学习并掌握Proteus仿真软件的使用。学会使用信号源、直流电源、万用表等常用实验设备。学会使用面包板进行电路调试。掌握使用PCB板进行实物装配、机焊等知识与技巧。意义使我们能全面运用所学的理论知识，拓宽知识面，系统地进行电子电路工程实践训练。学会检查电路故障及排除故障的一般方法。锻炼动手能力，培养工程师的基本技能。提高分析问题、解决问题的能力。六位数字钟的设计设计目的了解数码管、计数器、译码器及一些器件的逻辑功能和使用方法。学习并掌握数字钟的设计方法和工作原理。熟悉集成电路的管脚排列，掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。了解面包板结构及其接线方法。了解PCB板的生产流程，提高动手能力。学习使用Proteus软件进行电子电路原理图设计。学习手工焊接、电路调试的方法。 电路所要实现的具体功能设计一个24小时制数字钟，时、分、秒可分别完成二十四进制、六十进制、六十进制的功能，完成计时功能。能准确校准时间，并能单独校准小时和分钟，能暂停秒数，达到标准时间。能准确计时，并以数字形式显示时、分、秒。详细电路设计电路的模块化系统结构图及说明如图1所示：图SEQ图*ARABIC1电路的模块化系统结构图各模块详细设计过程振荡电路：振荡电路是由555定时器和一些电阻、电容组成的1秒脉冲发生器。
为了使振荡电路能提供上升沿，实现每隔1秒左右跳变一次，必须按公式加上两个特定值的电阻和一个特定值的电容，这些确定之后，就开始连接各引脚，8、4端接高电平，5、2端接电容后接地，1端接低电平地，3端输出口外接，2、6端连接，7、8端接电阻，7、6端接电阻。设计效果如图2所示。原理公式：f=1.43/(R1+2R2)CT=1/f图SEQ 图*ARABIC 2振荡电路计数电路：主要由6片二进制、十进制同步加法计数器CD4518组成。 它分为秒计数电路（两只CD4518）、分计数电路（两只CD4518）、小时计数电路（两只CD4518）。秒计数电路将4518的输出接到4511的相应输入端，个位输入端接振荡电路的脉冲输出端。十位的进位是由4518的个位进位到9产生的Q3的下降沿触发的。因此十位的CLK端接地，个位的Q3接十位4518的使能输入端。通过异差清零的性质进行进位，其余各引脚按其性质接高、低电平。 在十位上接一个与门，接5对应的二进制数，接到CLK端，实现清零为6，设计效果如图3所示。图SEQ图*ARABIC3秒计数电路分钟计数电路与秒计数电路类似。
为了使十位在达到6时能够进位，必须把5对应的二进制数通过与门接到分钟计时电路个位的使能输入端，实现秒到分的进位。设计效果如图4所示。 图序号 图* ARABIC 4 分钟计数电路 小时计数电路 小时计数电路需实现24清零，所以必须把十位上的2转换成二进制后接到个位上的3对应的二进制后接一个与门再分别接到十位和个位的清零端，实现清零到24。设计效果如图5所示。 图序号 图* ARABIC 5 小时计数电路 7段显示译码电路：由6片七段码译码器CD4511组成。 根据功能，每个CD4511的LT、BI端接高电平，LE端接地。每个芯片的输入端A、B、C、D与对应的CD4518的对应输出端相连，输出端与7段数码管的对应输入端相连。设计效果如图6所示。 图SEQ 图* ARABIC 6七段显示译码电路 数码管显示电路：由6个7段数码管组成。将每个数码管的接地端接地，输入端与CD4511对应的输出端相连。设计效果如图7所示。 图SEQ 图* ARABIC 7数码管显示电路 关键芯片及使用详情 CD4511CD4511是用于驱动共阴极LED（数码管）显示的BCD码-七段码译码器。
可直接驱动共阴极LED数码管。使用方法：在CD4511的A、B、C、D脚输入0～9的BCD码，数码管便会显示字符0～9，其中a为最低位。LT为灯测试端，高电平时显示器显示正常，低电平时显示器常显数字“8”且各段全部点亮，可用来检查显示器有无故障。BI为消隐功能端，低电平时各段全部消隐，显示正常时B1端应为高电平。其引脚图如图8所示，真值表如图9所示。图SEQ 图*ARABIC 8 CD4511引脚图图SEQ 图*ARABIC 9 CD4511真值表CD4518CD4518为二进制、十进制同步加法计数器，内含两单元加法计数器，其功能表如真值表所示。 每个单片机有两个时钟输入端CLK和EN，可用时钟脉冲的上升沿或下降沿触发。从表中可以看出，若ENABLE信号为下降沿触发，则触发信号从EN端输入，CLK端置“0”；若CL℃K信号为上升沿触发，则触发信号从CL℃K端输入，ENABLE端置“1”。RESET端为复位端，当RESET端置“1”时，计数器的输出端Q1～Q4全为“0”。只有当RESET端置“0”时，CD4518才开始计数。其引脚图如图10所示，功能表如图11所示。 图SEQ 图*ARABIC 10 CD4518引脚图 图SEQ 图*ARABIC 11 CD4518真值表 功能 CD4518采用并行进位方式。 只要有一个时钟脉冲输入，计数单元Q1就翻转一次；当Q1为1，Q4为0时，每输入一个时钟脉冲，计数单元Q2就翻转一次；当Q1=Q2=1时，每输入一个时钟脉冲，Q3就翻转一次；当Q1=Q2=Q3=1或Q1=Q4=1时，每输入一个时钟脉冲，Q4就翻转一次。
