成都航空职业技术学院
实习报告书
（20 10 ～ 2011 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： 电气自动化
班 级： 20934 学 号： 091450
学生姓名：贝为国 指导教师： 周兴、王龙
完成时间： 20## 年 12 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32768HZ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32768HZ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。
图4-5-2 石英晶体振荡器 图4-5-3 15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。
（a）由74LS192和触发器实现；（b）由74LS290和触发器实现
图4-5-4 12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。
（a）控制共阴极；（b）控制b、c端
图4-5-5 时计数器的“十”位显示电路
4．实训子项目4：校对电路
在刚接通电源或者时钟走时出现误差时，需要进行时间校准。通常可在整点时刻利用电台或电视台的报时信号进行校准，也可在其他时刻利用别的时间标准进行校对。必须注意，增加校对电路不能影响时钟的正常计时。
实现校对的具体方法各有不同。可通过两个开关进行，分别为校时开关和校分开关。当校时（校分）开关置于有效位置时，小时（分钟）计数器自动加1，当加到标准时间的瞬间，迅速将开关置于无效位置。两个开关还可为按钮开关，每按一次按钮，对应时/分计数器加1。这种方案不易将校对精确到秒。
本课题要求只用一个按钮开关实现校对，每按一次按钮，电路自动进入下一工作状态，这种设计思想广泛应用于家用电器的数控电路中。校对总在选定标准时间到来之前进行，一般分为四个步骤：首先使小时计数器自动加1，直加到需预置的小时数，立即按下按钮，时计数器暂停计数；同时分计数器开始自动加1，直加到需预置的分钟数，再按下按钮，分计数器暂停计数；此时秒计数器应清零，时钟暂停计数，处于等待启动阶段；当选定的标准时刻到达的瞬间，按下按钮，电路则从所预置时间开始计时。这种方案可将校对精确到秒。由此可知，校时电路应具有预置小时，预置分钟、秒清零等待、启动计时四个阶段。
（1）防抖动开关电路
由于机械开关的机械振动不适合对反应速度极快的门电路进行控制，否则会发生误操作，所以机械开关应加防抖动电路以产生稳定的上升沿或下降沿单脉冲输出。防机械抖动的方案有多种多样。我们采用试验箱上的开关.。
（a）利用RC电路防抖动；（b）利用基本RS触发器防抖动；（c）利用基本RS触发器防抖动的工作波形
图4-5-6 防机械抖动开关电路及工作波形
（2）四进制计数器
四进制计数器可以利用双D触发器来实现，从减少连接线的角度看，也可以利用MSI计数器实现。选择MSI器件74LS90。
（3）校时控制器原理——利用MSI数据选择器（双四选一74LS153）
原理见图4-5-7。注意：Q1和Q0的四种组合状态对应校对的四个阶段功能。在本例中，假设状态分配为00对应校时、01对应校分、10对应等待且秒清零、11对应启动正常计时。状态分配还可以有其他形式，如01对应校时、10对应校分、11对应等待且秒清零、00对应启动正常计时，等等，读者可依据相同原理设计相应电路。
表4-5-1 状态分配表
图4-5-7 校时控制器原理
（4）等待期间秒清零电路
在两种情况下秒计数器应清零：第一，秒计数器实现60进制，即当计数器计满60个脉冲时（秒十位的Q2和Q1都为1）应清零；第二，在校时操作中，等待期间（C＝1）应使秒计数器清零。分析可知，这两种情况的逻辑关系为相“或”，可用“或门”或者其它门电路实现。如图4-5-8所示。C如何产生请读者自行分析（提示：与四进制校时计数器的状态分配有关）。
图4-5-8 秒清零电路
自动报时数字钟所用元器件及其作用
数字钟实训时间安排
项目拓展
（1） 若要求时间精度较高，可用晶体振荡器产生稳定度极高的振荡信号，再经分频器得到1HZ的秒脉冲信号。试设计相关电路的原理图，并作为选作内容进行安装调试。
（2）在电台或电视台的整点播报中，往往是在整点前6秒开始，以频率800HZ每秒钟响一次，整点到时以频率1kHZ最后一响。本课题有响声次数与小时点数一致的特殊要求，目的是为增加设计的难度。若要实现与电台类似的播报，试设计相关电路图。
.实训报告总结
1.通过努力，终于在最后完成了显示与校时的功能
1.设计过程中遇到的问题及其解决方法。
1） 在检测74LS47驱动电路的过程中发现有两个数码管显示的数字是没有规律的（不是从0到9的显示），正是由于我们布线的整齐简明，经过检查发现是74LS47其中的两跟译码线与显示管脚连接出错，交换，就OK了！
2） 在连接晶振的过程中，晶振起振，但是输出的脉冲明显不是1HZ的，对照设计电路检查，发现CD4060的输出管脚接错，接上3号管脚，一切OK！。
3） 分进位到时要接非门否则会变成40进制 。
4） 通过对接线的体会，我们知道做事要认真，否则将全局错误
2. 设计体会
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。
