dāng)k2=0鍵時(shí)，計(jì)時(shí)器迅速遞增，按60小時(shí)循環(huán)，并且計(jì)滿59時(shí)回到00，但不向時(shí)進(jìn)位，k2=1時(shí)停止循環(huán)。

（3）k8：秒清零。當(dāng)k8=0時(shí)，時(shí)、分、秒清零。

3、整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊：

能進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)分秒都為0時(shí)整點(diǎn)報(bào)時(shí)。、鬧鐘模塊：

和以上計(jì)時(shí)模塊一個(gè)原理，但也可以進(jìn)行鬧鐘的設(shè)置

先令k5=0，切換到鬧鐘的顯示上。

（1）k3：校時(shí)鍵。當(dāng)k1=1鍵時(shí)，計(jì)時(shí)器迅速遞增，按24小時(shí)循環(huán)，并且計(jì)滿23時(shí)回到00，k3=0時(shí)停止循環(huán)。

（2）k4：校分鍵。當(dāng)k2=1鍵時(shí)，計(jì)時(shí)器迅速遞增，按60小時(shí)循環(huán)，并且計(jì)滿59時(shí)回到00，但不向時(shí)進(jìn)位，k4=1時(shí)停止循環(huán)。

（3）k6：k6=0時(shí)清零,k6=時(shí)正常運(yùn)行。

（4）k7：k7=0分清零,k7=1時(shí)正常運(yùn)行。

5、動(dòng)態(tài)顯示模塊：

時(shí)間的顯示需要用到8個(gè)數(shù)碼管，其中小時(shí)與分鐘及分鐘與秒之間用數(shù)碼管的一個(gè)g段，在動(dòng)態(tài)顯示方式下，所有的數(shù)碼管對(duì)應(yīng)同一組七段碼，可用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)

6、正常顯示時(shí)間與鬧鐘時(shí)間的切換模塊： k5=1，切換到正常時(shí)鐘的顯示上 k5=0，切換到鬧鐘的顯示上

五、各功能模塊說(shuō)明及源代碼： 數(shù)碼管顯示電路源程序： 1.七段譯碼顯示：

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

entity bin7 is port(date_in:in std_logic_vector(3 downto 0);

en:in std_logic;

date_out:out std_logic_vector(6 downto 0));end entity;

architecture duan of bin7 is begin process(date_in,en)

begin

if en='1' then case date_in is when “0000”=>date_out<=“1111110”;--0

when “0001”=>date_out<=“0110000”;--1 when “0010”=>date_out<=“1101101”;--2 when “0011”=>date_out<=“1111001”;--3 when “0100”=>date_out<=“0110011”;--4 when “0101”=>date_out<=“1011011”;--5 when “0110”=>date_out<=“1011111”;--6 when “0111”=>date_out<=“1110000”;--7 when “1000”=>date_out<=“1111111”;--8 when “1001”=>date_out<=“1111011”;--9 when others=>date_out<=“0000001”;end case;end if;

end process;

end duan;

2.八選一數(shù)據(jù)選擇器： library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity mux8 is port(d0,d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7:in std_logic_vector(3 downto 0);

sel:in std_logic_vector(2 downto 0);

y:out std_logic_vector(3 downto 0));end mux8;architecture arch of mux8 is begin process(d0,d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7,sel)begin

case sel is

when “000”=>y<=d0;

when “001”=>y<=d1;

when “010”=>y<=d2;

when “011”=>y<=d3;

when “100”=>y<=d4;

when “101”=>y<=d5;

when “110”=>y<=d6;

when “111”=>y<=d7;

when others=>y<=“0000”;

end case;end process;end arch;

3.二選一選擇器（二位）library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;

entity mux_2 is port（d1 :in std_logic;

d2 :in std_logic;

sel

:in std_logic;

y

:out std_logic);end mux_2;architecture rtl of mux_2 is begin process(sel,d1,d2)begin if(sel='1')then y<=d1;else y<=d2;end if;

end process;end rtl;

4.二選一選擇器（四位）library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;

entity mux_24 is port（d1 :in std_logic_vector(3 downto 0);

d2 :in std_logic_vector(3 downto 0);

sel

:in std_logic;

y

:out std_logic_vector(3 downto 0));end mux_24;architecture rtl of mux_24 is begin process(sel,d1,d2)begin if(sel='1')then y<=d1;else y<=d2;end if;

end process;end rtl;

5.3_8譯碼器： library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;

entity decode3_8 is port(a,b,c

:in std_logic;

s1,s2,s3 :in std_logic;

y

:out std_logic_vector(7 downto 0));

end decode3_8;

architecture rtl of decode3_8 is

signal ind:std_logic_vector(2 downto 0);

begin

ind<=c&b&a;

process(ind,s1,s2,s3)

begin

if(s1='1'and s2='0' and s3='0')then

case ind is

when “000”=>y<=“00000001”;

when “001”=>y<=“00000010”;

when “010”=>y<=“00000100”;

when “011”=>y<=“00001000”;

when “100”=>y<=“00010000”;

when “101”=>y<=“00100000”;

when “110”=>y<=“01000000”;

when “111”=>y<=“10000000”;

when others=>y<=“00000000”;

end case;

else y<=“00000000”;end if;end process;end rtl;

6.報(bào)時(shí)器 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;

entity baoshi is port（a1,a2,a3,a4 :in std_logic_vector(3 downto 0);

y

:out std_logic);

end baoshi;architecture rtl of baoshi is begin process(a1,a2)begin if(a1=“0000” and a2=“0000” and a3=“0000” and a4<=“0011”)then y<='1';else y<='0';end if;end process;end rtl;

7.比較器 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;entity bijiao is port（a1,a2 :in std_logic_vector(3 downto 0);

b1,b2 :in std_logic_vector(3 downto 0);

y

:out std_logic);end bijiao;architecture rtl of bijiao is begin process(a1,a2,b1,b2)begin if(a1=b1 and a2=b2)then y<='1';else y<='0';end if;end process;end rtl;

8.模60 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;entity mod_60 is port(clk:in std_logic;

clr :in std_logic;

yh :out std_logic_vector(3 downto 0);

yl :out std_logic_vector(3 downto 0);

co :out std_logic);

end mod_60;architecture six of mod_60 is signal

hh:std_logic_vector(3 downto 0);signal

hl:std_logic_vector(3 downto 0);begin

process(clk)

begin

if clr='0'

then hh<=“0000”;hl<=“0000”;co<='0';

elsif(clk'event and clk='1')then

if(hh=“0101” and hl=“1001”)then

hh<=“0000”;hl<=“0000”;co<='1';

elsif(hl=“1001”)then

hh<=hh+1;

hl<=“0000”;co<='0';

else

hl<=hl+1;

hh<=hh;co<='0';

end if;

end if;

end process;

yh<=hh;yl<=hl;

end six;

9.模24 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;entity mod_24 is port(clk:in std_logic;

clr :in std_logic;

yh :out std_logic_vector(3 downto 0);

yl :out std_logic_vector(3 downto 0);

co :out std_logic);

end mod_24;architecture two of mod_24 is signal

hh:std_logic_vector(3 downto 0);signal

hl:std_logic_vector(3 downto 0);

begin

process(clk)

begin

if clr='0'

then hh<=“0000”;hl<=“0000”;co<='0';

elsif(clk'event and clk='1')then

if(hh=“0010” and hl=“0011”)then

hh<=“0000”;hl<=“0000”;co<='1';

elsif(hl=“1001”)then

hh<=hh+1;

hl<=“0000”;co<='0';

else

hl<=hl+1;

hh<=hh;co<='0';

end if;

end if;

end process;

yh<=hh;yl<=hl;

end two;

六、遇到的問(wèn)題：

當(dāng)調(diào)動(dòng)開關(guān)時(shí)，容易出現(xiàn)數(shù)字的變動(dòng)，經(jīng)過(guò)上網(wǎng)的搜索可知，這是抖動(dòng)效應(yīng)，是物理效應(yīng)，現(xiàn)學(xué)知識(shí)還解決不了。所以在實(shí)驗(yàn)中我們就小心翼翼的把弄開關(guān)，結(jié)果也沒(méi)出現(xiàn)什么錯(cuò)誤。但是我們知道這不是做科學(xué)應(yīng)有的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，但以后我們會(huì)努力的。

七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及心得體會(huì)：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：程序?qū)崿F(xiàn)了現(xiàn)實(shí)情況下正常時(shí)間的顯示，時(shí)間的調(diào)整，鬧鐘的設(shè)置，還有鬧鐘的響鈴以及整點(diǎn)的報(bào)時(shí)。實(shí)驗(yàn)心得：

1.通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)工作，學(xué)會(huì)了很多vhdl的編程思想，并進(jìn)一步掌握了其基本語(yǔ)法，可以熟練地編寫程序啦！

2.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，提高了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，明白了用vhdl語(yǔ)言設(shè)計(jì)的基本過(guò)程及步驟，為以后的實(shí)驗(yàn)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。3.在編寫程序的過(guò)程中遇到了很多問(wèn)題，一開始一點(diǎn)頭緒也沒(méi)有，通過(guò)查找資料有了初步的認(rèn)識(shí)，在實(shí)際過(guò)程中也遇到了很多問(wèn)題，通過(guò)和同學(xué)及老師的交流，一些問(wèn)題逐步迎刃而解。

八、感謝

感謝王老師的辛勤教導(dǎo)，感謝學(xué)院給提供了進(jìn)行實(shí)踐的機(jī)會(huì)，讓我們?cè)趯?shí)踐中學(xué)會(huì)了很多，提高了我們的自我學(xué)習(xí)能力，是我們得到了很好的進(jìn)步。在此還要感謝學(xué)校給我們提供了實(shí)驗(yàn)器材。

第二篇：電子鐘——合肥工業(yè)大學(xué)數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)報(bào)告

一）設(shè)計(jì)題目:

電子鐘

二）設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求:

1.實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的六個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒； 2.能使電子鐘復(fù)位(清零)； 3.能啟動(dòng)和停止電子鐘運(yùn)行；

4.在電子鐘停止運(yùn)行狀態(tài)下，能夠修改時(shí)、分、秒的值； 5.具有報(bào)時(shí)功能，整點(diǎn)時(shí)喇叭鳴叫。

三）所用主要器件和設(shè)備:

1、TDS 系列數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

2、ISP 系統(tǒng)可編程器件以及《數(shù)字邏輯》課程實(shí)驗(yàn)所用部分中、小規(guī)模集成電路等

3、PC 計(jì)算機(jī)

4、ISP1032E 可編程邏輯器件以及數(shù)據(jù)選擇器、觸發(fā)器、移位寄存器、計(jì)數(shù)器及基本門電路等

5、在Windows平臺(tái)上運(yùn)行的ispLEVER 編程軟件

四）設(shè)計(jì)思想:

數(shù)字鐘電路的基本結(jié)構(gòu)由兩個(gè) 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成，分別對(duì)秒、分、小時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)到23 時(shí)59 分59 秒時(shí)，再來(lái)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，則計(jì)數(shù)器清零，重新開始計(jì)時(shí)。

當(dāng)數(shù)字鐘處于計(jì)時(shí)狀態(tài)時(shí)，秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出信號(hào)作為分鐘計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號(hào)，分鐘計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出信號(hào)又作為小時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號(hào)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)結(jié)果通過(guò)6 個(gè)數(shù)碼管來(lái)動(dòng)態(tài)顯示。數(shù)字鐘除了能夠正常計(jì)時(shí)外，還應(yīng)能夠?qū)r(shí)間進(jìn)行調(diào)整。因此，通過(guò)模式選擇信號(hào)MOD1、MOD2 控制數(shù)字鐘的工作狀態(tài)，即

控制數(shù)字鐘，使其分別工作于正常計(jì)時(shí)，調(diào)整分、時(shí)和設(shè)定分、時(shí)5 個(gè)狀態(tài)。當(dāng)數(shù)字鐘處于計(jì)時(shí)狀態(tài)時(shí)，3 個(gè)計(jì)數(shù)器允許計(jì)數(shù)，且秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號(hào)分別為CLK,秒的進(jìn)位, 分的進(jìn)位;當(dāng)數(shù)字鐘處于調(diào)整時(shí)間狀態(tài)時(shí)，被調(diào)的分或時(shí)會(huì)一秒一秒地增加；當(dāng)數(shù)字鐘處于定時(shí)狀態(tài)時(shí)，可以設(shè)定小時(shí)和分；當(dāng)計(jì)時(shí)到所設(shè)定的時(shí)刻時(shí)，會(huì)響鬧鐘

