【正文】 。這可能與按鍵開關(guān)的抖動有關(guān)系；在測試過程中還發(fā)現(xiàn)PCB板的抖動也會影響到數(shù)碼管顯示。長按校分按鈕，可以看到兩個分鐘的數(shù)碼管顯示按60進(jìn)制以秒計(jì)數(shù)，到達(dá)59后小時加1，說明分鐘模塊正常工作。安裝所有的芯片，接通電源，電源電路指示燈亮，數(shù)碼管亮，顯示小時的兩個數(shù)碼管顯示18，顯示分鐘的兩個數(shù)碼管顯示88，顯示秒的兩個數(shù)碼管從零開始以1Hz的頻率計(jì)數(shù)。示波器探頭首先接CD4060的4腳，接地端接電源地，測得1kHz左右的方波信號。我們檢查PCB板與AD中的PCB圖連線，計(jì)劃用導(dǎo)線將沒連上的線連上，后來發(fā)現(xiàn)錯誤已經(jīng)被修改。SW1是整點(diǎn)報(bào)時控制電路，當(dāng)開關(guān)1閉合時，整點(diǎn)報(bào)時功能使能，開關(guān)1打開，整點(diǎn)報(bào)時功能關(guān)閉。 數(shù)字鐘主體部分上圖為數(shù)字鐘的主體部分從上到下分別是共陰數(shù)碼管顯示器，分壓限流電阻，顯示譯碼器和16進(jìn)制計(jì)數(shù)器。電路布線的整體設(shè)計(jì)理念是在電路板的一周布上一圈的電源線和地線，當(dāng)有需要時直接橫向延伸進(jìn)去進(jìn)行連接；電路的其它部分則采取自動布線然后手動進(jìn)行調(diào)整的方法。另外選取其他若干整時數(shù)，均能實(shí)現(xiàn)正點(diǎn)報(bào)時功能。因此，我們將原本輸入為H1H13的與非門U18改為輸入為H10’、H1H12’、H13的四輸入與非門，然后再進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)功能可正常實(shí)現(xiàn)。： 原小時計(jì)數(shù)顯示電路 當(dāng)H11=1，H13=1即Q3Q2Q1Q0=1010，U2進(jìn)行置零操作，但觀察仿真發(fā)現(xiàn)Q3Q2Q1Q0= 0111即置零。①在Proteus軟件中繪制電路圖。三、主要儀器設(shè)備裝有AD、Proteus軟件的電腦，各類元件，鑷子，焊錫，電烙鐵等四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟：①，按照信號的流向分級安裝，逐級級聯(lián)。當(dāng)分十位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖的上升沿來到時，小時計(jì)數(shù)器加1，新的小時數(shù)被置入74LS191，進(jìn)位脈沖的上升沿同時又使74LS191的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，輸出高電平，經(jīng)GG3延時后使LD’=1，此時74LS191進(jìn)行減法計(jì)數(shù)技術(shù)脈沖由1Hz秒信號提供。U’/D=1做減法計(jì)數(shù)。根據(jù)以上要求。：有圖可見到達(dá)時刻時，音響電路的晶體管導(dǎo)通，揚(yáng)聲器發(fā)出1kHz的聲音，持續(xù)1min后晶體管因?yàn)檩斎攵藶?而截至，電路停鬧。只有當(dāng)十位的（Q2Q0）M2=11，分個位的（Q3Q0）M1=11，秒十位的（Q2Q0）S2=11以及秒個位的Q0S2=1時，音響電路才能工作。報(bào)時方式是發(fā)出連續(xù)的或者有節(jié)奏的音頻信號，較復(fù)雜的也可以是實(shí)時語音提示。撥動開關(guān)K時，與非門G2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器處于0狀態(tài)，這時數(shù)字鐘處于校正狀態(tài)，秒信號可以直接進(jìn)入計(jì)數(shù)器，而進(jìn)位信號被阻止，因而能夠較快地校正相應(yīng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。校時方法有快校時和慢校時兩種：快校時通過開關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器會1Hz的校時脈沖計(jì)數(shù)，慢校時用手動產(chǎn)生單脈沖作為校時脈沖。CD4511是CMOS BCD碼到7段鎖存、譯碼、驅(qū)動電路，它可以直接驅(qū)動共陰極LED，圖中電阻器限流的作用，其阻值應(yīng)根據(jù)電源電壓來決定，一般限制LED數(shù)碼管每段筆畫10mA左右。