计算机学院

数字电子钟制作、调试报告

专业名称：

课程名称：

指导教师：

班 级：

姓 名：

学 号：

成 绩：

（20010/2011 学年 第2学期） 数字电路应用 计应105 1008143525 1

一、 计划任务书

1、任务

数字电子钟制作与调试。

2、 主要的技术指标

（1） 能进行时、分、秒的显示。

（2） 能设置时、分、秒。

（3） 能正点报时。

二、 总体方案设计

1、任务分析：一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”，

计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。

干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒、星期”计数器、译

码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。秒信号产生器

是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用

石英晶体振。

2、总体方案：数字电路可分解为五个功能相对独立模块，

?

?

?

?

? 1、各模块的制作、调试按显示电路、信号电路、计时电路、校时电路和报时的顺序进行。 报时电路采用规范的印刷电路板设计，并集中放置输入信号接入点。 重复电路部分规范的印刷电路板设。， 使用外部电源供电。 为确保数字电子钟走时准确，信号电路应用石英晶体震荡器产生基本频率。

2

原理框图

三、 各模块的原理设计

1、 显示电路的制作与调试

（1） 主要功能：接受计时电路输出的小时、分、秒信号通过合适

的显示方式显示出来。

（2） 方案设计：显示数字德 方法很多，最常见的有LED数码 控制简单，且亮度较好显示器件为共阴极管显示LED点阵

显示器。考虑到LED数码管显示器价格便宜、LED数码管显示器，公工端接地；限流电阻选择1K

（3） 主要原件选择依据：1、LED数码管显示器，LED数码管显

示器价 格便宜、控制简单，且亮度较好

2、BCD-七段锁存译码驱动器4511，

它时集笔画译码、信号译码、信

号驱动于一身，只要输入端输入

8421BCD码就可以输出BCD码

所表示的数字在LED数码管上，

并且能保证LED数码管显示的

亮度所需的电流。

（4） 原理图：

3

2、信号电路制作与调试

（1）主要功能：一是为信号电路提供秒基修信号； 二是为校时电路提供校时频率信号；

三是为报时电路提供所需的高、底音音频信号电

路及报时音时间隔控制频率信号；

（2）方案设计：为能输出1HZ、2HZ、60HZ、3600HZ和两个20~20000HZ

之间的高低音音频信号电路必须具有震荡电路和分

割电路两个功能。

（3）原理图：

4

（4）主要原件选择依据：1、集成单稳态触发器4538，其主要

有三个方面的应用整型、延时、和定

时

2、石英晶体震荡器4060，它是 一 个集震荡、计数、分频与一身的集成 电路。通过极少数的外部原件可构成 震荡电路，也可以对外部信号进行 计数，并可以震荡电路产生的频率 信号或着外部频率信号进行分频。 3、计时电路的制作与调试

（1）主要功能：是从秒计数器输入端输入接受秒基信号

和叫秒、校分、校时信号，以8421BCD码的 形式向显示电路提供信号，并为报时电路提供 时间信号。

（2）方案设计： 完成60进制、24进制计数器的设计，还必须把这些计 数器按序串联起来，不能完成时间的里加。

? 1秒计时器的计数信号应为信号电路产生的

1HZ的标准信号。

? 分计数器的计数信号应由秒计数器产生，当

秒计数器已出的同时应为分计数器提供一

个脉冲信号。

? 小时的计数器信号应由分计数器产生，当分

计数器溢出的同时应为小时计数器提供一

个脉冲信号。

（4） 原理图：

（5） 主要原件选择依据：1、二进制计数器74161是四位二进制

5

加计数器，具有同步预制、异步清零、二进制计数及数据保持等

功能。

2、 双BCD码计数器4518 ，有完全独立的 加计数器组成、具有BCD码计数、数据清零

和两种触发方式等功能。

4、校时电路制作与调试

（1）主要功能：是接收信号电路产生的秒基信号和校时、校

分、校秒信号，并在制作校时按钮选择这些信

号的输出时机。

（2）方案设计：校时电路的主要任务是接收信号电路产生的秒基准信和

校小时、校分、校秒信号，并通过操作校时按钮选择

这些信号的输出时机。

校时电路一般有两种实际方式校小时、校分、校秒公

用一个电路；另一种方式是校小时、校分、校秒各用

一个电路。

?

?

?

?