五）設(shè)計(jì)步驟及程序:

pause是暫停鍵，當(dāng)暫停時(shí)set1與set2分別控制調(diào)節(jié)為時(shí)還是為分或是為秒。exam提供一個(gè)模擬上升沿，hh，hl，mh，ml，sh，sl分別控制小時(shí)高位，低位，分鐘高位，分鐘低位，秒高位，低位。thh，thl，tmh，tml，tsh，tsl分別表示時(shí)分秒變化的中間變量。alarm表示鬧鐘是否報(bào)時(shí)

library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity clock is port（clk:in std_logic;

clr:in std_logic;

pause:in std_logic;

set1:in std_logic;

set2:in std_logic;

clk1:in std_logic;

alarm:out std_logic;

hh,hl,mh,ml,sh,sl:out std_logic_vector(3 downto 0));end clock;architecture behavioral of clock is signal count:integer range 0to 1000;signal thh,thl,tml,tmh,tsh,tsl:std_logic_vector(3 downto 0);signal exam:integer;begin

process(clk,clk1,clr,pause,set1,set2)

begin

alarm<='0';

if(clr='0')then

hh<=“0000”;

hl<=“0000”;

mh<=“0000”;

ml<=“0000”;

sh<=“0000”;

sl<=“0000”;

thh<=“0000”;

thl<=“0000”;

tmh<=“0000”;

tml<=“0000”;

tsh<=“0000”;

tsl<=“0000”;

count<=0;

exam<=0;elsif(clk='1'and clk'event)then

if(pause='1')then

if(count=999)then

count<=0;

if(thh=“0010”and thl=“0011”and tmh=“0101”and tml=“1001”and tsh=“0101”and tsl=“1001”)then

thh<=“0000”;

thl<=“0000”;

tmh<=“0000”;

tml<=“0000”;

tsh<=“0000”;

tsl<=“0000”;

elsif(tsl=“1001”)then

tsl<=“0000”;

if(tsh=“0101”)then

tsh<=“0000”;

if(tml=“1001”)then

tml<=“0000”;

if(tmh=“0101”)then

tmh<=“0000”;

if(thl=“1001”)then

thl<=“0000”;

thh<=thh+1;

else thl<=thl+1;

end if;

else tmh<=tmh+1;

end if;

else tml<=tml+1;

end if;

else tsh<=tsh+1;

end if;

else tsl<=tsl+1;

end if;

else count<=count+1;

end if;

elsif(pause='0'and(clk1='1'and exam=0))then

exam<=1;

if(set1='1'and set2='0')then

if(thh=“0010”and thl=“0011”)then

thh<=“0000”;

thl<=“0000”;

elsif(thl=“1001”)then

thl<=“0000”;

thh<=thh+1;

else thl<=thl+1;

end if;

elsif(set1='0'and set2='1')then

if(tmh=“0101”and tml=“1001”)then

tmh<=“0000”;

tml<=“0000”;

elsif(tml=“1001”)then

tml<=“0000”;

tmh<=tmh+1;

else tml<=tml+1;

end if;

elsif(set1='0'and set2='0')then

if(tsh=“0101”and tsl=“1001”)then

tsh<=“0000”;

tsl<=“0000”;

elsif(tsl=“1001”)then

tsl<=“0000”;

tsh<=tsh+1;

else tsl<=tsl+1;

end if;

end if;

end if;

if(clk1='0')then

exam<=0;

end if;

hh<=thh;

hl<=thl;

mh<=tmh;

ml<=tml;

sh<=tsh;

sl<=tsl;

if(tmh=“0000”and tsl=“0000”)then

alarm<='1';

end if;

end if;

end process;end behavioral;

tml=“0000”and tsh=“0000”and

六）實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

1.當(dāng)clk提供一個(gè)時(shí)鐘脈沖，鬧鐘開始計(jì)時(shí)，當(dāng)暫停鍵pause為1時(shí)，時(shí)鐘按標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘運(yùn)行

2．當(dāng)pause為0時(shí)，可以調(diào)節(jié)時(shí)鐘，當(dāng)set1=0，set2=0時(shí)，調(diào)節(jié)秒，當(dāng)set1=0，set2=1時(shí)為調(diào)節(jié)分，當(dāng)set1=1，set2=0時(shí)為調(diào)節(jié)時(shí)

3.當(dāng)整點(diǎn)時(shí)，時(shí)鐘會(huì)自動(dòng)鳴笛。

七）心得體會(huì):

經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，經(jīng)歷的困難一語(yǔ)難盡。整個(gè)課程設(shè)計(jì)期間我們失落過(guò)，也曾一度熱情高漲。從開始時(shí)滿富盛激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無(wú)不令我們回味無(wú)長(zhǎng)。

生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動(dòng)是人類生存生活永恒不變的話題。通過(guò)實(shí)習(xí)，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義。我想說(shuō)，設(shè)計(jì)確實(shí)有些辛苦，但苦中也有樂(lè)，在如今浮躁的生活中，很少有機(jī)會(huì)能靜下心來(lái)做一個(gè)設(shè)計(jì)，但我們可以，一個(gè)團(tuán)隊(duì)的任務(wù)，一起的工作可以讓我們有說(shuō)有笑，相互幫助，配合默契。

在一次次的試驗(yàn)中，我們收獲的不僅是電路設(shè)計(jì)的技能更加是耐心和經(jīng)驗(yàn)，還有做課程設(shè)計(jì)的心態(tài)。一根線的錯(cuò)誤直接影響著最后的結(jié)果，這就讓我們每一根線都接的仔細(xì)。最讓人苦惱的是完全按設(shè)計(jì)的接線，結(jié)果卻依然不對(duì)，這時(shí)候，我們需要分析錯(cuò)誤的原因，逐步排查。

最終驗(yàn)收成功的時(shí)候我們由衷的高興。當(dāng)然，這與老師的指導(dǎo)和示范十分不開的，正是有了老師耐心的指導(dǎo)和對(duì)于錯(cuò)誤原因分析的幫助，才有了我們的對(duì)電路設(shè)計(jì)的新認(rèn)識(shí)

對(duì)我而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次實(shí)習(xí)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶！

再次感謝老師，您辛苦了。

第三篇：數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告

課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告

寫總結(jié)報(bào)告是對(duì)學(xué)生寫科學(xué)論文和科研總結(jié)報(bào)告的能力訓(xùn)練?？偨Y(jié)報(bào)告包括以下內(nèi)容： 1．報(bào)告名稱

2．內(nèi)容摘要（<300字）3．設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求

4．方案比較，畫出系統(tǒng)框圖，確定使用的方案。

5．單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件的選擇（含器件功能表）并說(shuō)明單元電路工作原理。

6．畫出完整的電路圖 7．安裝調(diào)試內(nèi)容，包括：

（1）使用的主要儀器和儀表；（2）調(diào)試電路的方法和技巧；

（3）測(cè)試的數(shù)據(jù)和波形，并與計(jì)算結(jié)果比較分析；（4）調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法。

8．總結(jié)設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)和方案的優(yōu)缺點(diǎn),提出進(jìn)一步的改進(jìn)意見和未來(lái)的發(fā)展。9．列出所用的元器件 10．列出參考文獻(xiàn)

第四篇：數(shù)字電子鐘實(shí)驗(yàn)報(bào)告

本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告

學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師：

2016年7月19日

課程名稱：

姓名： 院系： 專業(yè)：

電子電路安裝與調(diào)試 陳肖葦、李曉杰、張晨靖 信息與電子工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù) 3140104544 王子立

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

課程名稱：電子電路安裝與調(diào)試指導(dǎo)老師：王子立成績(jī)：______________ 實(shí)驗(yàn)名稱：多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作實(shí)驗(yàn)類型：設(shè)計(jì)型同組成員：

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?/p>

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1.學(xué)習(xí)并掌握中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)制作數(shù)字電路系統(tǒng)的方法，裝調(diào)技術(shù)和數(shù)字鐘的功能擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)。

2.熟悉集成電路的使用方法。實(shí)驗(yàn)要求：

1.選用74系列或COMS系列中規(guī)模集成電路，LED數(shù)碼顯示器為主要器件設(shè)計(jì)并制作一多功能數(shù)字電子鐘，要求具有如下功能：

①基本功能：以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間，小時(shí)的顯示為“12”翻“1”，手動(dòng)快校時(shí)。

②擴(kuò)展功能：仿廣播電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)，報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)，定時(shí)控制（時(shí)間自定）。自行設(shè)計(jì)電路，至少實(shí)現(xiàn)其中兩個(gè)擴(kuò)展功能，電路形式盡可能不與前述電路相同。

2.設(shè)計(jì)與制作要求

①擬定數(shù)字電子鐘電路的組成框圖，要求電路的基本功能與擴(kuò)展功能同時(shí)實(shí)現(xiàn)，使用的器件要盡量少、成本低。

②設(shè)計(jì)、仿真、制作各單元電路，要求器件布局合理、美觀，便于級(jí)聯(lián)與調(diào)試。③測(cè)試數(shù)字電子鐘系統(tǒng)的邏輯功能，同時(shí)滿足基本功能與擴(kuò)展功能的要求。

④畫出數(shù)字鐘系統(tǒng)的整機(jī)邏輯電路圖，設(shè)計(jì)印制電路板，要求器件布局合理，布線整齊、美觀。

⑤安裝并調(diào)試整個(gè)數(shù)字電子鐘。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

1.設(shè)計(jì)主體電路，完成基本功能：以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間，小時(shí)的顯示為“12”翻“1”，手動(dòng)快校時(shí)。

2.設(shè)計(jì)擴(kuò)展電路，完成擴(kuò)展功能：仿廣播電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)，報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)，定時(shí)控制（時(shí)間自定）。

3.仿真各單元電路。4.制作PCB板并印刷電路。5.焊接電路板并調(diào)試。實(shí)驗(yàn)原理：

1.數(shù)字電子鐘電路原理

數(shù)字電子鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1Hz）進(jìn)行計(jì)數(shù)的電路，主要由基準(zhǔn)頻率源、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示驅(qū)動(dòng)器、數(shù)字顯示器和校準(zhǔn)電路等組成。基準(zhǔn)頻率源是數(shù)字電子鐘的核心，它產(chǎn)生一個(gè)矩形波時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，其頻率精度和穩(wěn)定性決定了計(jì)時(shí)的精度。分頻器采用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，以得到1秒（即頻率1Hz）的標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)脈沖。在計(jì)數(shù)器電路中，對(duì)秒、分計(jì)數(shù)采用60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，對(duì)時(shí)計(jì)數(shù)器采用12翻1 的計(jì)數(shù)器。譯碼器采用BCD碼七段譯碼顯示驅(qū)動(dòng)器。顯示器采用LED七段數(shù)碼管。

整個(gè)數(shù)字電路系統(tǒng)的原理如圖2.1所示，分為主體電路和擴(kuò)展電路兩大部分。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，擴(kuò)展電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的擴(kuò)展功能。

圖2.1多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖

該系統(tǒng)的工作原理是：由振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)，作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)。秒計(jì)數(shù)器滿60后想分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器滿60或向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按照“12翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)可以用校時(shí)電路進(jìn)行校時(shí)、校分。擴(kuò)展電路必須在主體電路正常運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行功能擴(kuò)展。

2.主體電路原理 ①振蕩器

振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器頻率的精確度及穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。一般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。

由于石英晶體振蕩器的輸出頻率較高，為了得到1Hz的秒信號(hào)，需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻。通常用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)分頻，一般用多級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。

圖2.2為時(shí)鐘專用集成電路（CD4060）的晶體振蕩電路及分頻電路，取晶振的頻率為32768Hz，該電路內(nèi)部含有一個(gè)振蕩電路和一個(gè)14級(jí)2分頻電路，使用非常方便。在他的輸出端可以得到2Hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖和其他高頻信號(hào)。2Hz再經(jīng)過(guò)一個(gè)D觸發(fā)器二分頻后得到1Hz的秒信號(hào)。

圖2.2 用CD4060構(gòu)成的電子鐘振蕩與分頻電路

如果精度要求不高，也可以采用由集成邏輯門與RC組成的時(shí)鐘源振蕩器，或由集成定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器。選用555構(gòu)成的多諧振蕩器，設(shè)振蕩頻率f0=103Hz，電路參數(shù)如圖2.3所示：

圖2.3 555構(gòu)成的振蕩器

②分頻器

分頻器的功能主要有兩個(gè)：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)，二是提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)，如仿電臺(tái)報(bào)時(shí)用的1kHz的高音頻信號(hào)和500Hz的低音頻信號(hào)等。選用3片中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器74LS90可以完成上述功能，因?yàn)槊科?/10分頻，3片級(jí)聯(lián)則可以獲得所需要的頻率信號(hào)，即第一片的Q0端輸出頻率為500Hz，第二片的Q3端輸出為10Hz，第三片的Q3端輸出為1Hz。

③時(shí)分秒計(jì)數(shù)器

時(shí)間計(jì)數(shù)單元有時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)三個(gè)部分。分和秒都是模M=60的計(jì)數(shù)器，輸出為兩位的BCD嘛，其計(jì)數(shù)規(guī)律為00→01→?→58→59→00→?。選用74LS92作為十位計(jì)數(shù)器，74LS90作為個(gè)位計(jì)數(shù)器，再將他們級(jí)聯(lián)組成模數(shù)M=60的計(jì)數(shù)器。