第十一、十二個脈沖過后計(jì)數(shù)狀態(tài)分比為10001/10010，這時與非門G2輸出低電平，計(jì)數(shù)控制端為高電平74LS191被設(shè)置為減法計(jì)數(shù)器，與非門G3的兩輸入端都為高電平，輸出變?yōu)榈碗娖?，使D觸發(fā)器清零，整個計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為00001，完成了從12→1的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。選用74LS191和74LS74，： 時計(jì)數(shù)器74LS191是帶異步置數(shù)端的16進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，設(shè)計(jì)成09的10進(jìn)制加法器和2→1的減法計(jì)數(shù)器，用它做19的計(jì)數(shù)何從12→1的減法計(jì)數(shù)。CP0’與脈沖輸入信號相連，Q3可作為向上的進(jìn)位信號與秒的十位計(jì)數(shù)電路CP0’相連，： 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路秒十位計(jì)數(shù)電路為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。③時分秒計(jì)數(shù)器時間計(jì)數(shù)單元有時計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)三個部分。2Hz再經(jīng)過一個D觸發(fā)器二分頻后得到1Hz的秒信號。由于石英晶體振蕩器的輸出頻率較高，為了得到1Hz的秒信號，需要對振蕩器的輸出信號進(jìn)行分頻。擴(kuò)展電路必須在主體電路正常運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行功能擴(kuò)展。該系統(tǒng)的工作原理是：由振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號，作為數(shù)字鐘的時間基準(zhǔn)，經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號。譯碼器采用BCD碼七段譯碼顯示驅(qū)動器。實(shí)驗(yàn)原理：數(shù)字電子鐘實(shí)際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1Hz）進(jìn)行計(jì)數(shù)的電路，主要由基準(zhǔn)頻率源、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示驅(qū)動器、數(shù)字顯示器和校準(zhǔn)電路等組成。⑤安裝并調(diào)試整個數(shù)字電子鐘。①擬定數(shù)字電子鐘電路的組成框圖，要求電路的基本功能與擴(kuò)展功能同時實(shí)現(xiàn)，使用的器件要盡量少、成本低。實(shí)驗(yàn)要求：，LED數(shù)碼顯示器為主要器件設(shè)計(jì)并制作一多功能數(shù)字電子鐘，要求具有如下功能：①基本功能：以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間，小時的顯示為“12”翻“1”，手動快校時。②設(shè)計(jì)、仿真、制作各單元電路，要求器件布局合理、美觀，便于級聯(lián)與調(diào)試。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：，完成基本功能：以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間，小時的顯示為“12”翻“1”，手動快校時?；鶞?zhǔn)頻率源是數(shù)字電子鐘的核心，它產(chǎn)生一個矩形波時間基準(zhǔn)信號，其頻率精度和穩(wěn)定性決定了計(jì)時的精度。顯示器采用LED七段數(shù)碼管。秒計(jì)數(shù)器滿60后想分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器滿60或向小時計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時計(jì)數(shù)器按照“12翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)。 ①振蕩器振蕩器是數(shù)字鐘的核心。通常用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)分頻，一般用多級二進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。 用CD4060構(gòu)成的電子鐘振蕩與分頻電路如果精度要求不高，也可以采用由集成邏輯門與RC組成的時鐘源振蕩器，或由集成定時器555與RC組成的多諧振蕩器。分和秒都是模M=60的計(jì)數(shù)器，輸出為兩位的BCD嘛，其計(jì)數(shù)規(guī)律為00→01→?→58→59→00→?。1通過與門與1清零端R相連，實(shí)現(xiàn)6進(jìn)制轉(zhuǎn)換，與門的輸出同時還作為向上的進(jìn)位信號與分個位計(jì)數(shù)電路CP0’相連。74LS74是D觸發(fā)器，用作時十位計(jì)數(shù)。同時計(jì)數(shù)器74LS191的控制端又恢復(fù)為低電平，重新開始下一個12的計(jì)數(shù)周期。 譯碼、驅(qū)動及顯示電路⑤時分校正電路當(dāng)數(shù)字鐘剛接通電源或計(jì)時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間，校時是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能。它是由基本RS觸發(fā)器和與非門組成，基本RS觸發(fā)器的功能是產(chǎn)生單脈沖，防止抖動。校準(zhǔn)后將校正開關(guān)K薄回原位，數(shù)字鐘繼續(xù)進(jìn)行正常的計(jì)數(shù)工作。仿廣播電臺整點(diǎn)報(bào)時是在整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi)開始報(bào)時，響1秒停1秒共5聲，前4聲低音，最后1聲高音。②定時控制電路數(shù)字鐘在制定的時刻發(fā)出信號，或驅(qū)動音響電路“鬧時”，或?qū)δ逞b置的電源進(jìn)行接通或斷開控制，不管是鬧時還是控制，都要求時間準(zhǔn)確，即信號的開始時刻與持續(xù)時間必須滿足規(guī)定的要求。③報(bào)整點(diǎn)時數(shù)電路報(bào)整點(diǎn)時數(shù)電路功能：每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時到整點(diǎn)時發(fā)出音響，且?guī)c(diǎn)響幾聲，實(shí)現(xiàn)這一功能的電路主要由以下幾部分組成：①減法計(jì)數(shù)器：完成幾點(diǎn)響幾聲的功能，即從小時計(jì)數(shù)器的整點(diǎn)開始進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，直到零為止。編碼器是由與非門實(shí)現(xiàn)的組合邏輯電路，其輸出端的邏輯表達(dá)式由5變量的卡諾圖可得： D0=Q0D1=((Q4’Q1)’邏輯控制電路由D觸發(fā)器74LS74與多級與非門組成。秒信號低電平時音響電路發(fā)出1kHZ聲音，秒信號高電平時停響。②級聯(lián)時如果出現(xiàn)時序配合不同步或尖峰脈沖干擾，引起邏輯混亂，可以增加多級邏輯門來延時，如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能由于電源電流的跳變引起，可以在集成電路器件的電流端Vcc加退耦濾波電容。②依次進(jìn)行主體電路和各擴(kuò)展電路的功能仿真，觀察各電路模塊的功能是否滿足需求，必要時在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)添加示波器探針觀察電路的波形情況。我們將H1H1 修改后局部電路②時間校準(zhǔn)功能對電路進(jìn)行快速時間校準(zhǔn)功能的仿真，發(fā)現(xiàn)當(dāng)校時開關(guān)下按時，小時數(shù)會升高，實(shí)現(xiàn)小時校準(zhǔn)；當(dāng)校分開關(guān)下按時，分鐘數(shù)會升高，實(shí)現(xiàn)分鐘校準(zhǔn)，時間校準(zhǔn)功能正常。