（3） 原理图：

正常计数时，秒输入端输入秒基准信号。 校秒时，秒输入端输入校秒信号。 校分时，秒输入端输入校分信号。 校小时时，秒输入端输入校小时信号。

6

（4） 主要原件选择依据：1数据选择器74151，它最主要的应用实

现数据选择器的功能，同时，74151还能

实现八个以上数据选择器、可编程序列

信号发生器等功能。

2、优先编码器74147，它是个编码器，其

输出为8421BCD码的反码，且输入具有

优先级，常用于键盘编码。

5、报时电路制作图调试

（1）主要功能：是从计时电路获取时间信息，从信号电路获取音频信号、报时

音时间间隔控制频率信号，生成报时音频，经驱动后从发生元

件输出。

（2） 方案设计： 基于该方式的报时电路设计的主要任务有三份个：一、是获取

高、低音报时启动信号；二是报时音频的合成；三、是音频信

号的驱动。

（1）报时启动信号的获取

要从59min50s开始报时，获取59min50s这一时刻的信号

（2）报时高音启动信号的获取

高音在59min58s时发出，同时取消低音信号。

（3）报时音频的合成

（4）音频信号的输出

（5）报时电路的实现

（3） 原理图：

7

（4） 主要原件选择依据： 1集成全加器7483能完成两个四位二进制数的向加，通

过级联可完成更多为二进制数相加。

2 集成比较器7485，能判断两个四位二进制的大小或相

等，通过级联系可判断两个多为二进数的大小。

四、仿真设计与调试

（1）显示电路的仿真电路图：

分析：图中显示器件为共阴级LED数码管显示器，公共端接地；

限流电阻选择1K的电阻；4511的LE/STB接地 LT\BI接

+5V,D\C\B\A接计时电路输出的8421BCD码；H7~H0、

M7~M0、S7~S0为8421BCD码输入，来计时电路。

8

（2）信号电路的仿真电路图：

分析：检查4060有没有频率信号输出，用一根导线， 拔出信号电路任意4511芯片，把导线的一端插 入4511的任意QA~QA引脚，把导线的一端与 4060的Q14引脚线连接，此时则4511所控制的

LED数码显示器应有以1HZ闪烁。

（3）计时电路的仿真电路图：

分析：1秒计时器的计数信号应为信号电路产生的1HZ的标准信号。

2分计数器的计数信号应由秒计数器产生，当秒计数器已出的同时应为分计数器提供一个脉冲信号。

3小时的计数器信号应由分计数器产生，当分计数器溢出的同时应为小时计数器提供一个脉冲信号。

（4）校时电路的仿真电路图：

分析：（1）当没有按钮按下时，按钮按下信号Y=0,DCBA=1111 9

（2） 若有按钮按下，则按钮按下信号Y=1,时

DCBA输出对应按钮的反码。

（3）虽然0信号未进入74147，但是当0按钮按 下同时编码输出1111， 这就相当与0的编码时1111.

五、整机安装调试

1、安装方法设计：

当以上所有检测无误之后，就开始进行硬件安装。根据电路图，将所有要 芯片安装到电路板上。硬件安装时根据EWB仿真电路一个模块一个模块的进行。 首先，将电源+5V以及接地端与电路板相连。其次，进行秒计时电路的安装，经 检查无误后，将秒钟的进位信号接出；再进时钟计时电路的安装。主要电路安装 完成后观察电子钟是否准确、正常的工作，观察秒钟到分钟是否有进位，观察 59分59秒时候时钟是否进位等等。当以上无误后，再进行校时电路的安装，这 里的安装接线有用到开关，以及一个手动CP。最后后是进行仿电台整点报 时电路。

2、调试方法设计：

硬件调试要点

（1）用示波器检测555定时器与RC组成的多谐振荡器输出信号和波形，输出

频率应为1000HZ。

（2）将1000HZ信号送入分频器，用示波器检测各级分频器的输出频率 符合要

求。

（3）将1HZ秒脉冲分别送入时、分、秒计数器，检查各组计数器的工作情况。

（4）当分频器和计数器调试正常后，观察电子钟是否准确、正常的工作。

（5）观察校时电路的功能是否满足要求。

（6）观察仿电台整点报时电路的功能是否满足要求。

4.4硬件调试

由于实验箱内有1Hz、1000Hz、500Hz频率，我们可以直接使用从实验箱内使

10

（1）时间计数电路的连接与测试

在连接电路时，秒计数器和分计数器很成功的完成，但是偶尔会出现秒的个位计 数器到9的时候不向十位计数器进位；秒计数器在向分计数器进位时，按图接线 后发现，秒计数器计到五十九时，有时向分进位，有时不进，我反复仔细的检还 也没有发现接错了线。我重新检查了芯片，是没有找出原因，然后发现是线路接 触不良造成的。然而，时计数器的接线并不成功，刚开始接线的时候一直都是时 计数器接不出来，反复的检查线路都没有问题，我想可能是线接触不良，当时不 知道怎么解决这个问题，只好把线都拔了，