也可以選用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無(wú)需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需要將Q0和CP1’相連即可。CP0’與脈沖輸入信號(hào)相連，Q3可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與秒的十位計(jì)數(shù)電路CP0’相連，電路連接如圖2.4所示：

圖2.4 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路

秒十位計(jì)數(shù)電路為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。10進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路如圖2.5所示，Q2、Q1通過(guò)與門與1清零端R相連，實(shí)現(xiàn)6進(jìn)制轉(zhuǎn)換，與門的輸出同時(shí)還作為向上的進(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位計(jì)數(shù)電路CP0’相連。

圖2.5 十進(jìn)制-六進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換電路

分計(jì)數(shù)器與秒計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)相同。

時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)12翻1的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字中運(yùn)行到12時(shí)59分59秒時(shí)，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖后，數(shù)字鐘應(yīng)自動(dòng)顯示為01時(shí)00分00秒，實(shí)現(xiàn)日常生活中習(xí)慣用的計(jì)時(shí)規(guī)律。選用74LS191和74LS74，其電路原理見圖2.6：

圖2.6 時(shí)計(jì)數(shù)器

74LS191是帶異步置數(shù)端的16進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，設(shè)計(jì)成0-9的10進(jìn)制加法器和2→1的減法計(jì)數(shù)器，用它做1-9的計(jì)數(shù)何從12→1的減法計(jì)數(shù)。74LS74是D觸發(fā)器，用作時(shí)十位計(jì)數(shù)。

工作過(guò)程：74LS191從0開始計(jì)數(shù)，到第九個(gè)技術(shù)脈沖過(guò)后，其輸出為1010，與非門G1輸出低電平，計(jì)數(shù)器異步置零，與非門G1又回到高電平。與非門G1回到高電平的瞬間（上升沿），74LS74觸發(fā)器被置1，完成9-10的進(jìn)位過(guò)程。第十一、十二個(gè)脈沖過(guò)后計(jì)數(shù)狀態(tài)分比為10001/10010，這時(shí)與非門G2輸出低電平，計(jì)數(shù)控制端為高電平74LS191被設(shè)置為減法計(jì)數(shù)器，第十三個(gè)脈沖到來(lái)是74LS191的狀態(tài)由0010轉(zhuǎn)變?yōu)?001.這時(shí)，與非門G3的兩輸入端都為高電平，輸出變?yōu)榈碗娖剑笵觸發(fā)器清零，整個(gè)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為00001，完成了從12→1的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。同時(shí)計(jì)數(shù)器74LS191的控制端又恢復(fù)為低電平，重新開始下一個(gè)12的計(jì)數(shù)周期。

④譯碼、驅(qū)動(dòng)及顯示電路

各計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)，并分別從Q0-Q3端以BCD碼的形式輸出，譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路是將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器所需要的邏輯并驅(qū)動(dòng)顯示器進(jìn)行顯示。圖2.7是使用CD4511作為譯碼驅(qū)動(dòng)電路，選用LED數(shù)碼管作為顯示器。CD4511是CMOS BCD碼到7段鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)電路，它可以直接驅(qū)動(dòng)共陰極LED，圖中電阻器限流的作用，其阻值應(yīng)根據(jù)電源電壓來(lái)決定，一般限制LED數(shù)碼管每段筆畫10mA左右。

圖2.7 譯碼、驅(qū)動(dòng)及顯示電路

⑤時(shí)分校正電路

當(dāng)數(shù)字鐘剛接通電源或計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間，校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能。一般電子鐘都有時(shí)、分、秒等校時(shí)功能。

對(duì)校時(shí)電路的要求是：在小時(shí)校正的時(shí)候不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)，在分校正時(shí)不影響小時(shí)和秒的正常計(jì)數(shù)。校時(shí)方法有快校時(shí)和慢校時(shí)兩種：快校時(shí)通過(guò)開關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器會(huì)1Hz的校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)，慢校時(shí)用手動(dòng)產(chǎn)生單脈沖作為校時(shí)脈沖。圖2.8為校時(shí)分電路，它是由基本RS觸發(fā)器和與非門組成，基本RS觸發(fā)器的功能是產(chǎn)生單脈沖，防止抖動(dòng)。其中K為校正用的控制開關(guān)。校正脈沖采用1Hz的秒信號(hào)，當(dāng)K處于圖示位置時(shí)，與非門G1輸出高電平，基本RS觸發(fā)器處于1狀態(tài)，這是數(shù)字鐘正常工作，來(lái)自分或秒的進(jìn)位信號(hào)能進(jìn)入時(shí)或分計(jì)數(shù)器。撥動(dòng)開關(guān)K時(shí)，與非門G2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器處于0狀態(tài)，這時(shí)數(shù)字鐘處于校正狀態(tài)，秒信號(hào)可以直接進(jìn)入計(jì)數(shù)器，而進(jìn)位信號(hào)被阻止，因而能夠較快地校正相應(yīng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。校準(zhǔn)后將校正開關(guān)K薄回原位，數(shù)字鐘繼續(xù)進(jìn)行正常的計(jì)數(shù)工作。如果校時(shí)脈沖改由單位脈沖產(chǎn)生器提供，則可以進(jìn)行慢校時(shí)。

圖2.8 時(shí)分校正電路

3.功能擴(kuò)展電路 ①仿廣播電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

一般數(shù)字電子鐘都具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能，及在時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前數(shù)秒鐘內(nèi)數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)發(fā)出聲響報(bào)時(shí)。報(bào)時(shí)方式是發(fā)出連續(xù)的或者有節(jié)奏的音頻信號(hào)，較復(fù)雜的也可以是實(shí)時(shí)語(yǔ)音提示。仿廣播電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)是在整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi)開始報(bào)時(shí)，響1秒停1秒共5聲，前4聲低音，最后1聲高音。電路功能要求：每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快要到正點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時(shí)刻為整點(diǎn)時(shí)刻。

設(shè)4聲低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分的51秒、53秒、55秒和57秒，最后一聲高音（約1kHz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時(shí)間為1秒，如下表所示： CP（秒）

00 Q3S1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0

Q2S1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0

Q1S1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0

Q0S1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

功能 低音 停 低音 停 低音 停 低音 停 高音 停

當(dāng)Q3S1=0時(shí)鳴低音，當(dāng)Q3S1=1時(shí)鳴高音。

只有當(dāng)十位的（Q2Q0）M2=11，分個(gè)位的（Q3Q0）M1=11，秒十位的（Q2Q0）S2=11以及秒個(gè)位的Q0S2=1時(shí)，音響電路才能工作。

②定時(shí)控制電路

數(shù)字鐘在制定的時(shí)刻發(fā)出信號(hào)，或驅(qū)動(dòng)音響電路“鬧時(shí)”，或?qū)δ逞b置的電源進(jìn)行接通或斷開控制，不管是鬧時(shí)還是控制，都要求時(shí)間準(zhǔn)確，即信號(hào)的開始時(shí)刻與持續(xù)時(shí)間必須滿足規(guī)定的要求。

例：要求上午7時(shí)59分發(fā)出鬧時(shí)信號(hào)，持續(xù)時(shí)間為1min。7時(shí)59對(duì)應(yīng)的時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器狀態(tài)0111，分十位計(jì)數(shù)器狀態(tài)0101，分個(gè)位計(jì)時(shí)器狀態(tài)1001.若將上述計(jì)數(shù)器輸出為1的所有輸出端經(jīng)過(guò)與門電路控制音響電路，可以使音響電路正好在7點(diǎn)59響，持續(xù)1min后停響。實(shí)現(xiàn)的電路如圖2.9所示：

圖2.9鬧時(shí)電路

有圖可見到達(dá)時(shí)刻時(shí)，音響電路的晶體管導(dǎo)通，揚(yáng)聲器發(fā)出1kHz的聲音，持續(xù)1min后晶體管因?yàn)檩斎攵藶?而截至，電路停鬧。

③報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)電路

報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)電路功能：每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)到整點(diǎn)時(shí)發(fā)出音響，且?guī)c(diǎn)響幾聲，實(shí)現(xiàn)這一功能的電路主要由以下幾部分組成：

①減法計(jì)數(shù)器：完成幾點(diǎn)響幾聲的功能，即從小時(shí)計(jì)數(shù)器的整點(diǎn)開始進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，直到零為止。

編碼器：將小時(shí)計(jì)數(shù)器的5個(gè)輸出端Q4、Q3、Q2、Q1、Q0按照12翻1的編碼要求轉(zhuǎn)換為減法計(jì)數(shù)器的4個(gè)輸入端D3、D2、D1、D0所需的BCD碼。

③邏輯控制電路：控制減法計(jì)數(shù)器的清零與置數(shù)，控制報(bào)時(shí)音響電路的輸入信號(hào)。根據(jù)以上要求，采用過(guò)了如圖2.10的報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)的電路。

圖2.10自動(dòng)報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)的電路

編碼器是由與非門實(shí)現(xiàn)的組合邏輯電路，其輸出端的邏輯表達(dá)式由5變量的卡諾圖可得： D0=Q0

D1=((Q4’Q1)’·(Q1Q4)’)’ D2=(Q2’·(Q4Q1)’)’ D3=(Q3’Q4’)’

減法計(jì)數(shù)器選用74LS191，個(gè)控制端的作用如下：LD’為置數(shù)端，當(dāng)LD’=1時(shí)將小時(shí)計(jì)數(shù)器輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)輸入端D0D1D2D3置入，CP0’為溢出負(fù)脈沖輸出端，當(dāng)減計(jì)數(shù)到0時(shí)，CP0’輸出一個(gè)負(fù)脈沖，U’/D為加減控制器。U’/D=1做減法計(jì)數(shù)。

邏輯控制電路由D觸發(fā)器74LS74與多級(jí)與非門組成。電路的工作原理是：接通電源后按出發(fā)開關(guān)S，使D觸發(fā)器清零。該清零脈沖有兩個(gè)作用，一是使74LS191的置數(shù)端LD’=0，即將此時(shí)對(duì)應(yīng)的小時(shí)計(jì)數(shù)器輸出的整點(diǎn)時(shí)數(shù)置入74LS191，二是封鎖1kHz的音頻信號(hào)，使音響電路無(wú)輸入脈沖而停止發(fā)聲。當(dāng)分十位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖的上升沿來(lái)到時(shí)，小時(shí)計(jì)數(shù)器加1，新的小時(shí)數(shù)被置入74LS191，進(jìn)位脈沖的上升沿同時(shí)又使74LS191的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，輸出高電平，經(jīng)G2、G3延時(shí)后使LD’=1，此時(shí)74LS191進(jìn)行減法計(jì)數(shù)技術(shù)脈沖由1Hz秒信號(hào)提供。秒信號(hào)低電平時(shí)音響電路發(fā)出1kHZ聲音，秒信號(hào)高電平時(shí)停響。當(dāng)減法計(jì)數(shù)到0時(shí)，74LS191的CP0’會(huì)輸出一個(gè)負(fù)脈沖，使D觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)回到0，單觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變，當(dāng)74LS191的CP0’結(jié)束負(fù)脈沖回到高電平時(shí)，因此時(shí)分進(jìn)位信號(hào)仍為高電平，經(jīng)與非門G1和非門后產(chǎn)生一個(gè)上升沿，使D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)到0狀態(tài)，74LS191又回到置數(shù)狀態(tài)。

如果出現(xiàn)某些整點(diǎn)數(shù)不準(zhǔn)確，主要原因是邏輯控制電路中的與非門延時(shí)時(shí)間不夠，產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，可以適當(dāng)增加與非門的級(jí)數(shù)或接入小電容進(jìn)行延時(shí)。

三、主要儀器設(shè)備

裝有AD、Proteus軟件的電腦，各類元件，鑷子，焊錫，電烙鐵等

四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟

1.實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)：

①由圖2.1所示的數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖，按照信號(hào)的流向分級(jí)安裝，逐級(jí)級(jí)聯(lián)。②級(jí)聯(lián)時(shí)如果出現(xiàn)時(shí)序配合不同步或尖峰脈沖干擾，引起邏輯混亂，可以增加多級(jí)邏輯門來(lái)延時(shí)，如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能由于電源電流的跳變引起，可以在集成電路器件的電流端Vcc加退耦濾波電容。

③畫數(shù)字鐘的主題邏輯電路圖。經(jīng)過(guò)聯(lián)調(diào)并糾正設(shè)計(jì)方案中的錯(cuò)誤和不足，再測(cè)試電路的邏輯功能是否滿足設(shè)計(jì)要求，最后畫出滿足設(shè)計(jì)要求的總體邏輯電路圖。

2.實(shí)驗(yàn)電路的仿真

①在Proteus軟件中繪制電路圖。

②依次進(jìn)行主體電路和各擴(kuò)展電路的功能仿真，觀察各電路模塊的功能是否滿足需求，必要時(shí)在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)添加示波器探針觀察電路的波形情況。根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

