数字电子钟实验报告(7)

图3：电源和地布完

上面这块板子算是我们第一版的最终版了，这是基于我们设计是正确的前提。几乎就在我布完线的同时，晓杰她们的仿真结果出来了，小时的翻转是不正确的，所以我们在讨论了之后，对小时控制电中的D触发器的输入逻辑进行了修改，然后加入了两个芯片，分别是74LS04的非门和74LS20的与非门。因为电路板内部没有空隙，所以考虑将两片芯片放在了右下角单独开出的一片小区域里。如下图：

图4：逻辑错误修改

修改完逻辑错误之后就产生了我们电路的第二版的最终版，然后就拿去给老师检查我们的板子有没有什么问题。经过检查之后，老师给我们指出了两个比较重要的设计失误，一个就是电源的四个滤波电容离电源太远，效果不好，二是晶振和14次分频器距离太远。于是回去之后我就将这两部分电路单独拿了出来，放在了右上方，改正了电路设计没有按功能排在一起的失误。修改后的部分如下图：

图5：修改后的电源电路

图6：修改后的晶振电路

经过以上三大步的修改，在对一些小的地方自动布线没有解决的错误进行修改之后，产生了我们上交的电路的最终版，如下

图7：最终上交版

在这份最终上交版中，经过老师的检查，还是发现了四处错误，分别是两根连线没有连上，以及两个过孔没有打通。这既是我当时检查不够仔细导致的问题，同时也是我不会使用DRC的原因，在电路板发下来之后，经过向老师请教，知道了如何用软件检查布线的结果，即DRC(design rule check 设计规则检查)，极大的减少了以后出现这种细节性错误的可能性，也算是一种进步吧。

这块PCB板总共花了我一天的时间进行排版和布线，然后花了整整三天的时间，更改铜线的粗细，修改电源和晶振电路，然后还修改了四十多处没连上或者过孔没打通的错误，

不得不说PCB的设计是一个集技术与耐心于一体的工作。四天的时间里让我对PCB的设计产生了更深刻的认识，包括电源和地的布线方式，模块化设计的方法以及DRC确认设计等等，同时也切身的体会到了自己经验的不足，也有了以后努力的方向。

调试过程中的经验谈

调试的具体过程已经附在上文的安装与调试环节了，所以在此就不再赘述了，这里简单讲一下在调试过程中所发现的一些设计上的注意事项以及小组成员沟通之间的注意事项。

在这次的调试中发现的主要的设计错误和不合理的地方有网络名在组员的原理图更改之后没有更新，闹钟的数值比较器比较的开关和计数器的二进制顺序相反，没有设计自启动，以及整点报时功能存在竞争冒险现象，以及按钮开关存在较大不确定性等问题。

其中，网络名的问题属于组内成员沟通问题，因为坐在一起，我们此次的交流基本上就是将原理图直接发给对方，然后口头告诉对方所更改的地方，然后对方再将所修改的地方直接复制过去。这种交流方式的优点当然就是交流效率非常高，但是缺点就是如果一次性有太多修改的时候，尤其是只是更改网络名，而没有更改其他设计的时候，容易被忽视。建议以后如果需要一个小组一起努力完成一个项目的话，每次都应该将自己修改过的地方写成文档，让其他成员按照文档修改，而且这样以后在调试的时候也有可以参考的文献。

而对于数值比较器的问题，设计的时候是按3210的数序进行高低比较的，但是拨码开关上的顺序是1234（错位的以为因为不影响正常的大脑译码，所以不考虑，即对人脑来说不论是3210，还是4321只要是连续的四位数，结果都是一样的），因此出现的问题就是逻辑上的高低和物理上的高低相反，因此对于单个拨码开关使用的时候，最高位在右边，要从右向左读数，增加了使用难度，而让用户违反常规思维使用，让用户适应产品的做法，是一款产品设计的非常大的缺陷，这也是以后在设计电子产品的时候要考虑的重要问题——在功能以及价格相同的时候，用户体验往往决定了产品的出路。

图8：拨码开关的设计问题

至于没有设计自启动，也是一个很严重的问题，虽说刚通电的时候，数字中可以处在任何有用的状态，但有时候进去就是10：62，这样还要通过校时30多秒才能进入正常的循环，这也是一个弊端。鉴于修改自启动问题需要对整个电路的逻辑进行修改，工作量很大，而且对电路整体功能影响不大，所以这一问题我们小组暂未修改，且经过所有其他调整之后，一般开机后会处于10：00（不稳定），已经不需要很长的校时调整。

至于整点报时不准确的问题，开始的时候我们以为是计数器少数了一个，或者是和电台报时重叠。但我仔细考虑了一下，认为事实并不是这样，因为怎么想也不觉得每次计数器都会少数，原因肯定在输入数据部分。结果接下来就发现了1点的时候报时是响12下，于是，我立马确定了错误是跟我想的一样，存在于输入部分，即输入部分存在竞争冒险——时钟脉冲到达时，对应的译码器因为众多门电路的延时还没有将新的状态传递过来，减法计数器的数据输入端还是上一个状态，然后当时钟到达时，置入了上一个状态，所以才存在报时

的错位现象。修改的关键就是延迟时钟信号的到达，修改方案有加两级反相器或者加上一个电容进行延时，因在调试的时候加入反相器过于麻烦，选择了第二个方案，即加上一个电容进行延时。经过修改之后，整点报时功能正常，符合设计要求。

图9：整点报时的数据输入端最多经过了三段延时

最后，不得不说这么大的一个项目真的是对自己的一个锻炼，不仅仅开始的时候要进行逻辑设计和改错，要耗费那么长的时间进行一个PCB的设计和修改，要把一块漏洞百出的电路调试到正常状态，无论哪一步都很烧脑子，但是无论哪一步收获都很大。

我还要感谢我的两个可爱的组员，没有她们协助和付出，凭我一个人，很难在这么短的时间内完成这么一个产品设计开发的全过程。还要感谢王老师的指导，指出了我们电路设计的不合理的地方，并告诉了我们修改方式，并且因为之前我不会DRC，在板子加工之前还帮我们修正了四处设计错误，使我们调试过程中的工作量极大的降低。

附录：原始调试记录

调试日期：2016/7/17

早上来到，安装好芯片和拨码开关之后，我们就安上了电源，开始了调试过程。 ? UH2引脚错误（没错，是两个等效的网络）

? 开关与计数器大小顺序，对应拨码开关右侧为高位（对应问题） ? H1H2对应顺序等

? 开关没有防抖动，长按可正常调时（大部分），短按不确定 ? 6，9不好看

? 电台报时和整点报时重叠 ? 没有设计自启动

? 网络名不对（LD与LD1，外加飞线）

下午调试：

1． 长按的不确定性

2． 分钟和小时按键互相影响 3． 版子震动会改变状态

4． 分钟不显示——390发烫——按键失灵——整点报时一直响——换掉芯片，恢复正常。 5． 整点报时少一声（或许是重叠）

调试日期：2016/7/18

接着昨天的进行调试，认为需要修改的主要存在以下三个方面 ? U22即74LS390存在发热现象

? 整点报时存在错位现象（加电容延时）

? 按钮开关存在抖动现象，长按正常，短按不确定（怀疑是版子震动问题，换成拨码开关

并固定住版子，功能正常）

设计的不合理：

拨码开关方向，按钮开关，闹钟开关

因未出现乱码 …… 此处隐藏：1690字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……