數(shù)字鐘實驗報告

數(shù)字鐘實驗報告

【實驗目的】

1.讓我們在了解數(shù)字鐘的原理的前提下，運用剛剛學過的知識設計并制作數(shù)字鐘，通過數(shù)字鐘的制作進一步了解在制作中用到的各種中小規(guī)模集成電路的作用及其使用方法。

2.通過實驗進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法，從而實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合，對電子線路知識的整合和電子線路設計能力的訓練。

【實驗器材】

SM42036共陰極數(shù)碼管SN74LFS48N譯碼管HD74LS161AP計數(shù)器HD74LS00P四二輸入與非門SN74LS20N二四輸入與非門NE555振蕩器蜂鳴器470歐姆電阻47K電阻100K可調(diào)電阻0.01uf電容0.47uf電容二極管開關(guān)電源插座和電源

【實驗要求】

計時功能：每隔一秒鐘計時一次，通過數(shù)碼管顯示。

校時功能：能夠設置實際時間作為數(shù)字鐘的當前時間，具有時和分的校準時間功能

【實驗原理】設計框圖

時十位數(shù)碼管時個位數(shù)碼管分十位數(shù)碼管分個位數(shù)碼管秒十位數(shù)碼管秒個位數(shù)碼管譯碼管譯碼管譯碼管譯碼管譯碼管譯碼管161計數(shù)器161計數(shù)器161計數(shù)器161計數(shù)器161計數(shù)器161計數(shù)器555產(chǎn)生10Hz脈沖信號161分頻產(chǎn)生1Hz脈沖信號原理圖見附頁

信號產(chǎn)生部分：

通過調(diào)節(jié)電阻和電容使555產(chǎn)生10Hz的信號，再通過161分頻，產(chǎn)生1Hz的脈沖信號。

①555中R43用47K的電阻，R44為100K的可調(diào)電阻，調(diào)到82.9K歐姆，電容C1為0.01uf，C2用0.47uf，按照原理圖接線，555輸出10Hz的脈沖信號。

②555的輸出作為161計數(shù)器的脈沖，當161輸出為0111時把0000通過置數(shù)給161的輸入，把161的進位輸出CO作為最后信號脈沖，這樣就實現(xiàn)了10分頻，最后產(chǎn)生1Hz的脈沖信號。

計數(shù)部分：

①秒部分：秒的個位的脈沖為信號發(fā)生部分給的1Hz的脈沖，161計數(shù)器當輸出為1001的時執(zhí)行置數(shù)，置0000，這樣就構(gòu)成了模10的計數(shù)器，把置數(shù)信號與非一下作為秒的十位的脈沖，這樣當個位執(zhí)行置數(shù)的同時，十位就有一個脈沖，當十位161輸出為0101的時候，執(zhí)行置數(shù)，置0000，構(gòu)成模5的計數(shù)器。

②分部分：分的個位和十位之間與秒的是完全一樣的，不同的是分的個位的脈沖是當秒的個位為9且十位為5的時候給分的個位一個脈沖，即把秒的個位置數(shù)信號與秒的十位置數(shù)信號先或再非作為分的個位的脈沖信號。

③時部分：時的個位脈沖要當分的個位為9且十位為5的時候給時的個位一個

脈沖，這個與分的個位脈沖原理一樣，時的個位的置數(shù)：a:時的個位輸出為9的時候b：個位輸出為3，且十位為2并且個位有脈沖的時候；時的十位的置數(shù)為個位置數(shù)的b種情況的時候執(zhí)行，時的十位的脈沖為個位的置數(shù)信號的非。調(diào)時部分：把555的信號斷開，把兩個琴鍵式開關(guān)分別接電源正極，另一端分別接到分和時的個位的計數(shù)器的脈沖接入端，這時就通過按開關(guān)的手控操作給分和時的個位脈沖信號。