3.PCB板的繪制 4.實(shí)驗(yàn)電路的裝調(diào)

五、設(shè)計(jì)方案及仿真分析

1.實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)： ①主體電路

圖5.1主體電路

圖5.2 振蕩器

圖5.3 計(jì)數(shù)器

圖5.3 譯碼顯示

②擴(kuò)展電路

圖5.4 正點(diǎn)報(bào)時(shí)

圖5.5仿廣播電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)

圖5.6 定時(shí)控制

圖5.7 音響電路

圖5.8 電源電路

2.實(shí)驗(yàn)電路的仿真： ①計(jì)時(shí)顯示功能

起初仿真發(fā)現(xiàn)小時(shí)、分、秒的數(shù)字都能夠正常顯示，且分、秒為60進(jìn)制，但小時(shí)信號(hào)出現(xiàn)滿7復(fù)0的狀況，即狀態(tài)為0→1→2→3→4→5→6→7→10→11→12。此時(shí)我們的局部電路如圖5.9所示：

圖5.9 原小時(shí)計(jì)數(shù)顯示電路 當(dāng)H11=1，H13=1即Q3Q2Q1Q0=1010，U2進(jìn)行置零操作，但觀察仿真發(fā)現(xiàn)Q3Q2Q1Q0= 0111即置零。我們將H11、H12、H13和LD信號(hào)添加到示波器中觀察到波形如圖5.11所示。

圖5.10 添加示波器

圖5.11 波形顯示

結(jié)合數(shù)碼管顯示發(fā)現(xiàn)，當(dāng)數(shù)字從7將要變成8時(shí)，H13和LD都出現(xiàn)了跳變，H13原本應(yīng)當(dāng)從0狀態(tài)變?yōu)?狀態(tài)并保持一段時(shí)間但實(shí)際上H13從0變?yōu)?后又迅速跳回0，導(dǎo)致電路計(jì)數(shù)器被置0。

結(jié)合這一現(xiàn)象，我們分析原因?yàn)?，?dāng)H13從0狀態(tài)變成1狀態(tài)時(shí)，H10、H11和H12也同時(shí)從1狀態(tài)變成0，由于電路的延遲，以及計(jì)數(shù)器采用異步置數(shù)，導(dǎo)致跳變現(xiàn)象的產(chǎn)生。因此，我們將原本輸入為H11、H13的與非門U18改為輸入為H10’、H11、H12’、H13的四輸入與非門，然后再進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)功能可正常實(shí)現(xiàn)。

圖5.12 修改后局部電路

②時(shí)間校準(zhǔn)功能

對(duì)電路進(jìn)行快速時(shí)間校準(zhǔn)功能的仿真，發(fā)現(xiàn)當(dāng)校時(shí)開關(guān)下按時(shí)，小時(shí)數(shù)會(huì)升高，實(shí)現(xiàn)小時(shí)校準(zhǔn)；當(dāng)校分開關(guān)下按時(shí)，分鐘數(shù)會(huì)升高，實(shí)現(xiàn)分鐘校準(zhǔn)，時(shí)間校準(zhǔn)功能正常。

③正點(diǎn)報(bào)時(shí)功能

圖5.13 音響電路示波器

如圖5.13將示波器探針?lè)胖迷谝繇戨娐飞?，觀察當(dāng)整點(diǎn)來(lái)臨時(shí)，示波器顯示的波形情況。圖5.14所示是4時(shí)來(lái)臨時(shí)，音響發(fā)出4聲提示音的波形。另外選取其他若干整時(shí)數(shù)，均能實(shí)現(xiàn)正點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。

圖5.14正點(diǎn)報(bào)時(shí)

④仿廣播電臺(tái)報(bào)時(shí)功能

圖5.15仿廣播電臺(tái)報(bào)時(shí)

觀察整點(diǎn)即將來(lái)臨時(shí)音響的波形顯示，發(fā)現(xiàn)在整點(diǎn)前10s開始報(bào)時(shí)，并從揚(yáng)聲器中聽出先報(bào)四聲低音再報(bào)一聲高音，更改若干整點(diǎn)數(shù)功能均能正常實(shí)現(xiàn)。

⑤定時(shí)控制

圖5.16 定時(shí)控制

利用撥碼開關(guān)設(shè)定好定時(shí)的小時(shí)數(shù)和分鐘數(shù)，仿真發(fā)現(xiàn)到達(dá)定時(shí)時(shí)間時(shí)揚(yáng)聲器開始發(fā)出提示音，聲音持續(xù)一分鐘，更換若干定時(shí)時(shí)間再次測(cè)試，發(fā)現(xiàn)定時(shí)控制功能都能夠正常實(shí)現(xiàn)。

⑥電源電路

圖5.15 電源電路

3.PCB板的繪制

最終設(shè)計(jì)完成的PCB版如下：

圖5.16 電路整體設(shè)計(jì)

電路排版的整體設(shè)計(jì)理念是將電源以及指示燈放在右上角，通電的同時(shí)即可檢驗(yàn)電路是否能工作以及電源電路是否正常工作，同時(shí)，將整塊電路中的用戶交互界面，即時(shí)間顯示界面和按鈕操作界面分別置于電路板的上下兩側(cè)，其中，將時(shí)間顯示界面放在最上方，方便觀察和調(diào)試，將按鈕操作界面放在電路板的最下方，方面用戶操作；至于其他的功能模塊，則放在電路板的中間部分，并按功能相關(guān)的原則進(jìn)行排版。

電路布線的整體設(shè)計(jì)理念是在電路板的一周布上一圈的電源線和地線，當(dāng)有需要時(shí)直接橫向延伸進(jìn)去進(jìn)行連接；電路的其它部分則采取自動(dòng)布線然后手動(dòng)進(jìn)行調(diào)整的方法。

下面，將針對(duì)電路中的關(guān)鍵模塊進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

圖5.17 電源電路

上圖為電源電路，將8~12V的直流電接在JP1上，若電源正常工作，則電源指示燈LED被點(diǎn)亮，同時(shí)經(jīng)過(guò)7805輸出5V穩(wěn)壓；其中四個(gè)電容C11，C12，C13，C14起到濾波的作用，用來(lái)穩(wěn)定穩(wěn)壓器輸出的電壓。

圖5.18 晶振電路 上圖為晶振電路，其中32468為頻率為32.768KHz的晶體振蕩器，U1是14次分頻的分頻器，晶振的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)U1產(chǎn)生一個(gè)1KHz的信號(hào)和一個(gè)2Hz的信號(hào)，其中2Hz的信號(hào)再次經(jīng)過(guò)分頻產(chǎn)生1Hz的信號(hào)，當(dāng)作計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘。

圖5.19 數(shù)字鐘主體部分

上圖為數(shù)字鐘的主體部分從上到下分別是共陰數(shù)碼管顯示器，分壓限流電阻，顯示譯碼器和16進(jìn)制計(jì)數(shù)器。首先由16進(jìn)制計(jì)數(shù)器由1Hz信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)和產(chǎn)生進(jìn)位，同時(shí)將狀態(tài)傳遞給顯示譯碼器4511，顯示譯碼器4511將計(jì)數(shù)器傳遞來(lái)的狀態(tài)進(jìn)行譯碼，輸出對(duì)應(yīng)的高電平信號(hào)，經(jīng)電阻分壓后，點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的共陰數(shù)碼管顯示器，即可實(shí)現(xiàn)電路的主體功能。

圖5.20 開關(guān)控制電路

上圖是我們的開關(guān)控制電路，左邊四個(gè)撥碼開關(guān)分別對(duì)應(yīng)小時(shí)的十位，小時(shí)的個(gè)位，分鐘的10位，分鐘的各位，用其對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼進(jìn)行控制。SW2是鬧鐘控制電路，其中僅開關(guān)1閉合，鬧鐘打開；僅開關(guān)2閉合，鬧鐘關(guān)閉；開關(guān)1和開關(guān)2同時(shí)斷開，芯片默認(rèn)高電平，鬧鐘打開；開關(guān)1和開關(guān)2同時(shí)閉合，則電源和地會(huì)短路，所以不能同時(shí)閉合。SW1是整點(diǎn)報(bào)時(shí)控制電路，當(dāng)開關(guān)1閉合時(shí)，整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能使能，開關(guān)1打開，整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能關(guān)閉。S1是小時(shí)電路的手動(dòng)快校時(shí)按鍵，S2為分鐘電路的手動(dòng)快校時(shí)按鍵。

4.電子鐘的安裝與調(diào)試 ①安裝電路 按照原理圖、PCB圖和板子上的元件名稱安裝、焊接電路，芯片先焊插座，方便出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)進(jìn)行修改。老師告知PCB板可能出現(xiàn)幾處錯(cuò)誤，因?yàn)樾薷脑r(shí)自動(dòng)布線把過(guò)孔取消了，因此幾根地線沒(méi)有連上。我們檢查PCB板與AD中的PCB圖連線，計(jì)劃用導(dǎo)線將沒(méi)連上的線連上，后來(lái)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤已經(jīng)被修改。

②電源電路

安裝好電路后，在沒(méi)有裝芯片的情況下，測(cè)試電源電路是否正常。將直流電源調(diào)整為10V，限流在0.6A左右，按下OUTPUT，電源電路的指示LED燈亮，用萬(wàn)用表測(cè)量輸出端的電壓，在5V左右，故電源電路正常工作。

③主體電路的調(diào)試

按照原理圖首先安裝CD4060芯片，測(cè)試振蕩電路是否正常。示波器探頭首先接CD4060的4腳，接地端接電源地，測(cè)得1kHz左右的方波信號(hào)。在將探頭接至5腳，測(cè)得500Hz左右的方波信號(hào)。在晶振處可以測(cè)得32.7KHz左右的信號(hào)(很遺憾忘記拍照記錄波形)。因此振蕩電路正常工作。

安裝所有的芯片，接通電源，電源電路指示燈亮，數(shù)碼管亮，顯示小時(shí)的兩個(gè)數(shù)碼管顯示18，顯示分鐘的兩個(gè)數(shù)碼管顯示88，顯示秒的兩個(gè)數(shù)碼管從零開始以1Hz的頻率計(jì)數(shù)。秒數(shù)碼管的變化說(shuō)明秒計(jì)數(shù)正確，分鐘和小時(shí)則說(shuō)明了我們?cè)谠O(shè)計(jì)中忽略了自啟動(dòng)問(wèn)題。通過(guò)校時(shí)、校分按鍵調(diào)節(jié)小時(shí)和分鐘數(shù)合適。

當(dāng)秒到“59”后，兩數(shù)碼管變?yōu)?，同時(shí)分鐘位加1，說(shuō)明秒到分鐘的邏輯正確。

長(zhǎng)按校分按鈕，可以看到兩個(gè)分鐘的數(shù)碼管顯示按60進(jìn)制以秒計(jì)數(shù)，到達(dá)59后小時(shí)加1，說(shuō)明分鐘模塊正常工作。

長(zhǎng)按校時(shí)按鈕，小時(shí)以1Hz頻率實(shí)現(xiàn)1→12計(jì)數(shù)，小時(shí)模塊正常工作。主體電路數(shù)字鐘正常工作。

在測(cè)試按鈕短按實(shí)現(xiàn)快校時(shí)時(shí)，發(fā)現(xiàn)短按校時(shí)按鈕，小時(shí)顯示有可能不變、或有可能亂跳，如從12跳到6跳到2；校分按鈕短按時(shí)有不變情況，在校分計(jì)數(shù)超過(guò)40后經(jīng)常直接置零；并且校分按鈕會(huì)影響到小時(shí)的顯示；長(zhǎng)按時(shí)按鍵按下和松開時(shí)也會(huì)影響計(jì)數(shù)變化。這可能與按鍵開關(guān)的抖動(dòng)有關(guān)系；在測(cè)試過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)PCB板的抖動(dòng)也會(huì)影響到數(shù)碼管顯示。開關(guān)防抖動(dòng)與上拉電阻與并聯(lián)電容組成的RC電路有關(guān)，所以通過(guò)改變電容電阻的值來(lái)增大RC電路的時(shí)間常數(shù)。我們把104的電容換成220uF的電容，使RC電路的時(shí)間常數(shù)在100ms左右，焊接時(shí)注意電容的正負(fù)極。但是改變電容后按鍵短按校時(shí)校分情況并沒(méi)有明顯改變。

最后我們決定將按鍵開關(guān)換成撥碼開關(guān)來(lái)得到電平，通過(guò)1Hz信號(hào)來(lái)校時(shí)。換成撥碼開關(guān)后，打開撥碼開關(guān)后小時(shí)、分鐘能夠正常計(jì)數(shù)。但是撥碼開關(guān)與底座有些接觸不良，撥動(dòng)開關(guān)時(shí)也有可能有抖動(dòng)，因此撥動(dòng)撥碼開關(guān)時(shí)需要小心，固定電路板和撥碼開關(guān)撥動(dòng)開關(guān)可以正常工作。

