数字电子钟实验报告(6)

我们确定用两个拨码开关一个接电源一个接地实现控制作用。

电源电路能使8~12V左右的电压转换为稳定的5V左右的电压，提供了稳压电源，因此电源输入时可能有的变化使提供的电压造成太大的影响，能保证电路的正常工作。 在电路仿真过程中，我们学习了Proteus软件的使用。Proteus在绘制出电路原理图后可以很方便地进行仿真，同时还可以提供激励电源和虚拟的示波器，方便我们观察电路中的时序变化图和仿真的波形图。在用Proteus仿真振荡、分频电路中，发现晶振不能起振，在网上查询发现这个问题很普遍，Proteus仿真振荡电路是一个短板，我们可以直接设置CD4060的振荡频率为32768Hz来实现振荡电路的观察，但是此时仿真会提示CPU负载达到99~100%使仿真时间与实际时间相差非常大，时间变化得非常慢，并且在示波器上无法显示波形。我们通过对显示出的红蓝块指示高低电平经过一段时间观察可以看出能得到1Hz的信号。 在后续仿真中，我们不加入振荡电路，而通过给予激励电源来提供输入信号。在主体电路调试中发现了小时电路变化至7时就发生了进位，通过示波器观察波形发现因为从7（0111）到8（1000）存在着1变0，0变1的情况使LD瞬间有低电平，而将置数电路改成在同时满足1001情况下置数可以解决问题。后来发现将7400改为74LS00后就不会存在这个问题。 在仿真过程学习了Proteus软件的使用方法，也对数字电路的内容加深了理解。软件的仿真与实际还是存在差别的，并且每个软件的长处和优点都不一样，我们要根据电路功能选择合适的软件进行仿真。而我们在计数器的设计时，置数电路中只考虑置数数字的1信号，只将1信号对应的网络接至与非门而不考虑0信号对应的网络，是因为计数是由高到低有顺序的，而仿真告诉我们这样做可能会在实际电路中遇到问题；7400和74LS00也说明这个问题的存在也与不同类型的芯片有关系。

调试过程加深了我对各个芯片作用的理解，也积累了调试和修改电路的经验。我们在调试中也遇到了很多问题，首先电路在设计绘制时有一网络名写错，在修改时我们将连线断开后用导线重新连线解决了问题。在实际电路调试中，我们也遇到了竞争冒险的问题，通过增加电容延时的方法来解决问题。在调试过程中，理解了增加并联电容通过电容的充放电来延迟电平达到的时间来达到延迟目的。我们也对开关防抖动电路加深了理解，开关防抖动是通过一个RC电路来减轻开关抖动产生的时间很短的脉冲尖刺等造成电路的变化，可以通过R、C来改变时间常数达到防抖动。

这次实验帮助我们对数字电路的知识进行复习和加深理解，数字电路的理论多数是逻辑问题，当逻辑正确时，实际电路中会遇到的竞争冒险、开关抖动、尖刺等现象，在实验过程中更清晰地展现在我们面前，也让我们掌握对这些问题的解决方法。另外，我觉得我们在设

计原理图和绘制PCB板时对后续问题的预见和为调试过程做准备的意识有待增强，我们可以提前增加多余的引脚方便我们接示波器等设备对波形进行测量。这是我们需要提高的能力。 张晨靖：

通过这次实验，我学习了中规模集成电路如何设计制作数字电路系统，了解了数字钟的基本功能和扩展功能的设计实现方法，学会使用protues ISIS软件进行电路的仿真以及仿真出错后怎样快速寻找问题原因并进行修调，同时进一步熟练了AD软件的使用和电路板的安装调试。

在此次实验中，我们小组三个组员都有各自的分工，我主要负责答辩ppt的准备、电路的仿真分析和部分电路的修改以及最后的电路调试等。

在进行电路仿真的过程中，由于是第一次使用protues ISIS软件，我一开始还不太熟悉软件的操作方法和功能。开始的时候我认为在AD中已经绘制完成的原理图应当存在某种方法可以直接兼容至ISIS使用而无需重新绘制，后来查询了各种资料，发现ISIS的电路图可以在AD中打开，而AD中的原理图无法使用ISIS打开，所以最后我们决定重新绘制一遍原理图。

