数字钟实训指导书

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1、数字钟实训指导书电子电气工程系2008.91.实训目的（1）适应高职教学培养应用性人才的需要，加强实践教学的力度，培养学生从电路原理图到印刷电路转换的读图能力，培养学生在理论知识指导下排除故障、解决实际问题的能力。（2）检查学生对已学过的中小规模集成电路有关内容的掌握程度，巩固已学过的基础知识，补漏课堂教学中的不足。（3）激发学生的学习兴趣，为学生主动学习、创新学习、学以致用提供时间和条件。2.实训要求（1）熟练掌握实训中所涉及的各个集成电路的功能和使用，真正理解实训提供的电原理图。（2）一人一套器材，完全由学生自己独立完成实训电路的安装、焊接、调试，并要按要求调试成功。（3）独立撰写一份合格

2、的实训报告。3.数字钟的组成框图和电原理图3.1.数字钟电路的组成框图数字钟电路的组成包括二个60进制计数、数字显示译码、驱动显示电路，一个12转1计数、数字显示译码驱动显示电路，校分电路、校时电路，晶体振荡秒信号产生电路和5V供电电源电路。数字钟电路的组成框图如图1.1。图1.1数字钟电路组成框图3.2.数字钟组成框图中各个组成部分的电原理图(1)晶体振荡秒信号产生电路晶体振荡秒信号产生电路，是由晶体振荡器和15级二分频电路组成，其电路原理图如图1.2，在实际电路中可用一块CD4060和一块CD4013构成。CD4060和CD4013的管脚图如图1.3(a)(b)。图1.2晶体振荡秒信号产生

3、电路(a) CD4060管脚图(b) CD4013管脚图图1.3CD4060和CD4013管脚图CD4060内部包含二个非门和14级二分频电路，CD4013是一个双D触发器，由此可知用CD4060中的二个非门，加外部元件可构成晶体振荡器，采用32768Hz晶振，振荡产生的32768Hz信号可以从G2输出，送出32768Hz信号经CD4060内部14级分频后从Q14送出2Hz信号，其2Hz信号再送给由CD4013双D触发器中的一个触发器组成触发器二分频，从而得到1Hz的秒信号。读者可自行根据图1.2画出由CD4060和CD4013构成的实际电路连线图。(2)60进制计数译码驱动显示电路60进制计

4、数译码驱动显示电路由于选用不同的集成电路而有不同的组成形式，图1.4是用十进制计数器74LS160，反码输出的数字显示译码器74LS247和共阳数码管SM4105组成的60进制计数译码驱动显示电路。图1.460进制计数译码驱动显示电路74LS160、74LS247、74LS20、SM4105的管脚图如图1.5(a)(b)(c)(d)。(a) 74LS160管脚图(b) 74LS247管脚图(c) CD4012管脚图(d) SM4105管脚图图1.574LS160、74LS247、CD4012和SM4105管脚图（3）12转1计数译码驱动显示电路按照习惯，时钟的制式有二种，一种是24小时制，一种

5、是12小时制，24小时制小时位就是24进制计数译码驱动显示电路，对于12小时制，小时位应为12转1计数译码驱动显示电路，12转1计数译码驱动显示电路和60进制计数译码驱动显示电路基本相同，稍有不同的有二点：其一，12转1的十位计数器的预置数为d3d2d1d00001；其二，当小时显示数在9时59位59秒之前，小时十位显示不应显示0，而应借助于灭0，12转1计数译码驱动显示电路如图1.6。图1.612转1计数译码驱动显示电路(4)校时校分电路校时校分是通过校时校分电路，用秒信号去代替分计数信号和时计数信号，使分或时计数快速进行，因此校时校分电路实际上是一个数字信号的转换开关，图1.7(a)(b)

6、(c)给出了三种校时校分电路。图1.7三种校时校分电原理图图(a)是一种简单的手动开关电路，正常工作时Ka指向A，需要校准时按下Ka，使Ka指向B，用秒信号作为分或时计数器的计数信号，这种电路十分简单，但是开关的通断产生随机的机械抖动信号，使校准不易控制，轻轻按动开关可消除或减少这种机械抖动。图(b)是用三个与非和一个可调电位器实现信号的转换，当正常工作时电位器动滑头指向B，此时CP，当需要校准时，动滑头指向A，此时CP等于秒信号，二个0.033uf的电容可滤去滑动中产生的干扰信号，偶然也会有抖动干扰。图(c)是由三个与非门和基本RS触发器组成，基本RS触发器可完全消除开关的机械抖动，是最佳的

7、一种校时校分电路，当然电路要比较复杂一些。校时校分电路中的与非门可用CD4011二输入四与门集成电路组成，CD4011的管脚图如图1.8所示。图1.8CD4011的管脚图3.3 数字钟的电原理图11图1.9数字钟电原理图4.思考题(1) 把数字钟由12小时制改成24小时制如何改动？画出改动部分的电原理图。(2) 时计数译码电路中的十位74LS160输出的Q0为什么要和对应的译码器74LS247的相连，不相连会出现什么现象？(3) 如果74LS160的改成LD(即LD1时有效)，其它都不变，电原理图应作怎样的改动？(4) 在秒信号产生电路中，双D触发器CC4013起什么作用，用一个CC4000系

8、列JK触发器替代D触发器CC4013行吗？为什么？(5) 案例中给出三种校时校分电路，你能否再设计出一到二种点动校时校分电路，并画出具体电原理图。(6) 如果你手上有一块看不出型号的LED数码管，如何确定它的管脚图，即如何判断数码管是共阴还是共阳和如何确定a、b、c、d、e、f、g所对应的管脚。(7) 根据电原理图，估算整个电路在工作时的最大功耗Pm？，为什么？(8) 如果晶体振荡器产生的信号频率32768Hz的稳定度为107，则时钟走一年会产生多长时间的误差，如果调试时32768Hz晶振只能调到32767Hz，则时钟一个月(30天)将产生多长时间的误差。(9) 数字钟在调试中出现了故障，故障现象是这样的，当秒60进位计数器计到59秒时再来一个秒信号，不变成00秒，而是变04秒，那么，一般情况下会是什么原因所致？应如何找出这个故障？(10) 当电路安装焊接好调试时，接上电源后，电路不工作，经检查电源的电压和极性均是正确的，此时应如何进行检查？(11) 把由数码管显示的数字钟改成由发光二极管组成的中型数字显示钟。(12) 通过查手册和有关资料，设计一个全部数字集成电路用CC4000系列组成的数字钟，数码管用共阳数码管。(13) 给数字钟增加整点报时功能。(14) 设计数字显示倒计时交通自动指挥灯系统。5.其他参考书：电子技术基础， 周筱龙主编，电子工业出版社，2004年