南航数字闹钟课程设计报告(20210201130134)

南航金城学院数字电路实验课程设计报告

数字闹钟

第一部分设计任务

1.1 设计任务设计、制作一个带有校时功能、可定时起闹的数字闹钟。

1.2 设计指标

有“时”、“分”十进制显示，“秒”使用分个位数码管上的 DP 点显示。

计时以24小时为周期。(23:59 T 00:00)

走时过程能按预设的定时时间 (精确到小时 )启动闹钟产生闹铃，闹铃响时约 3s 。

第二部分设计方案 2.1 总体设计方案说明

系统组成：

秒信号发生器：由LM555构成多谐振荡器

走时电路：计数器和与非门组成

校时电路：秒信号调节

闹钟电路：跳线的方法由计数器、译码器、组合逻辑电路、单稳态电路组成

显示电路：译码器数码管

1、 2、 3、具有校时电路，可进行分、时较对。

4、

模块结构与方框图第三部分电路设计与器件选择 3.1 秒信号发生器 3.1.1 模块电路及参数计算提供秒脉冲

取 R1=1.5K,R2=2.4K

3.1.2 工作原理和功能说明

内部电路组成：

3.1.3 器件说明分压器(3个

3.2 3.2. 包括秒 C=220uF

"65

『

t 1~~| I I

⑵电压比较器

走时电路设计

、

NE555

1严块电路及参数计算 C)

'计时器、分计时器、时计时器，，每一部分由两

(1).秒计时器：十进制与六进制级联而成，由两片

1 端 GND

2端TR 3端U0 低电平触发输入

输出

片端RD 级联构成。

5? 端CF 和与非压控现。

,不用

(2).分计时器：同秒计时器。

(3).时计时器：模24,计数显示00~23。由两片74LS160和与非门实现。

3.2.2工作原理及功能说明

秒分计时器原理

时计数器原理

74LS 160其清零方式通常称为“异步清零”，即只要清零端有效，不管有无时钟信号,

输出端立即为0。

译码显示电路

用译码器74LS48对计数结果进行译码，译码后在共阴极数码管上显示。

3.2.3器件说明

74LS163结构图74LS160结构图

74LS160管脚图74LSI60功能表

3.3.2工作原理和功能说明

将所需要校对的时或分计数电路的脉冲输入端切换到秒信号, 使用快脉冲计数，到达标

准时间后再切换回正确的输入信号。

3.3器件说明

3号端口为输出端，在此拉出一根

导线作校时用

3.4闹钟电路设计

3.4.1模块电路及参数计算

3.4.2工作原理和功能说明

利用译码器将时计数器输出进行译码，在译码输出处通过跳线设置起闹点。

3.4.4器件说明单稳态触发器：输出端只有一个稳定状态，另一个状态则是暂稳态。加入触发信号后，它可以由稳定状态转入暂稳态，经过一定时间以后，它又会自动返回原来的稳定状态。

74LS123内部包括两个独立的单稳态电路。单稳输出脉冲的宽度，主要由外接的定时

电阻（RT ）和定时电容（CT ）决定。单稳的翻转时刻决定于A、B、CLR三个输入信号。

第四部分整机电路

4.1整机电路图

见报告最后一页

4.2元件清单

第五部分安装调试与性能测量

5.1 电路安装

我们在星期一拿到实验器件后并没有直接就开始动手连电路，我们的打算是星期一总体设计电子钟的布局，以及了解各个元件的功能，星期二针对电子钟的各个模块的功能进行电路的设计，包括走时电路，校时电路和闹钟电路，星期三搭连电路，星期四调试，星期五答辩。在搭连电路的过程中我的合作者主要负责 48 和数码管的连接以及器件电源的连

我主要负责走时电路以及闹钟电路的连接，星期三那下午连接完成，并进行初步的调

5.2.1 调试步骤及结果 5.2.2 故障分析及处理

1、面包板测试

我们是将面包板上的电源插孔的上面部分接高，下面部分接地，在用蜂鸣器调试的过程中，发现只有接到第二排的电源插孔时蜂鸣器不响，于是我们分析可能是面包板中间负极连接没有连好，我们换了一根导线重连后恢复正常。

接通电源后发现只有一个数码管全部不亮，由于已经排除电源没电的可能，所以我们主要检查数码管和 48 本身，我们将 48 插紧后数码管亮了。其中有一个数码管的亮度相较

接，试。在连接电路的过程中遵循以下几个原则：

1、布局合理，元件布局合理规划，尽量做到用线最少

5.2 2、 3、导线紧靠面包板

交叉线路尽可能少

电路调试

2、数码管和 48 的测试

于其他三个明显偏暗，检查之后没有发现有任何的问题，我们估计可能是元件本身的问题，在实验室换了一个数码管后恢复正常，至此在48和数码管的调试结束。

3、时间计数电路的测试

采用校时电路调试的方法，将秒信号直接接到分电路上，显示确实是到59 后归零并进位。再将秒信号直接接到小时电路上显示到23 时归零。最后将时间调到23:59 分，用秒信号直接输出，等待一分钟后全部归零，至此时间计数电路的调试完成，没有发现任何的错误。

4、闹钟电路的测试

在检查之前的步骤中并没有连接蜂鸣器，因为每次连接都会发出声响，比较吵。连接蜂鸣器后，在我们设定的12 时时并没有发出声响，并且整个过程只有接通的瞬间才会发出声响，这让我们匪夷所思，我们先检查电路连接有没有错误，确认没有后验证元件有没有插紧，发现都没问题依然是同样的情况，我们请别组的同学帮我们看看，发现我们一个138 的两个接地的拐角没有接地，接地后还是如此，我们就换了一个138 试试，再测试问题解除。（在调试的过程中因为蜂鸣器一直比较吵，所以我们在后面的调试过程中一直采用发光

二级管代替蜂鸣器，直到问题解除

5、其他问题

当基本的问题都解决后，我们开始对整个电路做稍微的修改看看会有什么情况，我们将秒信号发生器那边的2.4千欧的并联一个小电阻后发现，信号频率变快，将220卩F的电

拆除后发现信号跳的飞快。

6、未解决的问题

如果将面包板的电源线直接接到电源上，并多次打开关闭电源，发现数码管一直显示从00:00 开

始计数，并且蜂鸣器不响，如果是将电源一直打开使用面包板上的电源线一直触碰的话，数码管上就会以随机的数字出现，并且在接通的瞬间蜂鸣器会响。还有就是用校时电路去校时时在接通或断开的瞬间，数字有时会乱跳。

第六部分课程设计总结

通过本次实验对输电知识有了更深入的了解，将其运用到了实际中来，明白了学习

电子技术基础的意义，也达到了其培养的目的。在实验中，我也遇到了很多挫折，不过我都和同伴一一克服了，大家齐心协力解决了问题，使我明白了和他人共同合作的重要性。