课程设计数字电子闹钟
课程设计数字电子闹钟 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
数
字
闹
钟
的
设
计
数字闹钟的设计与制作
一、设计任务与要求
设计并制作一个带有可定时起闹的数字钟
1.有“时”、“分”十进制显示，“秒”使用发光二极管闪烁表示
2.以24小时为一个计时周期
3.走时过程中能按预设的定时时间（精确到小时）启动闹钟，以发光二极管闪烁表示，启
闹时间为3s～10s
二、实验仪器及主要器件
5V电源1台
面包板1块
74LS1636片
74LS005片
74LS1382片
CD45114片
LM5551片
74LS1231片
LED共阴极显示器4片
电阻若干
电容3个
导线15米
三、设计原理方案
系统构成
1、标准时间源
l）标准时间源即秒信号发生器
2）可采用LM555构成多谐振荡器，调整电阻可改变频率，使之产生1Hz的脉冲信号（即
T=1S）
LM555管脚排列及电路
T=（RA+2RB)C
T=1S,C=220uF
计算得RA+2RB≈
取RA=,RB=
2.计时部分：时计数单元一般为24进制计数器，其输出为两位8421BCD码形式；分计数和秒计数单元为60进制计数器，其输出也为8421BCD码。
模60计数器采用异步方式
如秒计数器：分成个位和十位，个位模十，十位模六。个位从0000计数到1001，利用置数端将个位从0000重新开始计数，同时将1001信号作为一个CP脉冲信号传给十位，让十位开始从0000开始计数。以此规律开始计数，直到十位计数到5，个位计数到9时，通过十位的置数端将十位清零，重新开始计数，并将此信号作为一个CP脉冲信号传给分计数器。
模24计数器电路
模24计数器采用同步方式, 使用两片74LS163芯片,cp脉冲均由分计数器提供．第一片制成模10计数器，将1001信号提取出来后给与清零端。第二片芯片制成模为3的计数器，原数据ＡＢＣＤ给予0000信号．将第一片芯片的0011信号与第二片芯片的0010信号提取出来给与第一片芯片的置数端与第二片芯片的清零端，上升沿过来之后，两片芯片同时清零
3、定时起闹部分
l）正点起闹，不要求分
2）使用2片74LS138，分别选出小时的十位和个位
3）小时十位为0～2，3-8译码器只使用前2个输入端，小时个位为0～9，3-8译码器只有3个输入端，会丢失几个时间点：8点、9点、18点、19点。
4）还应控制起闹时间的长短，用74LS123构成单稳态触发器
起闹部分框图
控制起闹时间长短：T=(1+R)
采用2片74LS138，将控制十位的3-8译码器的A2端作为控制个位3-8译码器的最高位，这样就可以满足小时个位为0-9。控制十位的3-8译码器的A1，A0一起控制十位从0-2变化。
4、完整的闹钟电路图（ewb设计图）
四、电路安装及调试
电路安装要求
1.布局合理
2.导线横平竖直，且不要从集成块上跳线
3.导线紧贴面包板，连接可靠
4.交叉线尽可能少
调试方法：
（1）采用逐级调试的方法
1.确保秒信号正常
2.调试秒计数器
3.调试分计数器，可将秒信号作为分计数器的CP脉冲
4.调试小时计数器，可将秒信号作为小时计数器的CP脉冲
5.调试闹钟电路
（2）将秒信号发生电路中的电容换成比较小的电容，这样使得分信号的脉冲周期比较短五、设计和调试过程中出现的问题及解决方法
1）将秒信号接入示波器，与标准信号对比，出现误差，但在允许范围之内。
2）插上电源后发现秒信号和分信号的信号紊乱，分信号和秒信号同步计数。于是我们对秒的模六十进行单脉冲及示波器的检测，在检查秒信号个位（模十计数器）时发现，14脚信号正确，而13，12，11脚信号紊乱。后进行接线检查，发现有线是虚接，再修改后，13脚信号恢复正常，而12，11脚依旧紊乱。因查不出原因，而后对分信号进行检查。由于分秒计数器所采用的模六十一致，而分信号正常，故排除模六十计数器设计有误。将分信号的器件替换控制秒信号的器件，秒信号依旧有误，故排出器件问题。最后进行检测面包板状况，出现了让人崩溃的状况，面包板上控制秒信号个位的163芯片2脚所在的一纵列5个孔全部与地相连。我们不得不改变布局，进行避让。修改后，分秒模六十计数器正常。
3）刚接通电源时，小时计数器十位显示7，后给予清零信号后显示恢复正常。将秒脉冲接到小时计数器的个位CP端，在进位时发现23：00时不能同时清零。对模二十四的设计进行分析发现采用的清零端为异步，后经过改造改成同步清零，清零正常。
4）在检测CD4511驱动电路的过程中发现数码管不能正常显示的状况，经检验发现主要是由于接触不良的问题，其中包括线的接触不良和芯片的接触不良，在实验过程中，数码管有几段二极管时隐时现，有时会消失。用5V电源对数码管进行检测，一端接地，另一端接触每一段二极管，发现二极管能正常显示的，在检测过程中发现有几根线有时能接通，有时不能接通，把接触不好的线重新接过后发现能正常显示了。其次是由于芯片接触不良的问题，当检查到线路完全正确，并且确保导线没有问题时，我们推测器件有问题，其解决方法为把CD4511的芯片拔出，根据面包板孔的的状况重新调整其引脚，使其正对于孔，再用力均匀地将芯片插入面包板中，此后发现能正常显示。
5）在检查分信号到小时信号的进位是否正常时发现有时显示正常，有时显示不稳定。一时找不到问题，经过讨论发现CP脉冲重叠造成显示不稳定。
6）在制作起闹部分电路的过程中，发现闹钟能完成基本功能，但无法在8，9，18，19点起闹。通过分析和设计，我们采用卡诺图化简将输入信号接到功能脚的方法，到达在特殊时间起闹的目的。
至此，数字闹钟的调试全部结束并达到要求。
六、心得体会
本次数字钟设计要求我们将理论付诸实践，在实践中进一步巩固理论知识，最终当我们看到自己设计好的数字闹钟时，我们激动万分。
首先，我们从没有将以前学的各种知识整合到一起，所以这种有点综合性的课设就要求我们在熟悉每个工作部分的同时，能把他们有机的结合起来。
第二，在模六十和模二十四的计数器的设计中，要求我们对各个芯片的各引脚的功能很熟悉。在这个过程中，我们进一步的熟悉的每个器件的用途和功能，尤其是4511和
74LS123，这两种芯片之前我们都没有接触过。
第三，我们在设计的过程中使用了EWB软件，由于电路复杂，交叉线较多，所以就要求我们在连接过程中细心的完成接线，并巧妙的布局使得面包板上的线不交叉。
第四，当我们连接好线路以后，在调试的过程中我们借助于示波器，借助于低频信号发生器的单脉冲，一步步的排查错误，在此过程中更深一步的熟悉的了解了示波器和低频信号发生器的使用方法。
第五，在整个课设中要求我们有良好的心理状态，尤其是面对连线复杂的面包板。我们必须冷静分析问题，解决问题。
第六，本次课设是一个团体的活动，我们在这次课设中体会了团队精神。
最后，感谢老师给我们一次实践动手的机会，让我们得到了提升。我期待今后能有更多的机会参与这些课题的制作！