课程设计数字电子闹钟.doc

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3s10s二、实验仪器及主要器件5V电源 1台面包板 1块74LS163 6片74LS00 5片74LS138 2片CD4511 4片LM555 1片74LS123 1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=0.7（RA+2RB)CT=1S,C=220uF计算得RA+2RB6.5K取RA=1.5K,RB=2.4K2.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02，3-8译码器只使用前2个输入端，小时个位为09，3-8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=0.28RC(1+0.7k/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