在調(diào)節(jié)校時(shí)、校分時(shí)曾經(jīng)在板子后方接一個(gè)電容，并接過(guò)示波器，這個(gè)過(guò)程中分鐘數(shù)碼管曾突然不顯示，按校時(shí)、校分按鈕并不能使其恢復(fù)正常。后發(fā)現(xiàn)電路板上分鐘電路用到的74LS390非常燙，可能已被燒壞。拆下74LS390后用萬(wàn)用表測(cè)試插座上各個(gè)管腳的電壓，發(fā)現(xiàn)電壓并沒(méi)有異常情況，接地腳與電源地直接的電壓為0V左右。檢查電路板電路沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。猜測(cè)可能背后接電容和示波器測(cè)波形時(shí)可能有短路等情況發(fā)生導(dǎo)致74LS390燒壞。更換74LS390后，電路正常工作，390有稍微發(fā)熱但不會(huì)發(fā)燙，390接地腳電壓與電源地相同，可以正常使用。

④調(diào)節(jié)鬧鐘功能。

鬧鐘電路通過(guò)撥碼開關(guān)設(shè)置鬧鐘時(shí)間。

首先確定電路板上從左到右四個(gè)開關(guān)順序按照小時(shí)的十位、個(gè)位，分鐘的十位、個(gè)位排列，之后按照當(dāng)前時(shí)間設(shè)置撥碼開關(guān)的數(shù)值。此處輸入分別為數(shù)碼管上顯示數(shù)字的二進(jìn)制編碼，打開鬧鐘開關(guān)后發(fā)現(xiàn)喇叭并沒(méi)有響。檢查原理圖和電路板，發(fā)現(xiàn)每個(gè)撥碼開關(guān)的高位到低位是從右向左的，重新調(diào)整撥碼開關(guān)的撥碼后，喇叭持續(xù)發(fā)出1kHz的聲音。關(guān)閉鬧鐘電路的控制開關(guān)后聲音停止，在同一分鐘內(nèi)，再次打開控制開關(guān)，仍然發(fā)出聲音，當(dāng)分鐘改變時(shí)，聲音停止。說(shuō)明鬧鐘電路正常工作。

調(diào)試過(guò)程中，應(yīng)該注意控制開關(guān)的作用。由于設(shè)計(jì)電路的原因，控制開關(guān)有兩個(gè)撥碼開關(guān)接入狀態(tài)，左數(shù)第一個(gè)與電源相接，第二個(gè)與地相接，當(dāng)?shù)诙€(gè)開關(guān)未接通（0）時(shí)不論第一個(gè)撥碼開關(guān)接通與否輸入都為高電平（1），鬧鐘電路工作；當(dāng)狀態(tài)為01時(shí)，鬧鐘電路控制開關(guān)處于打開狀態(tài)，相當(dāng)于鬧鐘電路不工作。但是如果同時(shí)使兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)處于“ON”狀態(tài)，電源直接與地相接，整個(gè)電路都被短路，停止工作。因此調(diào)試時(shí)應(yīng)小心不能同時(shí)撥開兩個(gè)開關(guān)。

⑤調(diào)節(jié)仿廣播臺(tái)報(bào)時(shí)功能

首先通過(guò)校分按鈕使分鐘顯示為59分，當(dāng)秒數(shù)達(dá)到50后，每逢奇數(shù)秒數(shù)會(huì)響一低音聲音，持續(xù)一秒鐘，到達(dá)59分響一高音。實(shí)現(xiàn)來(lái)四聲低音一聲高音的仿廣播電臺(tái)報(bào)時(shí)功能。該電路能夠正常工作。

⑥調(diào)節(jié)仿廣播臺(tái)報(bào)時(shí)功能

打開該電路模塊的控制開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)喇叭一直發(fā)出一秒一響的聲音。電路存在問(wèn)題。找到該模塊的電路，與原理圖對(duì)照的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有一網(wǎng)絡(luò)名寫錯(cuò)，在最后版本的原理圖中沒(méi)有改正過(guò)來(lái)。我們將電路板上相連的LD線用小刀刮斷，通過(guò)導(dǎo)線將正確的兩個(gè)相連的管腳連接后，接通電源，在非整點(diǎn)時(shí)喇叭不再發(fā)聲。

因?yàn)樵撾娐肥窃谛r(shí)數(shù)變化時(shí)工作，所以我們只需要通過(guò)校時(shí)開關(guān)改變小時(shí)數(shù)，而不需要將數(shù)字鐘調(diào)至整點(diǎn)來(lái)測(cè)試電路。

測(cè)試過(guò)程中，首先我們將時(shí)間調(diào)至整點(diǎn)，此時(shí)仿廣播電臺(tái)報(bào)時(shí)與整點(diǎn)報(bào)時(shí)接連工作，我們?cè)跀?shù)整點(diǎn)報(bào)小時(shí)數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)少一聲認(rèn)為可能兩功能報(bào)時(shí)在整點(diǎn)處重疊。

之后再改變校時(shí)按鈕后，聽報(bào)小時(shí)數(shù)是正常的。但多次測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)報(bào)小時(shí)數(shù)的聲音普遍比當(dāng)前的小時(shí)數(shù)少一聲。并且在12→1過(guò)程中，小時(shí)數(shù)報(bào)了12聲。這說(shuō)明該電路中存在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，置數(shù)信號(hào)LD1比置數(shù)要先到達(dá)減法計(jì)數(shù)器導(dǎo)致電路報(bào)了之前的小時(shí)數(shù)，我們通過(guò)接入電容來(lái)增加LD1所在電路的延遲時(shí)間，使置數(shù)先傳到減法器后再有置數(shù)信號(hào)的變化。

在LD1的輸出端與計(jì)數(shù)器74LS191的置數(shù)管腳之間并聯(lián)一個(gè)104電容，注意焊接時(shí)使電容管腳與其他管腳不相接，以免發(fā)生短路情況。并聯(lián)電容后再次測(cè)試，發(fā)現(xiàn)所有時(shí)間的整點(diǎn)報(bào)小時(shí)數(shù)功能所報(bào)聲音數(shù)都正常。

仿廣播電臺(tái)報(bào)時(shí)模塊能夠正常工作。

六、討論、心得 李曉杰：

在本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程我主要承擔(dān)的工作有鬧鐘電路和電源電路的設(shè)計(jì)，利用Proteus對(duì)電路進(jìn)行仿真并修改電路，協(xié)助進(jìn)行電路板的安裝，與組員一起進(jìn)行電路的調(diào)試。

在確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，首先對(duì)給出的電路原理進(jìn)行理解掌握。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)數(shù)字鐘的顯示是一一分開的，因此每一個(gè)個(gè)位、十位都可以看成一個(gè)單獨(dú)的計(jì)數(shù)器，而不能整體地看成秒鐘和分鐘是60進(jìn)制而小時(shí)是從1計(jì)數(shù)到12的11進(jìn)制計(jì)數(shù)器，因?yàn)檫@樣不利于數(shù)碼管每一位的顯示，超過(guò)9的數(shù)無(wú)法通過(guò)7段譯碼器使數(shù)碼管有顯示數(shù)值。另外，整點(diǎn)報(bào)小時(shí)數(shù)電路中通過(guò)D觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)器和置數(shù)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換也值得學(xué)習(xí)。原理部分也加深了我對(duì)邊沿觸發(fā)的理解。

在設(shè)計(jì)鬧鐘電路時(shí)，運(yùn)用了撥碼開關(guān)撥二進(jìn)制數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)鬧鐘時(shí)間的設(shè)定，又用數(shù)值比較器來(lái)確定數(shù)字鐘到達(dá)了設(shè)定時(shí)間。在設(shè)計(jì)過(guò)程，要注意TTL門電路中輸入懸空時(shí)輸入的是高電平，所以設(shè)計(jì)電路時(shí)要注意添加接地，同時(shí)也要加電阻。我們?cè)谠O(shè)計(jì)鬧鐘電路的控制開關(guān)時(shí)經(jīng)過(guò)多次修改，與數(shù)值比較器相連設(shè)置時(shí)間的撥碼開關(guān)電路在此處仿真會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，最終我們確定用兩個(gè)撥碼開關(guān)一個(gè)接電源一個(gè)接地實(shí)現(xiàn)控制作用。電源電路能使8~12V左右的電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的5V左右的電壓，提供了穩(wěn)壓電源，因此電源輸入時(shí)可能有的變化使提供的電壓造成太大的影響，能保證電路的正常工作。

在電路仿真過(guò)程中，我們學(xué)習(xí)了Proteus軟件的使用。Proteus在繪制出電路原理圖后可以很方便地進(jìn)行仿真，同時(shí)還可以提供激勵(lì)電源和虛擬的示波器，方便我們觀察電路中的時(shí)序變化圖和仿真的波形圖。在用Proteus仿真振蕩、分頻電路中，發(fā)現(xiàn)晶振不能起振，在網(wǎng)上查詢發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題很普遍，Proteus仿真振蕩電路是一個(gè)短板，我們可以直接設(shè)置CD4060的振蕩頻率為32768Hz來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩電路的觀察，但是此時(shí)仿真會(huì)提示CPU負(fù)載達(dá)到99~100%使仿真時(shí)間與實(shí)際時(shí)間相差非常大，時(shí)間變化得非常慢，并且在示波器上無(wú)法顯示波形。我們通過(guò)對(duì)顯示出的紅藍(lán)塊指示高低電平經(jīng)過(guò)一段時(shí)間觀察可以看出能得到1Hz的信號(hào)。在后續(xù)仿真中，我們不加入振蕩電路，而通過(guò)給予激勵(lì)電源來(lái)提供輸入信號(hào)。在主體電路調(diào)試中發(fā)現(xiàn)了小時(shí)電路變化至7時(shí)就發(fā)生了進(jìn)位，通過(guò)示波器觀察波形發(fā)現(xiàn)因?yàn)閺?（0111）到8（1000）存在著1變0，0變1的情況使LD瞬間有低電平，而將置數(shù)電路改成在同時(shí)滿足1001情況下置數(shù)可以解決問(wèn)題。后來(lái)發(fā)現(xiàn)將7400改為74LS00后就不會(huì)存在這個(gè)問(wèn)題。在仿真過(guò)程學(xué)習(xí)了Proteus軟件的使用方法，也對(duì)數(shù)字電路的內(nèi)容加深了理解。軟件的仿真與實(shí)際還是存在差別的，并且每個(gè)軟件的長(zhǎng)處和優(yōu)點(diǎn)都不一樣，我們要根據(jù)電路功能選擇合適的軟件進(jìn)行仿真。而我們?cè)谟?jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)時(shí)，置數(shù)電路中只考慮置數(shù)數(shù)字的1信號(hào)，只將1信號(hào)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接至與非門而不考慮0信號(hào)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，是因?yàn)橛?jì)數(shù)是由高到低有順序的，而仿真告訴我們這樣做可能會(huì)在實(shí)際電路中遇到問(wèn)題；7400和74LS00也說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題的存在也與不同類型的芯片有關(guān)系。

調(diào)試過(guò)程加深了我對(duì)各個(gè)芯片作用的理解，也積累了調(diào)試和修改電路的經(jīng)驗(yàn)。我們?cè)谡{(diào)試中也遇到了很多問(wèn)題，首先電路在設(shè)計(jì)繪制時(shí)有一網(wǎng)絡(luò)名寫錯(cuò)，在修改時(shí)我們將連線斷開后用導(dǎo)線重新連線解決了問(wèn)題。在實(shí)際電路調(diào)試中，我們也遇到了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的問(wèn)題，通過(guò)增加電容延時(shí)的方法來(lái)解決問(wèn)題。在調(diào)試過(guò)程中，理解了增加并聯(lián)電容通過(guò)電容的充放電來(lái)延遲電平達(dá)到的時(shí)間來(lái)達(dá)到延遲目的。我們也對(duì)開關(guān)防抖動(dòng)電路加深了理解，開關(guān)防抖動(dòng)是通過(guò)一個(gè)RC電路來(lái)減輕開關(guān)抖動(dòng)產(chǎn)生的時(shí)間很短的脈沖尖刺等造成電路的變化，可以通過(guò)R、C來(lái)改變時(shí)間常數(shù)達(dá)到防抖動(dòng)。

這次實(shí)驗(yàn)幫助我們對(duì)數(shù)字電路的知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)和加深理解，數(shù)字電路的理論多數(shù)是邏輯問(wèn)題，當(dāng)邏輯正確時(shí)，實(shí)際電路中會(huì)遇到的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)、開關(guān)抖動(dòng)、尖刺等現(xiàn)象，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中更清晰地展現(xiàn)在我們面前，也讓我們掌握對(duì)這些問(wèn)題的解決方法。另外，我覺(jué)得我們?cè)谠O(shè)計(jì)原理圖和繪制PCB板時(shí)對(duì)后續(xù)問(wèn)題的預(yù)見和為調(diào)試過(guò)程做準(zhǔn)備的意識(shí)有待增強(qiáng)，我們可以提前增加多余的引腳方便我們接示波器等設(shè)備對(duì)波形進(jìn)行測(cè)量。這是我們需要提高的能力。張晨靖：

