数字电路课设.docx

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数字电路课设

数字电路课程设计

数字闹钟

学生姓名：

班级学号：

设计时间：

一、设计任务与技术指标

设计并制作一个可定时起闹的数字钟,并具有以下指标：

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

万用表1只

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2个

导线若干米

三、设计原理

该系统由秒信号发生器、走时电路、闹钟电路等部分组成。

1、标准时间源

（1）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

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。

每一部分都由两片计数器（74LS163）级联构成。

（1）秒计时器和分计时器：

模60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。

（2）时计时器：

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，上升沿到来之后，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。

单稳态电路

起闹时间长短：

T=0.28RC（1+0.7k/R）

起闹部分框图

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）

5、其他部分及注意事项

（1）色环电阻

R=ab×10c

黑棕红橙黄绿蓝紫灰白

0123456789

（2）面包板结构

面包板的结构分为两种：

窄条和宽条

窄条的导通规律为横向55导通、纵向不通

宽条的导通规律为纵向导通、横向不通

（3）电路中每个集成芯片都必须接电源和地（Vcc=5V）

四、电路安装及调试

1、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

2、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阻、电容换成较小的值，这样使得分信号的脉冲周期变短，便于快速调试。

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）接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。

将分信号的器件替换控制秒信号的器件，秒信号依旧有误，故排除器件问题。

最后检测面包板状况，发现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。

故不得不改变布局，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。

5）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。

六、心得体会

本次数字电路的课程设计——数字闹钟要求我们将平时所学到的理论知识付诸实践，在实践中进一步巩固理论知识，让我们的动手能力和思考能力得到很大的提高，也让我们学会了进行团队合作。

首先，我们没有将以前学的各种知识整合到一起，所以这次的综合性的课设项目就要求我们完全掌握我们学到的知识，并更好地应用到实际中去；

第二，模六十和模二十四的计数器的设计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CD4511和74LS123，这两种芯片之前我们都没有接触过，需要我们自己去认真看书并正确得连接电路。

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，本次的数字闹钟的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。

让我们学会更好地与他人合作，并包容他人。

通过这次课设，也让我们自身的能力得到了很大的提高，在以后遇到相似的问题，能更好地解决与应对。