实训数字钟新.docx
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实训数字钟新.docx
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实训数字钟新
前言
由于集成电路制造技术日新月异,电子电路的设计日
趋复杂,特别是在上世纪九十年代中后期以来尤为突出。
这些都标志着数字时代的到来,它给人们的生产和生活带来了翻天覆地的变化,数字钟理所当然成为了人们生活中重要的一部分。
数字钟一般由振荡器,分频器,译码器,显示器等部分组成。
数字钟的应用非常广泛,应用于家庭、车站、码头、剧场、办公室等公共场所,给人们的生活,学习,工作,娱乐带来了极大的方便,正因为数字集成电路技术的发展和采用先进的石英技术,使数字钟具有走时准确,性能稳定,携带方便等特点。
受到人们广泛的青睐。
本周是我们班的实训周,其实训的内容是数字钟。
很大一部分人在日常生活中用过数字钟,同时也包挂我。
可对其电路结构和工作原理不理解,而本次实训弥补了我之前的不足,也加深了我对它的理解,在数字钟的整个设计过程中,主要是参考了EDA课本,同时也在网上参考了一些相关资料,由于本人愚钝和学识有限,有些不妥之处,敬请各位老师和同仁指正,我将不胜感激。
2010年6月17日
于中国贵州商业高等专科学校
目录
一、数字钟设计的目的和基本要求3……………………….3
二、数字钟电子元件的布局4…………………………………5
三、数字钟的组成5……………………………………………5
四、数字钟所需的元器件、型号、标号及封装5……………5
五、数字钟原理图6……………………………………………6
六、数字电路的工作原理6...........................9
七、数字电路PCB板的分层效果图9………………………12
八、实训总结12………………………………………………13
实训报告
————数字钟
一、数字时钟设计的目的和基本要求:
1、初步掌握电子电路的设计方法;
2、培养自学能力和分析解决实践问题的能力;
3、了解电子电路的生产过程;
4、设计一个能直接显示“时”、“分”、“秒”的数字钟。
5、当电路发生走时误差时,要求电路具有校时功能。
6、用中小规模集成电路组成电子钟,并在实验箱上进行组装和调试。
7、熟悉集成电路的引脚安排。
8、掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
9、了解面包板结构及其接线方法。
10、了解数字钟的组成及工作原理。
11、熟悉数字钟的设计与制作。
二、数字钟电子元器件的布局
把电子元件在一定的制板面积上合理地布局排列,这是设计电子电路板的第一步。
不合理的布局可能出现各种干扰,甚至合理的原理反感不能实现或使整机技术指标下降。
布局一般遵循以下四项原则,有走向原则、优先原则、防干扰原则及常规原则。
1.走向原则:
(1)将电路按功能划分若干个单元,按信号的流向,依次安排功能单元在扳子的位置(左入右出,自上而下);使信号流经可能方向一致;
(2)与输入输出相关的元件就近放置;
(3)以单元的核心期间为中心布局;
(4)兼顾每个元件的形状、尺寸、极性与引脚数,以缩短连线为目的。
调节位置与方向。
2:
优先原则;首先需固定的元器件(如开关调谐电容器等)位置确定。
3:
防干扰原则;重视因为布局不合理造成的电磁干扰。
对采用的电感器件垂直摆放。
屏蔽。
屏蔽层接地等。
4:
常规原则;
(1)分布均匀。
疏密一致;
(2)周边留空,不图占满;
(3)元件排布,不得交叉;
(4)器件弯脚,不能靠根。
二、数字钟的组成:
译码显示驱动电路,时间计数器,校时电路,秒脉冲发生器
三、数字钟所需的元器件、型号、标号及封装如下表所示:
数字时钟电路元器件表
元器件名称
型号
标号
封装
74LS00
74LS00
U1,U2
DIP-14
LED-7
LED-7
DS1,DS2,DS3,
DS4,DS5,DS6
LED-7
SWSPDT
S1,S2
TO-126
RES2
10K
R1,R2,R3,R4
AXIAL0.3
RES2
10M
R5
AXIAL0.3
CAP
56P
C1,C2
RAD0.1
74LS290
74LS290
U3,U4,U5,
U6,U7,U8
DIP-14
RESPACK4
150
RP1
DIP-16
4511
CD4511
U9,U10,U11,
U12,U13,U14
DIP-16
CRYSTAL
32768HZ
CR1
XTAL1
CON2
CON2
J1
SIP2
4060
CD4060
U15
DIP-14
74LS74
74LS74
U16
DIP-14
四、数字钟原理图
(图一)
五、数字电路的工作原理:
1)电路采用了32768HZ石英晶振,经CD4060十四级二分频后,再经74LS74一级二分频,共十五级分频。
产生1HZ的时机秒信号。
从U16A的5脚,即SEC端输出1HZ的时机秒信号。
将此信号送入秒计数器74LS290即U8的10脚。
(图二)
2)图为秒计数器(时间计数器),由双四位同步十进制加法计数器组成的六十进制计数器。
以
(1)步32768HZ石英晶振所产生1HZ的时机秒信号送入计数脉冲。
当秒计数器的个位即U8计数到达10时,由U8的8脚向计数器的十位即U7进1位,直到计数到达6时,U7、U8清零,向更高一级的分计数器进位。
同理,时计数器也是这样。
(图三)
3)数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路。
由于计数的起始时间不可能与标准时间一致,故需要在电路上加一个校时电路。
通常,校正时间的方法是:
首先截断正常的计数通路,然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端,校正好后,再转入正常计时状态即可。
根据要求,数字钟应具有分校正和时校正功能,因此,应截断分个位和时个位的直接计数通路,并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。
图3-7所示即为带有基本RS触发器的校时电路,如下图:
(图四)
4)译码驱动及显示单元
计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出,选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流,选用CD4511作为显示译码电路,选用LED数码管作为显示单元电路。
(图五)
六、数字钟电路PCB板的分层:
Toplayer-顶层打印预览图
(图六)
Bottomplayer-底层打印预览图
(图七)
Topsilkscreenoverlay-顶层丝印层预览图
(图八)
(图十)
(图十一)
(图十二)
七、实训总结
在此次的数字钟设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。
极大的提高了我对本专业的热爱和对科学技术的热忱。
在连接六进制、十进制、六十进制的连线中,要求我们要熟悉逻辑电路和芯片各引脚的功能,在电路电气规则检查时能准确地找出错误所在并及时纠正。
对于本次实训我出现了几处错误,特别是在原理图纸的设置、元器件的连线和元器件的封装上面。
首先,原理图纸出现的问题是我把老师要求的A4纸设置成了C纸,这样就直接导致我后来截图不便,都是后来已经在查看3D效果图时才发现,这就直接导致不符合老师要求。
同时也是为了更熟悉Protel99SE这款软件,所以我重做了一遍,之后心理很踏实。
其次,原理图的连线有问题,在电器规则检查时,总是重复着错误点,后来通过老师和同学的帮助方才解决了问题。
而问题的主要原因是我把连线接在了芯片的引脚上和把带有电器特性的标识接错。
再一个问题就是有些元气件在原理图中的封装和PCB板中的封装不一致,出现了这样的问题不知所措,但最终还是在大家的帮助和自己的努力下顺利完成。
通过本次实训使我深刻的认识到了自己在EDA的学习上存在的不足,也使我意识到在以后的学习和工作中,应该要注重夯实基础,做到认真、务实、仔细、不断的努力、不断的前进。
方才有可能做好一件事。
王子
2010.6.18.
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