④仿廣播電臺報(bào)時功能觀察整點(diǎn)即將來臨時音響的波形顯示，發(fā)現(xiàn)在整點(diǎn)前10s開始報(bào)時，并從揚(yáng)聲器中聽出先報(bào)四聲低音再報(bào)一聲高音，更改若干整點(diǎn)數(shù)功能均能正常實(shí)現(xiàn)。下面，將針對電路中的關(guān)鍵模塊進(jìn)行詳細(xì)的介紹。首先由16進(jìn)制計(jì)數(shù)器由1Hz信號進(jìn)行計(jì)數(shù)和產(chǎn)生進(jìn)位，同時將狀態(tài)傳遞給顯示譯碼器4511，顯示譯碼器4511將計(jì)數(shù)器傳遞來的狀態(tài)進(jìn)行譯碼，輸出對應(yīng)的高電平信號，經(jīng)電阻分壓后，點(diǎn)亮對應(yīng)的共陰數(shù)碼管顯示器，即可實(shí)現(xiàn)電路的主體功能。S1是小時電路的手動快校時按鍵，S2為分鐘電路的手動快校時按鍵。②電源電路安裝好電路后，在沒有裝芯片的情況下，測試電源電路是否正常。在將探頭接至5腳，測得500Hz左右的方波信號。秒數(shù)碼管的變化說明秒計(jì)數(shù)正確，分鐘和小時則說明了我們在設(shè)計(jì)中忽略了自啟動問題。長按校時按鈕，小時以1Hz頻率實(shí)現(xiàn)1→12計(jì)數(shù)，小時模塊正常工作。開關(guān)防抖動與上拉電阻與并聯(lián)電容組成的RC電路有關(guān)，所以通過改變電容電阻的值來增大RC電路的時間常數(shù)。換成撥碼開關(guān)后，打開撥碼開關(guān)后小時、分鐘能夠正常計(jì)數(shù)。拆下74LS390后用萬用表測試插座上各個管腳的電壓，發(fā)現(xiàn)電壓并沒有異常情況，接地腳與電源地直接的電壓為0V左右。④調(diào)節(jié)鬧鐘功能。檢查原理圖和電路板，發(fā)現(xiàn)每個撥碼開關(guān)的高位到低位是從右向左的，重新調(diào)整撥碼開關(guān)的撥碼后，喇叭持續(xù)發(fā)出1kHz的聲音。由于設(shè)計(jì)電路的原因，控制開關(guān)有兩個撥碼開關(guān)接入狀態(tài)，左數(shù)第一個與電源相接，第二個與地相接，當(dāng)?shù)诙€開關(guān)未接通（0）時不論第一個撥碼開關(guān)接通與否輸入都為高電平（1），鬧鐘電路工作；當(dāng)狀態(tài)為01時，鬧鐘電路控制開關(guān)處于打開狀態(tài)，相當(dāng)于鬧鐘電路不工作。實(shí)現(xiàn)來四聲低音一聲高音的仿廣播電臺報(bào)時功能。找到該模塊的電路，與原理圖對照的過程中發(fā)現(xiàn)有一網(wǎng)絡(luò)名寫錯，在最后版本的原理圖中沒有改正過來。之后再改變校時按鈕后，聽報(bào)小時數(shù)是正常的。在LD1的輸出端與計(jì)數(shù)器74LS191的置數(shù)管腳之間并聯(lián)一個104電容，注意焊接時使電容管腳與其他管腳不相接，以免發(fā)生短路情況。在確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，首先對給出的電路原理進(jìn)行理解掌握。在設(shè)計(jì)鬧鐘電路時，運(yùn)用了撥碼開關(guān)撥二進(jìn)制數(shù)來實(shí)現(xiàn)鬧鐘時間的設(shè)定，又用數(shù)值比較器來確定數(shù)字鐘到達(dá)了設(shè)定時間。在電路仿真過程中，我們學(xué)習(xí)了Proteus軟件的使用。在后續(xù)仿真中，我們不加入振蕩電路，而通過給予激勵電源來提供輸入信號。軟件的仿真與實(shí)際還是存在差別的，并且每個軟件的長處和優(yōu)點(diǎn)都不一樣，我們要根據(jù)電路功能選擇合適的軟件進(jìn)行仿真。在實(shí)際電路調(diào)試中，我們也遇到了競爭冒險(xiǎn)的問題，通過增加電容延時的方法來解決問題。另外，我覺得我們在設(shè)計(jì)原理圖和繪制PCB板時對后續(xù)問題的預(yù)見和為調(diào)試過程做準(zhǔn)備的意識有待增強(qiáng)，我們可以提前增加多余的引腳方便我們接示波器等設(shè)備對波形進(jìn)行測量。在進(jìn)行電路仿真的過程中，由于是第一次使用protues ISIS軟件，我一開始還不太熟悉軟件的操作方法和功能。我們分析錯誤原因，觀察仿真顯示的高低電平，發(fā)現(xiàn)D觸發(fā)器的輸入沒有任何變化，但輸出卻會自行變化，我們知道，因?yàn)镈觸發(fā)器的下一位輸出狀態(tài)是取決于上一位輸入的，所以對于這一現(xiàn)象的發(fā)生完全不能理解，另外，74191計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換也存在問題，當(dāng)輸出狀態(tài)達(dá)到0111時，下一狀態(tài)就會變成0000，即高位一直無法出現(xiàn)1狀態(tài)。