數(shù)字鐘實驗報告

數(shù)字鐘實驗報告

【實驗?zāi)康摹?/p>

1.讓我們在了解數(shù)字鐘的原理的前提下，運用剛剛學(xué)過的知識設(shè)計并制作數(shù)字鐘，通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)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(jìn)一步學(xué)習(xí)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(shè)計能力的訓(xùn)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(shè)置實際時間作為數(shù)字鐘的當(dāng)前時間，具有時和分的校準(zhǔn)時間功能

【實驗原理】設(shè)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(dāng)161輸出為0111時把0000通過置數(shù)給161的輸入，把161的進(jìn)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(dāng)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(dāng)個位執(zhí)行置數(shù)的同時，十位就有一個脈沖，當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(yīng)接到譯碼管的輸入，譯碼管的輸出對應(yīng)接到數(shù)碼管的7個腳。

【實驗步驟】

1設(shè)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(wù)】

這部分每個同學(xué)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(dāng)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(dǎo)致有的時候按一下會跳過幾個數(shù)據(jù)，這些都是由于設(shè)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(shè)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

擴(kuò)展閱讀：數(shù)字鐘實驗報告

數(shù)字電子課程設(shè)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(kuò)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(kuò)大其應(yīng)用，有著非�，F(xiàn)實的意義。一、設(shè)計目的

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

1）時鐘顯示功能，能夠以十進(jìn)制顯示“時”、“分”、“秒”。2）具有校準(zhǔn)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(shè)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(jī)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(jī)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(jìn)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(dá)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(jìn)制計數(shù)器可以形成兩個六十進(jìn)制計數(shù)器。

六十進(jìn)制計數(shù)器

由兩個十進(jìn)制計數(shù)器構(gòu)成的二十進(jìn)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(dǎo)通電

流，在72LS247的輸出與數(shù)碼管的輸入端之間均應(yīng)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(zhǔn)時，都需要進(jìn)行時間校準(zhǔn)。校時的具體設(shè)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(shè)計報告總結(jié)

做實驗仿真的過程花了我不少時間，只有當(dāng)做完時才發(fā)現(xiàn)做這個數(shù)字鐘看似很復(fù)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(dǎo)致線路過于凌亂，最后導(dǎo)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(yù)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(xué)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(xué)會了在設(shè)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(shè)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(yīng)用，也加深了對數(shù)字電路認(rèn)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(xì)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(shè)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(qiáng)了我們的實際動手能力。附圖

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