数字电子实习报告

实习报告书

（20 11 ～2012 学年第一学期）

课程名称：数字电子课程代码：

系别：电子工程系专业：计算机控制技术班级：******** 学号：*********

学生姓名：********指导教师：**********

完成时间：2011 年11月25 日

自动报时数字钟设计、制作与调试

一、自动报时数字钟实训的能力目标

（1）掌握常用数字组合逻辑电路和时序逻辑电路的功能及使用；

（2）熟练掌握查阅数字电子器件手册的方法；

（3）熟练掌握正确使用常用数字电子仪器仪表（如三用表、双踪示波器等）、设备（数字逻辑实验仪）、工具的方法；

（4）具备阅读实用的数字电路原理图的能力，训练学生分析整机数字逻辑电路的能力；

（5）具备典型数字电路(如自动报时可校时数字钟)的设计、安装、调试、排除一般电路故障的能力；

（6）具备电子产品说明书的阅读和写作能力；

（7）培养学生面对问题时较好的心理素质以及安全操作、环保、质量与效率意识。

4.5.2 任务和要求

1．自动报时数字钟实训任务和要求

要求用数字电路实验室所提供的中、小规模数字集成电路，设计、安装出一台自动报时数字钟。

（1）查阅技术资料；

（2）完成电路原理设计；

（3）根据所设计的原理电路图，在数字逻辑实验仪的面包板上安装单元电路并调试；

（4）调试整机电路，是否满足功能要求；

（5）排除可能产生的故障；

（6）排除由指导教师人为设置的故障；

（7）撰写技术报告（实训报告）。

2．自动报时数字钟功能描述

（1）用数字显示时、分、秒，12小时循环一次；

（2）可以在任意时刻校准时间，只用一只按钮开关实现，要求可靠方便；

（3）能以音响自动正点报时，12小时循环一次；要求第一响为正点，以后每隔一秒或半秒钟响一下，几点钟就响几声；

（4）秒信号要求考虑时间精度，建议采用石英晶体振荡器经分频器产生。

3．自动报时数字钟实训报告要求

（1）题目名称

（2）设计任务内容及主要功能要求

（3）电路设计

①确定方案，应在多种方案比较后选定；

②画出整机原理电路框图；

③单元电路的设计，元器件的选择和必要的波形图，说明主要工作原理；

④估算各主要元器件的参数，并标在电路图中恰当的位置。

（4）安装调试过程中遇到的问题及解决的方法

（5）收获、体会和建议

（6）附录

①元器件清单

②整机原理电路图

4.5.3 自动报时数字钟设计任务分解（实训子项目）

1．自动报时数字钟原理框图

根据设计任务与要求，可初步将系统分为四大功能模块：秒信号发生器、主电路、校时电路和自动报时电路。进一步细分，可将秒信号发生器分为石英晶体振荡器、分频器；主电路分为两个60进制、一个12进制的计数、译码、显示电路；校时电路分为防抖动开关电路、校时控制器；自动报时电路分为音频振荡器、响声计数器、响声次数比较器、报时控制器、喇叭电路。这样把总体方案划分为若干相对独立的单元。参考原理框图如图4-5-1所示。

图4-5-1自动报时数字钟的原理框图

2．实训子项目1：秒信号发生器

秒信号发生器要求时间精度，因此一般采用石英晶体振荡器经分频器实现。

（1）石英晶体振荡器

秒信号发生器常用石英晶体振荡器和CMOS反相器实现，选用振荡频率为32768H Z的石英晶体。因为32768＝215，只要经过215分频就可以得到稳定度很高的秒信号。图4-5-2是一种石英晶体振荡器电路。

（2）分频器

分频器可选用14位二进制串行计数器CC4060，再加一级触发器二分频，就能够对石英晶体振荡器输出的32768H Z信号进行215分频。图4-5-3是15级二分频电路，其输出则为稳定度很高的f=1Hz的秒信号。

在本次实训中，我们运用实验室的专业实验箱自带的秒信号发生器产生不同频率的脉冲。在仿真电路图中我们实训小组采用的是方案下图中的设计方案。

图4-5-2石英晶体振荡器

图4-5-315级二分频电路

2．实训子项目2：时、分、秒计数器

秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后，分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位，“时”个位、十位的计时输出信号，然后送至译码显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。“秒”和“分”计数器应为60进制，而“时”计数器应为12进制，所有计数器皆为8421BCD码。要实现这一要求，可选用的MSI计数器较多，这里推荐74LS90、74LS290、74LS160、74LS192，由读者自行选择。

（1）60进制计数器

由两块MSI计数器构成，一块实现10进制（8421BCD码）计数器，另一块实现6进制，级联起来构成60进制计数器。参考电路如图2-23和图2-24。

（2）12进制计数器

该12进制计数器应为8421BCD码，因此应为5位二进制数。作为“时”计数器，该计数器的计数顺序较特殊，为“1→2→3→…→11→12→1”。可由一块MSI计数器实现8421BCD码的10进制计数器，由触发器实现2进制计数器，级联起来实现20进制计数器。在此基础上，用脉冲反馈法实现12进制。

此部分我们小组采用的是方案（A）。

（a）由74LS192和触发器实现；（b）由74LS290和触发器实现

图4-5-412进制计数器的两种方案

在图4-5-4（a）中，当计数器计到第13个CP脉冲时，即状态一旦为“10011”，通过外加的控制电路输出一个信号（注意：该信号的电平应视计数器的功能而定，有时需高电平，有时需低电平）去控制计数器的异步置数端和触发器的异步置0端，将计数器的状态强制置为“00001”状态，从而实现从12→1的十二进制计数。

3．实训子项目3：译码显示电路

（1）译码显示电路

选用器件时应注意译码器和显示器的匹配。一是功率匹配，即驱动功率要足够大。因数码管工作电流较大，应选用驱动电流较大的译码器或OC输出的译码器。二是逻辑电平匹配。例如，共阴型的LED数码管应采用高电平有效的译码器。推荐使用的显示译码器有74LS48、74LS49、74LS249、CC4511。参考电路如图4-5-5。

（2）12进制小时计数器“十”位的显示

12进制小时计数器的显示有其特殊性：一般在1点至9点（即Q4＝0）时，“时”的十位习惯于消隐；而在10点、11点、12点（即Q4＝1）时，“时”的十位显示“1”。可见，“时”的十位显示器只处于两种状态：Q4＝0时消隐、Q4＝1时显示“1”（可令数码管的b、c两段亮）。这样可不用译码器，只用Q4直接控制数码管的b、c两段即可。因数码管的工作电流较大，同样必须考虑驱动能力和电平匹配问题。参考电路如图4-5-5所示，给出了两种实现的方法。若要求24进制小时计数器，译码显示电路则与分、秒计数器的相同。

此方案中采用的是方案（B）,因为方案（B）有最优原则有元器件较少的优点。