在protues中画好原理图后，我们开始进行电路仿真。但仿真一开始，就立刻出现了问题，电路的分、秒显示和进位都正确，但是小时的计数功能在进制却有错误，出现了满7复0的情况，即状态为0→1→2→3→4→5→6→7→10→11→12→0。我们分析错误原因，观察仿真显示的高低电平，发现D触发器的输入没有任何变化，但输出却会自行变化，我们知道，因为D触发器的下一位输出状态是取决于上一位输入的，所以对于这一现象的发生完全不能理解，另外，74191计数器的状态转换也存在问题，当输出状态达到0111时，下一状态就会变成0000，即高位一直无法出现1状态。

在请教过老师之后，老师建议我们在仿真电路中添加示波器观察波形，于是我们在H11（74191计数器的Q1）、H12（74191计数器的Q2）、H13（74191计数器的Q3）和LD四处防止了示波器探针，并再次执行仿真，这一次我们通过观察波形发现了问题所在。

当0111转换为1000状态时，Q3从0变成1，Q0、Q1、Q2则应“同时”从1变成0，电路中出现了竞争冒险现象，而原本的进位信号是Q3=1，Q0=1，在状态改变的过程中出现了7直接进位的情况，而我们之前观察到的的触发器输入没有变化，输出却发生了变化的现象也找到了原因，是因为我们开始观察电平高低变化的方法无法显示出电路波形的跳变，即当信号快速变化又快速跳回时，肉眼是看不到电平有所变化的，而我们采用示波器就可以很明显地看到这一现象了。分析出电路问题原因后，我们也很快地找到了解决问题的方法，将

原本的进位信号Q3=1，Q0=1改为Q3=1，Q2=0，Q1=0，Q0=1，这样只有四位到达稳定状态后，才会产生进位信号，再次仿真就发现功能已经可以正确实现了。

之后的仿真都比较顺利，在获得了正确的仿真结果后，我们心里也变得有底，觉得电路板焊接完成后应该也不会出现大的问题，但真正安装完成电路板进行调试时还是出现了一些问题。

调试的第一天上午，我们的电路板的功能基本还正确，但下午回来后再进行调试一段时间后，却发现数字钟的分突然不显示了，并且芯片U22发烫非常严重，后来我们找老师更换了一块芯片，发现数字钟工作一段时间之后芯片还是会微微发热，怀疑是电路哪里存在短路问题，但是测量芯片接地和连接VCC的管脚，发现电压是正常的，直观来看电路板的器件焊接也没有明显问题，所以一直也没有找到芯片发热的具体原因，好在之后的调试我们会时常留意U22的温度，没有再出现严重发烫的问题。

另外数字钟还有一个问题，就是整点报时功能不准确，到达1点时会报时12声，2点会报时1声，3点会报时2声等等，以此类推。我们分析认为，出现这种整点不准确的现象，原因应该是逻辑控制电路的与非门延时时间不够，也产生了竞争冒险现象，查询资料和讲义后我们觉得可以直接接入一个小电容，延长延时获得正确的报时数，在接入电容之后，这一问题得到了解决。

在板子的装调过程中，我们发现了之前电路的设计上存在一些细节问题，很多实际电路中可能存在的细节在先前的设计中没有考虑到。比如部分电容的封装选择不合适，导致焊接时接入不便，也影响了电路的美观，还有校时电路的滤波电容距离主体较远，对于抖动的消除作用很不明显，另外，定时电路的拨码开关排布也很不方便操作，我们定时电路拨码开关的排布十位个位顺序和表示某位数字的二进制高低位是相反的，导致调节定时时刻不方便等，这让我更加深刻地意识到，电路板的设计是一个不断调整不断完善的过程，需要考虑到各种实际情况，才能设计出美观 …… 此处隐藏：2841字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……