通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我學(xué)習(xí)了中規(guī)模集成電路如何設(shè)計(jì)制作數(shù)字電路系統(tǒng)，了解了數(shù)字鐘的基本功能和擴(kuò)展功能的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，學(xué)會(huì)使用protuesISIS軟件進(jìn)行電路的仿真以及仿真出錯(cuò)后怎樣快速尋找問(wèn)題原因并進(jìn)行修調(diào)，同時(shí)進(jìn)一步熟練了AD軟件的使用和電路板的安裝調(diào)試。

在此次實(shí)驗(yàn)中，我們小組三個(gè)組員都有各自的分工，我主要負(fù)責(zé)答辯ppt的準(zhǔn)備、電路的仿真分析和部分電路的修改以及最后的電路調(diào)試等。

在進(jìn)行電路仿真的過(guò)程中，由于是第一次使用protues ISIS軟件，我一開始還不太熟悉軟件的操作方法和功能。開始的時(shí)候我認(rèn)為在AD中已經(jīng)繪制完成的原理圖應(yīng)當(dāng)存在某種方法可以直接兼容至ISIS使用而無(wú)需重新繪制，后來(lái)查詢了各種資料，發(fā)現(xiàn)ISIS的電路圖可以在AD中打開，而AD中的原理圖無(wú)法使用ISIS打開，所以最后我們決定重新繪制一遍原理圖。

在protues中畫好原理圖后，我們開始進(jìn)行電路仿真。但仿真一開始，就立刻出現(xiàn)了問(wèn)題，電路的分、秒顯示和進(jìn)位都正確，但是小時(shí)的計(jì)數(shù)功能在進(jìn)制卻有錯(cuò)誤，出現(xiàn)了滿7復(fù)0的情況，即狀態(tài)為0→1→2→3→4→5→6→7→10→11→12→0。我們分析錯(cuò)誤原因，觀察仿真顯示的高低電平，發(fā)現(xiàn)D觸發(fā)器的輸入沒(méi)有任何變化，但輸出卻會(huì)自行變化，我們知道，因?yàn)镈觸發(fā)器的下一位輸出狀態(tài)是取決于上一位輸入的，所以對(duì)于這一現(xiàn)象的發(fā)生完全不能理解，另外，74191計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換也存在問(wèn)題，當(dāng)輸出狀態(tài)達(dá)到0111時(shí)，下一狀態(tài)就會(huì)變成0000，即高位一直無(wú)法出現(xiàn)1狀態(tài)。

在請(qǐng)教過(guò)老師之后，老師建議我們?cè)诜抡骐娐分刑砑邮静ㄆ饔^察波形，于是我們?cè)贖11（74191計(jì)數(shù)器的Q1）、H12（74191計(jì)數(shù)器的Q2）、H13（74191計(jì)數(shù)器的Q3）和LD四處防止了示波器探針，并再次執(zhí)行仿真，這一次我們通過(guò)觀察波形發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題所在。

當(dāng)0111轉(zhuǎn)換為1000狀態(tài)時(shí)，Q3從0變成1，Q0、Q1、Q2則應(yīng)“同時(shí)”從1變成0，電路中出現(xiàn)了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，而原本的進(jìn)位信號(hào)是Q3=1，Q0=1，在狀態(tài)改變的過(guò)程中出現(xiàn)了7直接進(jìn)位的情況，而我們之前觀察到的的觸發(fā)器輸入沒(méi)有變化，輸出卻發(fā)生了變化的現(xiàn)象也找到了原因，是因?yàn)槲覀冮_始觀察電平高低變化的方法無(wú)法顯示出電路波形的跳變，即當(dāng)信號(hào)快速變化又快速跳回時(shí)，肉眼是看不到電平有所變化的，而我們采用示波器就可以很明顯地看到這一現(xiàn)象了。分析出電路問(wèn)題原因后，我們也很快地找到了解決問(wèn)題的方法，將原本的進(jìn)位信號(hào)Q3=1，Q0=1改為Q3=1，Q2=0，Q1=0，Q0=1，這樣只有四位到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)后，才會(huì)產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)，再次仿真就發(fā)現(xiàn)功能已經(jīng)可以正確實(shí)現(xiàn)了。

之后的仿真都比較順利，在獲得了正確的仿真結(jié)果后，我們心里也變得有底，覺(jué)得電路板焊接完成后應(yīng)該也不會(huì)出現(xiàn)大的問(wèn)題，但真正安裝完成電路板進(jìn)行調(diào)試時(shí)還是出現(xiàn)了一些問(wèn)題。

調(diào)試的第一天上午，我們的電路板的功能基本還正確，但下午回來(lái)后再進(jìn)行調(diào)試一段時(shí)間后，卻發(fā)現(xiàn)數(shù)字鐘的分突然不顯示了，并且芯片U22發(fā)燙非常嚴(yán)重，后來(lái)我們找老師更換了一塊芯片，發(fā)現(xiàn)數(shù)字鐘工作一段時(shí)間之后芯片還是會(huì)微微發(fā)熱，懷疑是電路哪里存在短路問(wèn)題，但是測(cè)量芯片接地和連接VCC的管腳，發(fā)現(xiàn)電壓是正常的，直觀來(lái)看電路板的器件焊接也沒(méi)有明顯問(wèn)題，所以一直也沒(méi)有找到芯片發(fā)熱的具體原因，好在之后的調(diào)試我們會(huì)時(shí)常留意U22的溫度，沒(méi)有再出現(xiàn)嚴(yán)重發(fā)燙的問(wèn)題。

另外數(shù)字鐘還有一個(gè)問(wèn)題，就是整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能不準(zhǔn)確，到達(dá)1點(diǎn)時(shí)會(huì)報(bào)時(shí)12聲，2點(diǎn)會(huì)報(bào)時(shí)1聲，3點(diǎn)會(huì)報(bào)時(shí)2聲等等，以此類推。我們分析認(rèn)為，出現(xiàn)這種整點(diǎn)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，原因應(yīng)該是邏輯控制電路的與非門延時(shí)時(shí)間不夠，也產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，查詢資料和講義后我們覺(jué)得可以直接接入一個(gè)小電容，延長(zhǎng)延時(shí)獲得正確的報(bào)時(shí)數(shù)，在接入電容之后，這一問(wèn)題得到了解決。

在板子的裝調(diào)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)了之前電路的設(shè)計(jì)上存在一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，很多實(shí)際電路中可能存在的細(xì)節(jié)在先前的設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮到。比如部分電容的封裝選擇不合適，導(dǎo)致焊接時(shí)接入不便，也影響了電路的美觀，還有校時(shí)電路的濾波電容距離主體較遠(yuǎn)，對(duì)于抖動(dòng)的消除作用很不明顯，另外，定時(shí)電路的撥碼開關(guān)排布也很不方便操作，我們定時(shí)電路撥碼開關(guān)的排布十位個(gè)位順序和表示某位數(shù)字的二進(jìn)制高低位是相反的，導(dǎo)致調(diào)節(jié)定時(shí)時(shí)刻不方便等，這讓我更加深刻地意識(shí)到，電路板的設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷調(diào)整不斷完善的過(guò)程，需要考慮到各種實(shí)際情況，才能設(shè)計(jì)出美觀實(shí)用的電路板。另外，我們?cè)谡{(diào)試過(guò)程中不斷的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、尋找原因、探索解決方法，進(jìn)一步完善電路板的功能，這一過(guò)程需要足夠的耐心和嚴(yán)謹(jǐn)，有時(shí)解決一個(gè)問(wèn)題需要嘗試多種方法，尋找最佳方案，才能最終獲得一個(gè)功能比較健全的電路板，獲得一個(gè)自己滿意的結(jié)果。

陳肖葦：

這次實(shí)驗(yàn)主要擔(dān)任的工作是原理圖主體部分以及兩個(gè)擴(kuò)展部分的繪制，PCB的全部設(shè)計(jì)以及修改過(guò)程，PCB的安裝與焊接以及電路板的調(diào)試幾個(gè)過(guò)程，下面我講分塊講一下我在幾個(gè)方面的心得體會(huì)：

PCB版圖的設(shè)計(jì)與修改 為了節(jié)約時(shí)間考慮，所以在原理圖繪制完成之后，PCB版圖就和原理圖的仿真同步進(jìn)行了，但是由于一些細(xì)節(jié)上的原因，導(dǎo)致提前進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)并沒(méi)有很好的提高時(shí)間利用率。

PCB版圖的繪制主要包括了元器件的導(dǎo)入與檢查，排版，手動(dòng)布線與自動(dòng)布線，手動(dòng)布線更改，以及原理圖更改邏輯設(shè)計(jì)之后的大改和經(jīng)過(guò)老師檢查之后的大改幾部分組成。

首先第一步就是進(jìn)行元器件的導(dǎo)入，但是導(dǎo)入之后，經(jīng)過(guò)元器件的對(duì)比檢查之后，發(fā)現(xiàn)一些元器件的封裝不對(duì)，或者是一些元器件甚至沒(méi)有選擇封裝，于是經(jīng)過(guò)了更改之后，繼續(xù)進(jìn)行下面的工作。

接下來(lái)，進(jìn)行的是元器件的排版工作。首先最容易想到的就是將數(shù)碼管顯示器即數(shù)字鐘的顯示部分放到板子的最上方，這樣可以一眼就看到整個(gè)電路的工作性質(zhì)；其次就是想到了要將手動(dòng)校時(shí)和鬧鐘開關(guān)等按鍵以及開關(guān)放在板子的最下面，方便進(jìn)行操作；至于其它的部分，主要就是為了美觀進(jìn)行了一個(gè)相對(duì)整齊的排布，同時(shí)也留出了一定的空間，為以后的布線留下余地。當(dāng)然，中間這一步并沒(méi)有按照功能排布，僅僅是按照美觀排布，為版子的功能實(shí)現(xiàn)埋下了隱患（雖然這個(gè)隱患經(jīng)過(guò)老師指導(dǎo)后進(jìn)行了大改，已經(jīng)基本排除，但是修改的過(guò)程也是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，以后盡可能要做到一步到位）；其次，經(jīng)過(guò)這一次的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)當(dāng)初元器件之間留下的空間對(duì)于這么大的一個(gè)工程來(lái)說(shuō)還是相當(dāng)有限的，以后對(duì)于空間要有更合理的把握。

圖1：main_saved2(排好版)接下來(lái)，就是進(jìn)行布線了。因?yàn)樯弦淮蔚碾娮庸こ逃?xùn)練，我全部都是手動(dòng)布的線，所以這一次是第一次嘗試自動(dòng)布線，結(jié)果發(fā)現(xiàn)自動(dòng)布線速度這么快，看起來(lái)結(jié)果也很可靠，所以我還有一點(diǎn)驚喜，因?yàn)樯弦淮尾季€所耗費(fèi)的時(shí)間實(shí)在是太久了，下面就是布線之后的版圖。

圖2：main_saved3(第一次自動(dòng)布線)然而這樣的自動(dòng)排版的最大的問(wèn)題就是電源和地線過(guò)細(xì)，而且又不能直接批量修改，因?yàn)樵趦?nèi)部的地方，直接修改會(huì)導(dǎo)致電路互聯(lián)，引起短路。所以，我參考了一下別人設(shè)計(jì)的版圖，于是設(shè)計(jì)成了將電源和地在外圈周圍布線，然后通過(guò)橫向的布線將電源和地導(dǎo)入到所需位置，經(jīng)修改后的電路板如下：

圖3：電源和地布完

上面這塊板子算是我們第一版的最終版了，這是基于我們?cè)O(shè)計(jì)是正確的前提。幾乎就在我布完線的同時(shí)，曉杰她們的仿真結(jié)果出來(lái)了，小時(shí)的翻轉(zhuǎn)是不正確的，所以我們?cè)谟懻摿酥?，?duì)小時(shí)控制電中的D觸發(fā)器的輸入邏輯進(jìn)行了修改，然后加入了兩個(gè)芯片，分別是74LS04的非門和74LS20的與非門。因?yàn)殡娐钒鍍?nèi)部沒(méi)有空隙，所以考慮將兩片芯片放在了右下角單獨(dú)開出的一片小區(qū)域里。如下圖：

圖4：邏輯錯(cuò)誤修改 修改完邏輯錯(cuò)誤之后就產(chǎn)生了我們電路的第二版的最終版，然后就拿去給老師檢查我們的板子有沒(méi)有什么問(wèn)題。經(jīng)過(guò)檢查之后，老師給我們指出了兩個(gè)比較重要的設(shè)計(jì)失誤，一個(gè)就是電源的四個(gè)濾波電容離電源太遠(yuǎn)，效果不好，二是晶振和14次分頻器距離太遠(yuǎn)。于是回去之后我就將這兩部分電路單獨(dú)拿了出來(lái)，放在了右上方，改正了電路設(shè)計(jì)沒(méi)有按功能排在一起的失誤。修改后的部分如下圖：