重新接线，后来才知道应该接个寄存器，使电路更稳，这就提示我在实验过程中 应该认真仔细把每一部分的电路设计做好，才能使整个电路正常运行。

（2）校时电路的连接与调试

连接校正电路的过程中,时和分都能正常校正时,但是开关有时候由于接触 不良导致不是校正的时候也开始跳动，后来我们换了开关，以及与开关相连的线，才渐稳定下来。但是偶尔由于CP的原因，导致校时和校分时，跳动不是很正常。

（3）报时系统的连接与调试

根据课题要求，数字电子钟显示系统能在正点前是蜂鸣器鸣叫5次，周期 为1秒，所设计的正点报时系统要能在电子钟计时到59分51 53 55 57 59秒时是蜂鸣器鸣叫，前4声是低音（500Hz），最后一声是高音（1000Hz）。实验安装过程中，由于线路太过于复杂，且前面安装的线路又不是很牢固，一不小心就碰掉前面的线，所以我们后来把前面安装的所有线路重新拆掉了，只安装了秒钟和分钟，再重秒钟和分钟去接报时电路。

六、制作、调试中出现主要问题及解决方法

故障的现象：1.只有低音没有高音.

2.每分钟都报时.

3.报时声时不间断的连续鸣叫

故障的诊断：1.第一看高音有没有接入。第二看S3、S0

2. 每分钟都报时说明分信号出现了问题。

3.我们的报时声音依靠频率信号来完成，所以问题 出在频率信号。

11

故障的原因：1.高音音频信号没有可靠接入，或者S3、S0没有 可靠接入

2.分信号输入端悬空或接1。

3.1HZ的频率信号没有可靠的接入。

解决的方法：1.重新检查线路的连接，重点检查S3、S0连接

2.将分信号线路重新检查连接。

3.检查频率信号输入端和输出连接是否可靠。

七、数字电子钟的操作说明：

? 当没有按钮按下时，输入端4为0，比输入端4优级高的输入端5~9均

为1，因此，Q3、Q2、Q1、Q0=1011（0100的反码）Y=X3=1HZ,计时

电路正常计时。

? 当按钮SH按下时，输入端7优先级高的输入端8~9均为1，因此，Q3、

Q2、Q1、Q0=1000（0111的反码）Y=X0=2048HZ,计时电路进入校时

状态。

? 当按钮SM按下时输入端6为0，比输入端6优先级高的输入端7~9均

为1，因此，Q3、Q2、Q1、Q0=1001（0110的反码）Y=X1=64HZ,计

时电路进入校分状态。

? 当按钮SS按下时,输入端5为0，比输入端5优先级高的输入端6~9均

为1，因此，Q3、Q2、Q1、Q0=1010（0101的反码）

Y=X2=2HZ,计时电路进入校秒状态。

八、数字电子钟图纸

1、整机原理图：

12

2、原器件布置图：

3、器件汇总表：

13

九、改进意见

数电让我学会许多东西，例如，常用工具使用技能，电子产

品设计、安装、焊接、调试、维修等专项技能。

电子钟时一种常用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比更准确、更直观、更耐用。

我们使用的电子钟有多个模块组成，整个一个电子钟板子已经很大了，其中的功能也相对较少，我想在不减少功能的前提下，替换部分模块，是的我们的板子有小又有相当多的功能。

通过整个电路设计与制作的整个过程，掌握了对电子钟的一些简单的基本的设

14

计，组装与调试方法。熟悉了COMS系列中、小规模集成电路的使用。

这一次课程设计教会了我在以后的学习和工作中要养成严谨、耐心的工作态度，遇到困难要主动出击，而不是坐着等人指导。

通过理论与实际的相结合，进一步深入的体会到一种学习的方法，特别是对电子设计方面。首先，要明确总体的设计方案与方法；其次，对各个部分进行设计与改进；最后，将各个部分整合到一起进行比较、观察。

此次数字电子课程设计有利于培养我们对电子设计的兴趣，是一次很好的理论与实际的相结合

15

 

第二篇：基于单片机的数字电子钟制作的开题报告

电子信息工程技术毕业论文开题报告及任务书

注：此表前四项由学生填写后交指导教师签署意见，否则不得开题。