之后的仿真都比較順利，在獲得了正確的仿真結(jié)果后，我們心里也變得有底，覺得電路板焊接完成后應(yīng)該也不會出現(xiàn)大的問題，但真正安裝完成電路板進(jìn)行調(diào)試時還是出現(xiàn)了一些問題。在板子的裝調(diào)過程中，我們發(fā)現(xiàn)了之前電路的設(shè)計(jì)上存在一些細(xì)節(jié)問題，很多實(shí)際電路中可能存在的細(xì)節(jié)在先前的設(shè)計(jì)中沒有考慮到。PCB版圖的繪制主要包括了元器件的導(dǎo)入與檢查，排版，手動布線與自動布線，手動布線更改，以及原理圖更改邏輯設(shè)計(jì)之后的大改和經(jīng)過老師檢查之后的大改幾部分組成。當(dāng)然，中間這一步并沒有按照功能排布，僅僅是按照美觀排布，為版子的功能實(shí)現(xiàn)埋下了隱患（雖然這個隱患經(jīng)過老師指導(dǎo)后進(jìn)行了大改，已經(jīng)基本排除，但是修改的過程也是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，以后盡可能要做到一步到位）；其次，經(jīng)過這一次的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)當(dāng)初元器件之間留下的空間對于這么大的一個工程來說還是相當(dāng)有限的，以后對于空間要有更合理的把握。所以，我參考了一下別人設(shè)計(jì)的版圖，于是設(shè)計(jì)成了將電源和地在外圈周圍布線，然后通過橫向的布線將電源和地導(dǎo)入到所需位置，經(jīng)修改后的電路板如下：圖3：電源和地布完上面這塊板子算是我們第一版的最終版了，這是基于我們設(shè)計(jì)是正確的前提。經(jīng)過檢查之后，老師給我們指出了兩個比較重要的設(shè)計(jì)失誤，一個就是電源的四個濾波電容離電源太遠(yuǎn)，效果不好，二是晶振和14次分頻器距離太遠(yuǎn)。這塊PCB板總共花了我一天的時間進(jìn)行排版和布線，然后花了整整三天的時間，更改銅線的粗細(xì)，修改電源和晶振電路，然后還修改了四十多處沒連上或者過孔沒打通的錯誤，不得不說PCB的設(shè)計(jì)是一個集技術(shù)與耐心于一體的工作。其中，網(wǎng)絡(luò)名的問題屬于組內(nèi)成員溝通問題，因?yàn)樽谝黄?，我們此次的交流基本上就是將原理圖直接發(fā)給對方，然后口頭告訴對方所更改的地方，然后對方再將所修改的地方直接復(fù)制過去。圖8：撥碼開關(guān)的設(shè)計(jì)問題至于沒有設(shè)計(jì)自啟動，也是一個很嚴(yán)重的問題，雖說剛通電的時候，數(shù)字中可以處在任何有用的狀態(tài)，但有時候進(jìn)去就是10：62，這樣還要通過校時30多秒才能進(jìn)入正常的循環(huán)，這也是一個弊端。結(jié)果接下來就發(fā)現(xiàn)了1點(diǎn)的時候報(bào)時是響12下，于是，我立馬確定了錯誤是跟我想的一樣，存在于輸入部分，即輸入部分存在競爭冒險(xiǎn)——時鐘脈沖到達(dá)時，對應(yīng)的譯碼器因?yàn)楸姸嚅T電路的延時還沒有將新的狀態(tài)傳遞過來，減法計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)輸入端還是上一個狀態(tài)，然后當(dāng)時鐘到達(dá)時，置入了上一個狀態(tài)，所以才存在報(bào)時的錯位現(xiàn)象。我還要感謝我的兩個可愛的組員，沒有她們協(xié)助和付出，憑我一個人，很難在這么短的時間內(nèi)完成這么一個產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的全過程。5． 整點(diǎn)報(bào)時少一聲（或許是重疊）調(diào)試日期：2016/7/18 接著昨天的進(jìn)行調(diào)試，認(rèn)為需要修改的主要存在以下三個方面 l U22即74LS390存在發(fā)熱現(xiàn)象l 整點(diǎn)報(bào)時存在錯位現(xiàn)象（加電容延時）l 按鈕開關(guān)存在抖動現(xiàn)象，長按正常，短按不確定（懷疑是版子震動問題，換成撥碼開關(guān)并固定住版子，