整點報時：把蜂鳴器的一點接到時的個位的脈沖接入端，另一端接地，時的個位接收一個脈沖時蜂鳴器就會響。

顯示部分：把161計數(shù)器的輸出分別對應接到譯碼管的輸入，譯碼管的輸出對應接到數(shù)碼管的7個腳。

【實驗步驟】

1設計原理圖，生成PCB圖

2制版（打印，轉(zhuǎn)印，腐蝕，打孔）3焊接調(diào)試

【實驗任務】

這部分每個同學根據(jù)自己的分工寫好實驗過程中自己做了什么，怎么做的，遇到哪些問題，怎么解決的

【錯誤分析】

這次實驗我們失敗的根本原因還是在于原理圖，一開始我們161用的是清零，在實驗箱上做實驗發(fā)現(xiàn)清零的信號太窄，不能給下一個161信號，所以就把清零改成了置數(shù)，這時候就忽略了一個問題，下一個161的脈沖信號不能像清零信號那樣直接用它的非，如果用置數(shù)信號的非直接作為下一個161的脈沖信號的話，就會出現(xiàn)一個問題，比如說秒，當秒的個位為9的時候置數(shù)，同時給十位脈沖信號，這時個位為9的時候十位就為1，也就是在第九秒和第十秒之間會出現(xiàn)一個19秒。經(jīng)過分析與討論，我們找到了解決的辦法，同樣以秒為例，秒的個位從0000跑到1001，然后置數(shù)又回到0000，利用1001到0000的變化，最高位的1變成0，這時候只要把最高位信號非一下作為十位的脈沖信號就可以了。原理圖的問題就主要在于這一點，把清零改成置數(shù)的時候考慮不夠全面，想的太簡單。

還有就是調(diào)時那一塊，我們用的是琴鍵式開關(guān)，忽略了消抖問題，導致有的時候按一下會跳過幾個數(shù)據(jù)，這些都是由于設計的時候考慮不周造成失敗的原因。

根據(jù)以上原因，我們糾正了原理圖，見附頁。

【實驗分工】

原理圖設計，布線：郭歡冉劍羅鵬

制版（打印，轉(zhuǎn)印，腐蝕，打孔）：彭龍飛李亞軍劉家波焊接，調(diào)試：聶毅華

【實驗感想】

這部分也自己寫，寫好之后打印好明天給我，不要裝訂，還有原理圖我要附上去

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數(shù)字電子課程設計實驗報告

數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)“時”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計時裝置。鐘表的數(shù)字化在提高報時精度的同時，也大大擴展了它的功能，諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、定時啟閉路燈等。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非�，F(xiàn)實的意義。一、設計目的

1）掌握數(shù)字鐘的設計、組裝與調(diào)試方法。2）熟悉集成電路的使用方法。二、設計任務與要求

1）時鐘顯示功能，能夠以十進制顯示“時”、“分”、“秒”。2）具有校準時、分的功能。

3）整點自動報時，在整點時，便自動發(fā)出鳴叫聲，時長1s。三、數(shù)字鐘的基本原理及電路設計

一個具有計時、校時、報時、顯示等基本功能的數(shù)字鐘主要由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時電路、報時電路等七部分組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器得到秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)結(jié)果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器譯碼，并通過顯示器顯示時間。數(shù)字鐘的整機邏輯框圖如下：

譯碼顯示電路

時計數(shù)器分計數(shù)器秒計數(shù)器

多級分頻器校時電路報時電路

數(shù)字鐘整機邏輯圖1）振蕩器

振蕩器可由晶振組成，也可以由555定時器組成。下圖是由555定時器構(gòu)成的1KHZ的自激振蕩器，其原理是0.7(2R3+R4+R5)C4=1ms，f=1/t=1KHZ。下圖為555定時器產(chǎn)生頻率為1KHZ信號的電路