这样就从初始状态（“0”状态）开始计数，每输入10个时钟脉冲后计数单元自动回到“0”状态。这样就实现了0-9的一个十进制循环。最终合成的完整原理图如图12所示： 图SEQ 图*ARABIC 12 完整原理图仿真与设计 仿真软件简介及仿真步骤 仿真软件 本课程设计所用的仿真软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件Proteus，它不仅具备其他EDA工具软件的仿真功能，而且可以仿真单片机及外围器件，是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。 仿真步骤 将需要的元器件（带仿真模型）放置在编辑区，按照原理图所示摆放并用导线连接，最后得到仿真电路图。点击左下角的“？”按钮即可运行仿真，左下角还有暂停、停止按钮，方便仿真控制。 如果需要修改电路原理图，需要先停止电路仿真。 仿真结果仿真结果如图13所示： 图SEQ 图*ARABIC 13 Proteus仿真结果 仿真结果分析 仿真结果表明，在秒脉冲作用下，秒显示到达60时归零，分钟前进一位；分钟显示到达60时归零，小时前进一位；小时显示到达24时归零。仿真结果符合预期。
问题与解决方法 仿真过程中主要问题是仿真原件没有仿真模型，导致无法仿真（可能是电脑兼容性问题）。经网上查资料，得知用仿真模型替换相同原件即可解决问题。修改后，仿真正常。 电路调试分析基本知识及注意事项 面包板知识介绍 面包板是为电子电路免焊接实验而设计制作的，因为板上有很多小插座。由于可以根据需要随意插拔各种电子元器件，从而省去了焊接，节省了电路装配时间，元器件可以重复使用，适用于电子电路的装配、调试和训练。其结构特点及功能如图14所示。 图SEQ 图*ARABIC 14 面包板结构特点及功能 调试电路的一般步骤及注意事项 一般步骤： 观察元器件的安装情况 观察连接是否正确 通电检查。 观察有没有异味，用手触摸电路板，看有没有发热的地方。 注意事项：正确使用测试仪器的接地端。正确选择测试点。测试方法要方便可行。调试过程中不但要细心观察、测量，还要善于记录。用面包板调试两位十进制计数器的过程及结果：将七段显示数码管安装到面包板上，按相应引脚的连接方法连接，逐个接上电阻，再将导线分别接到4511、4518上，分别接上低、高电平导线并各引出一根，接上不大于5V的直流电源进行测试。
结果：个位数码显示每达到10复位为零，十位进位一位；十位数码显示每达到6复位为零。调试结果符合预期，如图15所示。 图SEQ 图* ARABIC 15 调试结果 问题分析及解决 在调试过程中，由于操作人员的疏忽，造成两个电阻短路，导致十位LED某一显示段烧坏。通过纠正并增加操作人员的谨慎性，该问题得到有效解决。 实物制作与分析 实物套件对应功能原理图及元器件清单如图16所示。 图SEQ 图* ARABIC 16 功能原理图 元器件清单：如图17所示。 图SEQ 图* ARABIC 17 元器件清单 实物组装及焊接注意事项、详细操作步骤 实物组装 安装顺序：先装电阻，再装二极管，再装跳线，再装开关，再装IC底座，最后装集成芯片。 完成后装陶瓷电容，再装晶振、拨动开关、数码管、发光二极管、电解电容，最后装集成电路。 焊接注意事项 选择合适的焊料，焊接电子元器件应选择熔点较低的焊锡丝。 助焊剂用25%松香溶解在75%酒精中（重量比）作为助焊剂。 电烙铁使用前应先镀锡。 具体做法是：将电烙铁加热，等到焊锡刚刚熔化时，涂上助焊剂，然后把焊锡均匀地涂在烙铁头上，使烙铁头上均匀地裹上一层锡。
焊接时间不宜过长，否则易烧毁元器件，必要时可用镊子夹住引脚，帮助散热。焊点应呈正弦波峰形，表面光亮平整，无锡刺，上锡量适中。焊接后用酒精清洗电路板上残留的助焊剂，防止助焊剂碳化影响电路正常工作。集成电路应最后焊接，电烙铁应可靠接地，或断电后利用余热焊接。或使用集成电路专用插座，焊好插座后再插上集成电路。电烙铁应放在烙铁架上。详细焊接操作步骤：用细砂纸将元器件的焊盘和引脚打磨平整，涂上助焊剂。用烙铁头沾适量焊料，触摸焊点。 待焊点上的焊料完全熔化并浸入元器件引线头后，用电烙铁头沿着元器件引脚轻轻向上提，离开焊点。 物理实现效果 实现效果 数字钟准确计时，以数字形式显示时、分、秒。可使用控制器准确校准时间，可单独校准时、分，暂停秒，校准至标准时间。时、分、秒分别完成二十四进制、六十进制、六十进制的功能，从而完成计时功能。 整体物理实现效果符合预期，如图18所示： 图SEQ 图*ARABIC 18 物理实现效果图 问题分析与解决 第一次调试时，显示分钟的数码管不亮，其余均正常，原因是焊接不严，导致接触不良，之后仔细检查相关引脚并补焊，剪掉多余长的引脚引线。
经过修复重新调试，达到了理想的预期效果。.. 学员总结 学员签名 日期 课程表现 出勤（10分） 模拟答辩（20分） 调试（10分） 生产答辩（20分） 课程报告（40分） 总成绩（100分） 能力测评 理论知识： 优秀（）； 良好（）； 一般（）； 及格（）； 不合格（）； 实践能力： 优秀（）； 良好（）； 一般（）； 及格（）； 不合格（）； 其他意见： 指导老师 日期