在连接六进制、十进制、六十进制的进位及十二进制的接法中，要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能，那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。
在设计电路中，往往是先仿真后连接实物图，但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的，例如仿真的连接示意图中，往往没有接高电平的16脚或14脚以及接低电平的7脚或8脚，因此在实际的电路连接中往往容易遗漏。
在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的错误所引起的。
第二篇：单片机实训(可调数字钟)
题目：可调数字钟
任务目的和要求：利用80C51单片机内部定时器，设计一台可调数字钟，能通过按键进行时、分、秒的调整，利用8位共阴极LED数码管以24小时方式进行显示。
软件设计思路：
利用8051单片机内定时器T0的中断来实现数字钟的功能，T0定时时间可设为50ms，每隔50ms产生一次定时中断，如果中断20次即达到1秒。程序设计时先安排时、分、秒内存单元，在中断服务程序中根据中断次数来决定秒单元是否加1，当秒单元达到60时分单元加1，同时秒单元清0，分单元达到60时，时单元加1，同时分单元清0,时单元达到24时，时、分、秒单元同时清0，又从头开始计时。
综合实训报告要求：
1、首先写出系统方案选择
1） 单片机选型
选用MCS-51系列主流芯片80C51，内部带有4KB的flash ROM,无需外扩程序存储器，由于数字钟没有大量运算和暂存数据，片内128B的RAM可以满足设计要求，无需外扩片外RAM。
2） 计时方案
（1）实时时钟芯片
针对应用系统对实时时钟功能的普遍需求，各大芯片生产厂家陆续推出了一系列实时时钟集成电路，如DS1287、DS12887、DS1302、PCF8563、S35190等。这些实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据每秒自动更新一次，不需程序干预。单片机可通过中断或查询方式读取计时数据。实时时钟芯片的计时功能无需占用CPU时间，功能完善，精度高，软件程序设计相对简单，在实时工业测控系统中多采用这一类专用芯片来实现。在这里采用单片机内部的定时器来实现计时。简化硬件设计。
（2）软件控制
利用80C51内部定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时。该方案节省硬件成本，且能够使同学对前面所学知识的综合运用，因此，本系统设计采用这一方案。
3）显示方案
（1）利用串行口扩展LED，实现LED静态显示
该方案占用单片机资源少，且静态显示亮度高，但硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，比较适用于单片机并行口资源较少的场合。
（2）利用单片机并行I/O口，实现LED动态显示
该方案直接使用单片机并行口作为显示接口，无需外扩接口芯片，但占用资源较多，且动态扫描显示方式需占用CPU时间。在非实时测控或单片机具有足够并行口资源的情况下可以采用。这里采用动态显示方案。
4） 系统方案确定
综合上述方案分析，本系统选用主流芯片80C51单片机作为主控制器，采用单片机内部定时器实现计时、独立键盘（3个）和动态LED显示（8位）。
a) 键盘功能定义：系统采用3个独立按键，分别进行时、分、秒的调整，按下一次按键，做加1调整。当达到最大值，再次按下按键返回0。
b) 显示定义：利用8位共阴极LED从左到右依次显示时分秒，采用24小时计时。
c) 系统工作流程设计
① 时间显示：上电后，系统自动进入时钟显示，从00—00—00开始计时。
② 时间调整：按下0#键进行秒针加1调整，按下1#键进行分针加1调整。按下2#键进行时针加1调整。当计数达到最大值时，再次按下按键返回0。
2、系统硬件设计
图1：可调数字钟硬件设计
80C51单片机的P0口通过三态总线收发器74LS245接到8位共阴极LED数码管的数字输入端，单片机的P3口作为数码管的数位控制，从P0口输出显示字符段码，从P3口输出循环扫描控制位，利用人眼的视觉暂留功能，达到8位数码管同时显示的效果。单片机的P1.0—P1.2引脚通过三个按钮开关接地，通过判断P1.0—P1.2引脚电平的高低，决定是否进行数字钟的时、分、秒调整。P1.2进行“时”调整，P1.1进行“分”调整。P1.0进行“秒”调整。
3、系统软件设计
明确任务要求，完成方案设计和硬件电路设计后，进入系统软件设计阶段。我们采用自顶向下，逐步细化的模块设计方法。
1） 模块划分
根据任务要求分析，首先把任务划分为相对独立的功能模块，系统模块划分为如图所示，可分为以下几个功能模块。
（1）主程序：完成系统初始化，包括时钟初始参数及初始标志的设定；I/O端口、定时/计数器初始状态的设定；更新显示时间、循环扫描按键，根据按键进行时钟的设置管理。
（2）LED显示子程序：
根据显示单元首地址显示时钟时间，实现8位LED的动态显示功能。
（3）键盘检测子程序：
检测是否有键被按下，有键按下，转入对应的加1修改功能子程序。
（4） 定时器中断服务子程序：
定时修改时钟参数中断服务子程序。
主程序流程图：