圖5：修改后的電源電路

圖6：修改后的晶振電路 經(jīng)過(guò)以上三大步的修改，在對(duì)一些小的地方自動(dòng)布線沒(méi)有解決的錯(cuò)誤進(jìn)行修改之后，產(chǎn)生了我們上交的電路的最終版，如下

圖7：最終上交版

在這份最終上交版中，經(jīng)過(guò)老師的檢查，還是發(fā)現(xiàn)了四處錯(cuò)誤，分別是兩根連線沒(méi)有連上，以及兩個(gè)過(guò)孔沒(méi)有打通。這既是我當(dāng)時(shí)檢查不夠仔細(xì)導(dǎo)致的問(wèn)題，同時(shí)也是我不會(huì)使用DRC的原因，在電路板發(fā)下來(lái)之后，經(jīng)過(guò)向老師請(qǐng)教，知道了如何用軟件檢查布線的結(jié)果，即DRC(design rule check 設(shè)計(jì)規(guī)則檢查)，極大的減少了以后出現(xiàn)這種細(xì)節(jié)性錯(cuò)誤的可能性，也算是一種進(jìn)步吧。

這塊PCB板總共花了我一天的時(shí)間進(jìn)行排版和布線，然后花了整整三天的時(shí)間，更改銅線的粗細(xì)，修改電源和晶振電路，然后還修改了四十多處沒(méi)連上或者過(guò)孔沒(méi)打通的錯(cuò)誤，不得不說(shuō)PCB的設(shè)計(jì)是一個(gè)集技術(shù)與耐心于一體的工作。四天的時(shí)間里讓我對(duì)PCB的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了更深刻的認(rèn)識(shí)，包括電源和地的布線方式，模塊化設(shè)計(jì)的方法以及DRC確認(rèn)設(shè)計(jì)等等，同時(shí)也切身的體會(huì)到了自己經(jīng)驗(yàn)的不足，也有了以后努力的方向。

調(diào)試過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)談

調(diào)試的具體過(guò)程已經(jīng)附在上文的安裝與調(diào)試環(huán)節(jié)了，所以在此就不再贅述了，這里簡(jiǎn)單講一下在調(diào)試過(guò)程中所發(fā)現(xiàn)的一些設(shè)計(jì)上的注意事項(xiàng)以及小組成員溝通之間的注意事項(xiàng)。

在這次的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的主要的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和不合理的地方有網(wǎng)絡(luò)名在組員的原理圖更改之后沒(méi)有更新，鬧鐘的數(shù)值比較器比較的開關(guān)和計(jì)數(shù)器的二進(jìn)制順序相反，沒(méi)有設(shè)計(jì)自啟動(dòng)，以及整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能存在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，以及按鈕開關(guān)存在較大不確定性等問(wèn)題。

其中，網(wǎng)絡(luò)名的問(wèn)題屬于組內(nèi)成員溝通問(wèn)題，因?yàn)樽谝黄?，我們此次的交流基本上就是將原理圖直接發(fā)給對(duì)方，然后口頭告訴對(duì)方所更改的地方，然后對(duì)方再將所修改的地方直接復(fù)制過(guò)去。這種交流方式的優(yōu)點(diǎn)當(dāng)然就是交流效率非常高，但是缺點(diǎn)就是如果一次性有太多修改的時(shí)候，尤其是只是更改網(wǎng)絡(luò)名，而沒(méi)有更改其他設(shè)計(jì)的時(shí)候，容易被忽視。建議以后如果需要一個(gè)小組一起努力完成一個(gè)項(xiàng)目的話，每次都應(yīng)該將自己修改過(guò)的地方寫成文檔，讓其他成員按照文檔修改，而且這樣以后在調(diào)試的時(shí)候也有可以參考的文獻(xiàn)。

而對(duì)于數(shù)值比較器的問(wèn)題，設(shè)計(jì)的時(shí)候是按3210的數(shù)序進(jìn)行高低比較的，但是撥碼開關(guān)上的順序是1234（錯(cuò)位的以為因?yàn)椴挥绊懻５拇竽X譯碼，所以不考慮，即對(duì)人腦來(lái)說(shuō)不論是3210，還是4321只要是連續(xù)的四位數(shù)，結(jié)果都是一樣的），因此出現(xiàn)的問(wèn)題就是邏輯上的高低和物理上的高低相反，因此對(duì)于單個(gè)撥碼開關(guān)使用的時(shí)候，最高位在右邊，要從右向左讀數(shù)，增加了使用難度，而讓用戶違反常規(guī)思維使用，讓用戶適應(yīng)產(chǎn)品的做法，是一款產(chǎn)品設(shè)計(jì)的非常大的缺陷，這也是以后在設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品的時(shí)候要考慮的重要問(wèn)題——在功能以及價(jià)格相同的時(shí)候，用戶體驗(yàn)往往決定了產(chǎn)品的出路。

圖8：撥碼開關(guān)的設(shè)計(jì)問(wèn)題

至于沒(méi)有設(shè)計(jì)自啟動(dòng)，也是一個(gè)很嚴(yán)重的問(wèn)題，雖說(shuō)剛通電的時(shí)候，數(shù)字中可以處在任何有用的狀態(tài)，但有時(shí)候進(jìn)去就是10：62，這樣還要通過(guò)校時(shí)30多秒才能進(jìn)入正常的循環(huán)，這也是一個(gè)弊端。鑒于修改自啟動(dòng)問(wèn)題需要對(duì)整個(gè)電路的邏輯進(jìn)行修改，工作量很大，而且對(duì)電路整體功能影響不大，所以這一問(wèn)題我們小組暫未修改，且經(jīng)過(guò)所有其他調(diào)整之后，一般開機(jī)后會(huì)處于10：00（不穩(wěn)定），已經(jīng)不需要很長(zhǎng)的校時(shí)調(diào)整。

至于整點(diǎn)報(bào)時(shí)不準(zhǔn)確的問(wèn)題，開始的時(shí)候我們以為是計(jì)數(shù)器少數(shù)了一個(gè)，或者是和電臺(tái)報(bào)時(shí)重疊。但我仔細(xì)考慮了一下，認(rèn)為事實(shí)并不是這樣，因?yàn)樵趺聪胍膊挥X(jué)得每次計(jì)數(shù)器都會(huì)少數(shù)，原因肯定在輸入數(shù)據(jù)部分。結(jié)果接下來(lái)就發(fā)現(xiàn)了1點(diǎn)的時(shí)候報(bào)時(shí)是響12下，于是，我立馬確定了錯(cuò)誤是跟我想的一樣，存在于輸入部分，即輸入部分存在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)——時(shí)鐘脈沖到達(dá)時(shí)，對(duì)應(yīng)的譯碼器因?yàn)楸姸嚅T電路的延時(shí)還沒(méi)有將新的狀態(tài)傳遞過(guò)來(lái)，減法計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)輸入端還是上一個(gè)狀態(tài)，然后當(dāng)時(shí)鐘到達(dá)時(shí)，置入了上一個(gè)狀態(tài)，所以才存在報(bào)時(shí)的錯(cuò)位現(xiàn)象。修改的關(guān)鍵就是延遲時(shí)鐘信號(hào)的到達(dá)，修改方案有加兩級(jí)反相器或者加上一個(gè)電容進(jìn)行延時(shí)，因在調(diào)試的時(shí)候加入反相器過(guò)于麻煩，選擇了第二個(gè)方案，即加上一個(gè)電容進(jìn)行延時(shí)。經(jīng)過(guò)修改之后，整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能正常，符合設(shè)計(jì)要求。

圖9：整點(diǎn)報(bào)時(shí)的數(shù)據(jù)輸入端最多經(jīng)過(guò)了三段延時(shí)

最后，不得不說(shuō)這么大的一個(gè)項(xiàng)目真的是對(duì)自己的一個(gè)鍛煉，不僅僅開始的時(shí)候要進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)和改錯(cuò)，要耗費(fèi)那么長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行一個(gè)PCB的設(shè)計(jì)和修改，要把一塊漏洞百出的電路調(diào)試到正常狀態(tài)，無(wú)論哪一步都很燒腦子，但是無(wú)論哪一步收獲都很大。

我還要感謝我的兩個(gè)可愛(ài)的組員，沒(méi)有她們協(xié)助和付出，憑我一個(gè)人，很難在這么短的時(shí)間內(nèi)完成這么一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的全過(guò)程。還要感謝王老師的指導(dǎo)，指出了我們電路設(shè)計(jì)的不合理的地方，并告訴了我們修改方式，并且因?yàn)橹拔也粫?huì)DRC，在板子加工之前還幫我們修正了四處設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，使我們調(diào)試過(guò)程中的工作量極大的降低。

附錄：原始調(diào)試記錄

調(diào)試日期：2016/7/17 早上來(lái)到，安裝好芯片和撥碼開關(guān)之后，我們就安上了電源，開始了調(diào)試過(guò)程。? UH2引腳錯(cuò)誤（沒(méi)錯(cuò)，是兩個(gè)等效的網(wǎng)絡(luò)）

? 開關(guān)與計(jì)數(shù)器大小順序，對(duì)應(yīng)撥碼開關(guān)右側(cè)為高位（對(duì)應(yīng)問(wèn)題）? H1H2對(duì)應(yīng)順序等

? 開關(guān)沒(méi)有防抖動(dòng)，長(zhǎng)按可正常調(diào)時(shí)（大部分），短按不確定 ? 6，9不好看

? 電臺(tái)報(bào)時(shí)和整點(diǎn)報(bào)時(shí)重疊 ? 沒(méi)有設(shè)計(jì)自啟動(dòng)

? 網(wǎng)絡(luò)名不對(duì)（LD與LD1，外加飛線）下午調(diào)試：

1． 長(zhǎng)按的不確定性

2． 分鐘和小時(shí)按鍵互相影響 3． 版子震動(dòng)會(huì)改變狀態(tài)

4． 分鐘不顯示——390發(fā)燙——按鍵失靈——整點(diǎn)報(bào)時(shí)一直響——換掉芯片，恢復(fù)正常。5． 整點(diǎn)報(bào)時(shí)少一聲（或許是重疊）

調(diào)試日期：2016/7/18 接著昨天的進(jìn)行調(diào)試，認(rèn)為需要修改的主要存在以下三個(gè)方面 ? U22即74LS390存在發(fā)熱現(xiàn)象

? 整點(diǎn)報(bào)時(shí)存在錯(cuò)位現(xiàn)象（加電容延時(shí)）

? 按鈕開關(guān)存在抖動(dòng)現(xiàn)象，長(zhǎng)按正常，短按不確定（懷疑是版子震動(dòng)問(wèn)題，換成撥碼開關(guān)并固定住版子，功能正常）

設(shè)計(jì)的不合理：

撥碼開關(guān)方向，按鈕開關(guān)，鬧鐘開關(guān)

因未出現(xiàn)亂碼問(wèn)題，所以開關(guān)上沒(méi)有出現(xiàn)對(duì)應(yīng)功能的提示，這也是一個(gè)很大的遺憾。

AD布線

1.交互式布線：小鍵盤上的星號(hào)；或者shift+ctrl+滾輪 2.先自動(dòng)布線，后手動(dòng)布線 3.電源和地繞圈布線

1.PCB板留白問(wèn)題——方便修改

2.電源和地的雙層布線問(wèn)題——分不同層，同時(shí)繞圈，區(qū)分縱橫

3.模塊化設(shè)計(jì)的重要性——同一功能的元件盡量放在一起，尤其是電源，晶振等地方的電容，不然就沒(méi)用惹。

4.布線查錯(cuò)：design——DRC——右下角message——下方窗口

小組分工：

李曉杰：答辯展示，鬧鐘電路原理圖繪制，電路行為仿真，原理圖修改，電路調(diào)試 張晨靖：答辯PPT制作，電路行為仿真，原理圖修改，電路調(diào)試 陳肖葦：答辯展示，原理圖主體部分及整點(diǎn)報(bào)時(shí)和仿電臺(tái)報(bào)時(shí)部分繪制，PCB排版布線，PCB版修改，PCB版焊接，電路調(diào)試

第五篇：數(shù)字電子鐘課程設(shè)計(jì)

目錄

一． 引言???????????????????????2

二． 課程設(shè)計(jì)目的???????????????????2

三． 設(shè)計(jì)所需要的器材?????????????????2

四． 課程設(shè)計(jì)原理???????????????????2

五． 課程設(shè)計(jì)各個(gè)部分模塊的介紹????????????2

1.振蕩器????????????????????????????2.2.分頻器????????????????????????????3.3.計(jì)數(shù)器???????? ????????????????????3.4．譯碼器????????????????????????????3