振蕩器

分頻器

計時是1HZ的脈沖才是1S計一次數(shù)，所以需要分頻才能得到1HZ的脈沖，如下圖所示電路，是三個用十進制計數(shù)器74LS90串聯(lián)而成的分頻器，分頻原理是在74LS90的輸出端子中，從低位輸入10個脈沖才從高位輸出1個脈沖，這樣一片74LS90就可以起十分頻的作用，三個74LS90串聯(lián)就構(gòu)成了千分頻的電路，輸出的便是1HZ的信號，從而達到目的。

在仿真時，1HZ的頻率太慢了，在實際中得到的時間不是1S計數(shù)一次，所以仿真都是用函數(shù)發(fā)生器代替。

計數(shù)器

整個計數(shù)器電路由秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器串接而成。秒計數(shù)器和分計數(shù)器各自由計數(shù)。

兩個十進制計數(shù)器可以形成兩個六十進制計數(shù)器。

六十進制計數(shù)器

由兩個十進制計數(shù)器構(gòu)成的二十進制計數(shù)器的電路圖

譯碼器

譯碼器由六片74LS48組成，74LS248驅(qū)動器是與8421BCD編碼計數(shù)器配合用的7段譯碼驅(qū)動器。一片74LS248驅(qū)動一只數(shù)碼，72LS248是集電極開路輸出，為了限制數(shù)碼管的導通電

流，在72LS247的輸出與數(shù)碼管的輸入端之間均應串有限流電阻。

顯示器

本系統(tǒng)用七段發(fā)光數(shù)碼管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，發(fā)光數(shù)碼管有兩種：共陽極或共陰極。74LS248驅(qū)動器是低電平輸出，采用共陰極極數(shù)碼管。

整點報時電路

校時電路

剛接通電源或走時不準時，都需要進行時間校準。校時的具體設計方法是：用一個單刀開關(guān)切換計數(shù)功能與校時功能，另一端接計數(shù)器的脈沖輸入端，開關(guān)擲下是就可以校時，打便是計時。

系統(tǒng)電路圖如下

四、元器件清單器件數(shù)碼顯示管74LS16074LS20LM555CM電阻器電容器74LS4874LS00N與非門）開關(guān)三極管蜂鳴器數(shù)量6個6個2個1個若干2個6個4個2個一個一個五、課程設計報告總結(jié)

做實驗仿真的過程花了我不少時間，只有當做完時才發(fā)現(xiàn)做這個數(shù)字鐘看似很復雜，但是把每一個部分區(qū)分出來，就簡單多了。仿真過程中在調(diào)試時花了不少時間，其間換了不少器件，有的器件在理論上可行，但在實際運行中就無法看到效果，所以調(diào)試花了我不少時間，有時無法找出錯誤便更換器件重新接線以使電路正常運行。還有就是用不同頻率驅(qū)動時，低頻率的函數(shù)發(fā)生器不工作等等。還有，Multisim軟件有時會出問題，在理論上可行的電路在調(diào)試中未必能顯示出來，這就需要不斷地嘗試才能得出正確的答案。雖然很遺憾在實際加工電路板中失敗，可能是接線過程中沒有好好布局，導致線路過于凌亂，最后導致加工失敗，還有就是中途發(fā)現(xiàn)缺了器件，再去買回來時，預留的接線卻忘了要接哪里。但是在實際的操作過程中，能把理論中所學的知識靈活地運用起來，并在調(diào)試中會遇到各種各樣的問題，電路的調(diào)試提高了我們解決問題的能力，學會了在設計中獨立解決問題，也包括怎樣去查找問題。似乎所有的事都得自己親手去操作才會在腦海中留下深刻的印象，這個課程設計讓我可以熟練的操作Multisim軟件，也了解了不少器件的功能的應用，也加深了對數(shù)字電路認識和理解。發(fā)現(xiàn)調(diào)試的過程并不是想象中的那樣簡單，需要耐心、仔細地分析和解決問題，可以讓我的性格更加沉穩(wěn)。這樣的課程設計很能培養(yǎng)我們的能力，讓我們不再局限于書本上的知識，增強了我們的實際動手能力。附圖

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