数字电路课程设计数字闹钟
班级：0416201
学号：041600201：丁敏捷
学号：041601103：露
目录
一．设计任务与技术指标 (3)
二．实验仪器及主要器件 (3)
三．设计原理、方案 (4)
四．电路原理图 (10)
五．调试方法与过程 (11)
六．设计和调试过程中出现的问题及解决方法 (12)
七．心得体会 (13)
一.设计任务与技术指标
设计并制作一个带有可定时起闹的数字钟。

有“时”、“分”十进制显示，“秒”使用发光二极管闪烁表示；以24小时为一个计时周期；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
LM555 1 220uF电容 2
74LS163 6 CD4511 4
74LS138 2 74LS123 1
74LS00 5 680欧姆电阻 4
LED共阴极数码管 4 1.5k,2.4k,51k 1
三.设计原理、方案
数字闹钟系统由标准时间源、计时部分、定时起闹部分、校时部分组成。

（一）标准时间源：
采用LM555构成多谐振荡器，调整电阻、电容可改变频率，使之产生1Hz的脉冲信号。

R B
R
C
T=0.7(RA+2RB)C
T=1s,C=220uF
RA+2RB=6.5K
R2=1.5k,R1=2.4K
在信号输出端连接一个红色发光二极管，每秒闪烁一次。

（二）计时部分:
计时部分用4个数码管分别显示小时、分钟，各自使用一个CD4511译码器，小时使用模24计数器，分钟和秒使用模60计数器。

标准时间源发出的1Hz 信号先传递到秒位的计数器，计数到60后清零并给分钟位发出信号，同样的，分钟位在计数到60后清零，并向小时位进位，最后，小时位计数到24并清零。

计时部分总体原理如下：
首先是秒钟电路，来自555产生的计时脉冲进入模60电路。

模60计数器采用异步拓展方式实现（原理图如下）
2 × 74
LS 163
2 × 74 L S 16
3 2 × 7
4 L S 163
仿真电路图如下（秒钟个位用置数法，秒钟十位/分钟个位/分钟十位用清零法）
同样的，当秒钟电路计满60后向分钟电路发送脉冲，用数码管显示：
模24计数器采用同步扩展方式实现（原理图如下）
仿真电路如下（小时个位采用置数法，小时十位采用清零法）
（三）定时起闹部分：
课设要求：
1.正点起闹，精确到小时
2.使用2片74LS138，分别选出小时的十位和个位。

小时十位围为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
3.控制起闹时间的长短，用74LS123构成单稳态触发器
解决方法：
首先需要设定闹钟的起闹时间，为实现8,9,18,19的闹钟，将小时
个位的Q3接入左数第一个74LS138的A2，并将下列引脚接入与非门的输入端，画出真值表得到本缺失的8/9/18/19点的定时方式：8点--Y4、Y4，9点--Y4、Y1，18点--Y5、Y5，19点：Y5、Y1。

定时起闹的基本原理是用两片138选出小时的十位和个位，当两位数字同时满足预设的时间条件时起闹，本电路采用了红色的LED 灯指示闹钟起闹（因为NI仿真软件中没有74LS123元件，此仿真电路将之省略），当到达预定时间（图中设置为9点）时，红灯由灭变亮。

如图所示：
（四）校时部分：
校准时间的基本原理是将要校准的74LS163芯片的CLK接入RS 触发器上的3号脚后，时间显示的其他部分保持不变，被校准的时间部分快速变化，当到达需要的时间点后将3号脚上的导线拔出，依次照此操作即可完成时间校准。

RS触发器在此处起到消抖动作用，
如图所示：
四.电路原理图
五.调试方法与过程
①在面包板上搭建起555秒信号发生电路，并连接一个红色发光二极管，接通电源，观察二极管闪烁频率并与标准时钟对比，确定能够得到标准的1Hz信号。

②用万用表检测七段数码管是否为共阴极数码管，各段显示是否
正常发光，并连接组成表示秒位的模60计数器，连接时钟脉冲，接通电源，观察是否正常显示和是否正常清零。

③用同样的方法检测元件是否正常工作并连接模60和模24电路，并用秒脉冲检测电路是否工作正常。

④进行显示部分的整体检测，检测进位和清零是否正常，由于完整运行需要24小时，可以通过连接信号发生器或者将555秒信号提供给时钟分计数的CP端来加快频率。

⑤时间校准电路检测。

用万用表检测LED是否正常工作，并搭建时间校准电路，观察对应的显示是否准确灵敏。

⑥闹钟时间设置检测。

设置好闹钟时间后，观察在指定时间发光二极管是否由灭到亮。

六.设计和调试过程中出现的问题及解决方法
①首先也是最重要的一步，在搭建电路前一定要用万用表检测元件是否正常工作，如芯片的逻辑是否正确，数码管是共阴极还是共阳极，LED灯的方向以及是否正常发光。

在实验中遇到过数码管和LED灯不能正常发光的现象，在反复检
测电路无误后才想到可能是数码管不能正常显示，检测后发现果然是这样。

②由于这个闹钟使用了多达19个芯片，4个数码管，2个LED灯，而面包板的面积十分有限，因此合理的布局非常重要，从开始放第一个元件就应该注意节省空间，一是要节约面积，芯片之间既要紧凑又要为其它线留出充分的空间，二是要节约插孔，有的芯片的某个引脚可能需要连接好几根线，如果前一条线挤占了不必要的空间将会导致后面的线没有足够的空间，从而会导致过度拥挤而漏过错过某些线条。

此次实验虽然做到了没有在芯片上过线，但是缝隙之间还是挤了太多的线。

③此次实验中校时部分直接手动切换会存在抖动现象，可以用RS 触发器构成消抖动开关。

七.心得体会
041601103露：
从整体情况来看，布线占用了绝大多数的时间，导线的长短和布局都要提前考虑好，但是实际情况往往有很多不确定的因素，最后的实物不是很理想，很大一部分原因是没有熟练掌握好仿真软件，
在布局上没有起到太大的作用。

其次，连接前对元件的功能做检测很重要，不仅能避免很多未知的错误，而且可以极提高效率。

041600201丁敏捷：
本次课设我们主要是在电路仿真图与原理图上下了很多功夫，根据书本要求以及PPT要求搭建仿真电路，我们把时分秒中电路全部按照仿真软件连接引脚。

连接电路的时候两人并没有分开负责电路，而是共同确认引脚连接。

计时部分搭建完毕后，我们在实验室调试，一次就成功了。

也就是说在搭建电路时，我们没有分工进行，这虽然耗时长，但是却有极高的准确性。

另外即是闹钟的扩展功能，本来我们准备级联三个74138译码器，但是在同班同学的启发下，我们采用更为简便的方式，只用两个74138元件就能进行8/9/18/19时的拓展。

我们列出真值表，最后调试也是成功的。

最后是整个面包板的布局，我们做的还有欠缺，应该在放置显示器和CD4511时考虑导线的横平竖直连接，这使得我们整个作品的导线连接还不够美观。

以后再有机会，我们会将作品的美观性提升。