5.顯示器????????????????????????????4

6.正點(diǎn)報(bào)時(shí)的擴(kuò)展電路??????????????????????4

六．設(shè)計(jì)總結(jié)??????????????????????4

七．心得體會(huì)??????????????????????4

八．各部分電路圖???????????????????5—8

九．總電路圖?????????????????????.9

一．引言

當(dāng)今時(shí)代，電子技術(shù)迅猛發(fā)展，各種各樣的電子產(chǎn)品也相繼出現(xiàn)，數(shù)字電子鐘也應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字電子鐘能夠?qū)r(shí)間以數(shù)字的形式直觀地展現(xiàn)出來(lái)，讓人們更加清楚地掌握時(shí)間，因此備受人們的青睞。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以“時(shí)”、“分”、“秒”的形式直觀地顯示時(shí)間。它已成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚囊徊糠?，廣泛地應(yīng)用在各家各戶以及車站等公共場(chǎng)所，數(shù)字鐘的廣泛應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義，由于數(shù)字集成電路的發(fā)展,使得數(shù)字電子鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式鐘表, 而且具有較好報(bào)時(shí)功能。本設(shè)計(jì)采用各種集成電路，進(jìn)行了一個(gè)具有正點(diǎn)報(bào)時(shí)功能的數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)。由于本人能力有限，設(shè)計(jì)中如有不足之處，還請(qǐng)老師批評(píng)指正。

二．課程設(shè)計(jì)目的1.獨(dú)立完成一個(gè)數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)；

2.了解和掌握用數(shù)字集成電路來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字鐘的基本原理和方法；

3.掌握N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與并了解一些常用的電子芯片的功能；

4.進(jìn)一步鞏固所學(xué)到的理論知識(shí)，并應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題；

三．設(shè)計(jì)所需要的器材

1.555定時(shí)器一個(gè)

2.電阻：2K、10K、5.1K、0.3K各一個(gè)；1K電阻42個(gè)

3.電容：0.1ūF、0.01ūF各一個(gè)

4.芯片：74LS90（三個(gè)）、74LS161(兩個(gè))CD4518一個(gè)、CD4511（六個(gè)）

5.共陰極七段顯示器（六個(gè)）

6.喇叭1個(gè)

四．課程設(shè)計(jì)原理

數(shù)字鐘是由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器以及具有正點(diǎn)報(bào)時(shí)功能的擴(kuò)展電路所構(gòu)成的。

欲設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電子鐘，首先應(yīng)該有一個(gè)脈沖源（能夠自動(dòng)的產(chǎn)生穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖信號(hào)），即為振蕩器；但是一般脈沖源所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)的頻率較高，所以，就需要使用分頻器對(duì)其進(jìn)行分頻，從而得到適合用來(lái)計(jì)時(shí)的秒脈沖信號(hào)，即頻率為1Hz的秒脈沖信號(hào)；經(jīng)過(guò)分頻器輸出的秒脈沖信號(hào)，再進(jìn)入計(jì)數(shù)器當(dāng)中進(jìn)行計(jì)數(shù)，又由于在計(jì)數(shù)時(shí)，北京時(shí)間規(guī)定60秒為一分鐘，60分鐘為一小時(shí)，24小時(shí)為一天，因此就需要兩個(gè)60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器和一個(gè)24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器；計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)完畢后再經(jīng)過(guò)譯碼器進(jìn)行譯碼；最后在顯示器中將累計(jì)結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的形式顯示出來(lái)。能夠正點(diǎn)報(bào)時(shí)的擴(kuò)展電路完成了對(duì)整時(shí)的提示，使人們能夠更清楚地掌握時(shí)間。圖1為數(shù)字鐘的邏輯框圖。

五．課程設(shè)計(jì)各個(gè)部分模塊的介紹

1.振蕩器

振蕩器的精確度和穩(wěn)定性對(duì)電子鐘的質(zhì)量影響最大，石英晶體振蕩器具有震

蕩頻率準(zhǔn)確、頻率容易調(diào)整且電路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但一般來(lái)講，如果振蕩器的頻率和其計(jì)時(shí)精度越高，則其耗電量越大。555定時(shí)器是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙地結(jié)合在一起的中規(guī)模集成電路，功能靈活，所以本設(shè)計(jì)采用由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器。555定時(shí)器由電阻分壓器、比較器、基本RS觸發(fā)器、雙極型三極管T和輸出緩沖器組成，其外部有八個(gè)引腳，第8腳為電源端，第1腳為接地端，第3腳為輸出端，第4腳為直接復(fù)位端，第5腳為控制電壓輸入端，第6腳為復(fù)位控制端，第2腳為置位控制端，第7腳為放電端。圖2為由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器的電路圖，圖3為555定時(shí)器的引腳圖。R為可調(diào)電阻，調(diào)節(jié)R1時(shí)可以得到相應(yīng)頻率的信號(hào)輸出。

2.分頻器

由于振蕩器所產(chǎn)生的信號(hào)頻率很高，因此需要由分頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)頻率的調(diào)整，從而得到頻率為1Hz的脈沖信號(hào)，本設(shè)計(jì)采用3片中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器74LS90來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而得到設(shè)計(jì)所需要的秒脈沖信號(hào)，其電路圖如圖4所示。

3.計(jì)數(shù)器

“秒”和“分”計(jì)數(shù)器應(yīng)當(dāng)采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而“時(shí)”計(jì)數(shù)器應(yīng)當(dāng)采用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。秒脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)六級(jí)計(jì)數(shù)器以后，分別得到“秒”的個(gè)位、十位，“分”的個(gè)位、十位，“時(shí)”的個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)。

60進(jìn)制計(jì)數(shù)：“秒”和“分”的計(jì)數(shù)都需要60進(jìn)制，本設(shè)計(jì)根據(jù)《電子技術(shù)》課本中提到的知識(shí)，采用兩片74LS161組成256進(jìn)制計(jì)數(shù)器后再用反饋歸零法來(lái)組成60進(jìn)制計(jì)數(shù)，其中，“秒”十位是六進(jìn)制，“秒”個(gè)位是十進(jìn)制其電路圖如圖5所示。74LS161芯片的引腳排列圖和邏輯功能示意圖如圖6所示。圖中C是輸入計(jì)數(shù)脈沖，CR非是清零端，LD非是置數(shù)端，CTp和CTt是計(jì)數(shù)工作狀態(tài)控制端，D0～D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，CO是進(jìn)位信號(hào)輸出端，Q0～Q3是計(jì)數(shù)器狀態(tài)輸出端。

24進(jìn)制計(jì)數(shù)：“時(shí)”的計(jì)數(shù)是24進(jìn)制計(jì)數(shù)，本設(shè)計(jì)采用CD4518來(lái)實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制計(jì)數(shù)，CD4518是一個(gè)同步加法計(jì)數(shù)器，在一個(gè)封裝中含有兩個(gè)可互換二/十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其功能引腳分別為1～7和9～{15}.該CD4518計(jì)數(shù)器是單路系列脈沖輸入（1腳或2腳；9腳或10腳），4路BCD碼信號(hào)輸出（3腳～6腳；{11}腳～{14}腳）。完成24進(jìn)制計(jì)數(shù)的電路圖如圖7所示，CD4518的引腳圖如圖8所示。

4．譯碼器

我們?cè)谛滦^(qū)做電子試驗(yàn)時(shí)，在“譯碼器及其應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)中曾用到芯片CD4511，對(duì)其較為熟悉，因此本設(shè)計(jì)采用數(shù)字顯示譯碼器CD4511，來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器傳來(lái)的信號(hào)的譯碼功能。譯碼是編碼的逆過(guò)程，即，將給定的代碼進(jìn)行翻譯的過(guò)程。當(dāng)計(jì)數(shù)器所采用的碼制不同時(shí)，譯碼電路也會(huì)隨之不同。CD4511內(nèi)接有

上拉電阻，故只需在輸入端與數(shù)碼管筆段之間傳入限流電阻即可工作。其特點(diǎn)為：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。CD4511的引腳圖如圖9所示。

5顯示器

本設(shè)計(jì)用七段發(fā)光二極管來(lái)顯示譯碼器所輸出的數(shù)字，顯示器有共陽(yáng)極顯示器和共陰極顯示器兩種，而74LS48譯碼器所對(duì)應(yīng)的顯示器是共陰極（接地）顯示器。LED7段顯示器的外形圖及二極管的連接方式如圖10所示。

6.正點(diǎn)報(bào)時(shí)的擴(kuò)展電路

該正點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能為：最外端對(duì)其安裝一個(gè)喇叭，每當(dāng)正點(diǎn)到來(lái)時(shí)，按4次低音和一次高音的順序發(fā)出間斷聲響，最后一聲高音結(jié)束的時(shí)刻正好是正點(diǎn)。設(shè)聲響為一秒鐘，則相鄰聲響時(shí)刻為2秒，則低音發(fā)聲時(shí)刻分別為59分51秒、53秒、55秒、57秒，高音發(fā)聲時(shí)刻為59分59秒，由此可定出每次聲響的時(shí)刻。部分門電路控制音響，輸入有時(shí)、分的各相應(yīng)位的控制組合。設(shè)高低音頻率分別為512Hz和1024Hz。其電路圖如圖11所示。

六．設(shè)計(jì)總結(jié)

本數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)是由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器和正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路所組成。但本設(shè)計(jì)電路的缺點(diǎn)是：沒(méi)有設(shè)計(jì)校時(shí)電路，即據(jù)該方案進(jìn)行生產(chǎn)得到的產(chǎn)品并無(wú)校時(shí)功能；且其只能正點(diǎn)報(bào)時(shí)，而不能報(bào)整時(shí)數(shù)。該設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)是：采用北京時(shí)間計(jì)時(shí)，直接將時(shí)間以數(shù)字形式表現(xiàn)出來(lái)、精確度較高、走時(shí)穩(wěn)定、使用方便、且它具有正點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。本設(shè)計(jì)采用有集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器組成，由它得到高頻信號(hào)；再將此信號(hào)傳至由3片中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器74LS90相串聯(lián)得到的分頻器中，從而得到我們計(jì)時(shí)所需要的秒信號(hào)（頻率為1Hz的秒信號(hào)）；之后再將該信號(hào)傳至計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性直接影響數(shù)字表的準(zhǔn)確，且計(jì)數(shù)器部分是我們《電子技術(shù)》課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，計(jì)數(shù)器包括兩部分，即24進(jìn)制計(jì)數(shù)和60進(jìn)制計(jì)數(shù)，本設(shè)計(jì)24進(jìn)制計(jì)數(shù)采用CD4518來(lái)實(shí)現(xiàn)，60進(jìn)制采用我們《電子技術(shù)》課本上學(xué)到的方法：采用兩片74LS161組成256進(jìn)制計(jì)數(shù)器后再用反饋歸零法來(lái)組成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器；經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確計(jì)數(shù)后，再將信號(hào)傳至譯碼器，由于我們?cè)谛滦^(qū)做電子試驗(yàn)時(shí)，在“譯碼器及其應(yīng)用”試驗(yàn)中曾用到芯片CD4511，故本設(shè)計(jì)采用顯示譯碼器CD4511,來(lái)進(jìn)行對(duì)來(lái)自計(jì)數(shù)器信號(hào)的譯碼（需要在輸入端與數(shù)碼管筆段之間串入限流電阻）；最后將時(shí)間以數(shù)字形式體現(xiàn)在顯示器上，顯示器由七段發(fā)光二極管采用共陰極接法組成；本設(shè)計(jì)還有一個(gè)能夠正點(diǎn)報(bào)時(shí)的擴(kuò)展電路，它的功能是每當(dāng)正點(diǎn)到來(lái)時(shí)，按4次低音和一次高音的順序發(fā)出間斷聲響，它由組合邏輯電路組成。其總電路圖如圖12所示。

七．心得體會(huì)

通過(guò)這次對(duì)數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計(jì)，我覺(jué)著最大的收獲就是增強(qiáng)了自己獨(dú)立收集資料的能力，鍛煉了自己獨(dú)立思考、獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。雖然我們至此已經(jīng)完成了本學(xué)期對(duì)電子技術(shù)課程（模電部分和數(shù)電部分）的學(xué)習(xí)，但在本次課設(shè)的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中仍然遇到了很多未曾想到的問(wèn)題。實(shí)際操作是我們的目的，而理論知識(shí)是我們實(shí)際操作的基礎(chǔ)，這使我更加體會(huì)到了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，同時(shí)也增加了自己解決實(shí)際問(wèn)題的能力，對(duì)獨(dú)立設(shè)計(jì)電路的過(guò)程、對(duì)各個(gè)分塊電路的工作原理和功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程都有了更加清楚的了解。同時(shí)對(duì)所學(xué)到的理論知識(shí)有了更近一部的理解（尤其是計(jì)數(shù)器部分）。

此外，通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，使得我對(duì)word等應(yīng)用軟件的應(yīng)用能力有了更進(jìn)一步的提高，為以后的工作和日常生活中的應(yīng)用打下了結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。

八．各部分電路圖如下：