1、課 程 設 計 任 務 書 數(shù)字式鬧鐘第一部分 設計任務1.1 設計任務(1) 時鐘功能：具有24小時或12小時的計時方式，顯示時、分、秒。(2) 具有快速校準時、分、秒的功能。(3) 能設定起鬧時刻，響鬧時間為1分鐘，超過1分鐘自動停；具有人工止鬧功能；止鬧后不再重新操作，將不再發(fā)生起鬧。1.2設計指標(1).有“時”、“分”十進制顯示，“秒”使用分個位數(shù)碼管上的DP點顯示。(2). 計時以24小時為周期。(23:5900:00)(3).具有較時電路，可進行分、時較對。(4).走時過程能按預設的定時時間(精確到小時)啟動鬧鐘產(chǎn)生鬧鈴，鬧鈴響時約3s。第二部分 設計方案2.1總體設計方案說明系

2、統(tǒng)組成：顯示電路：譯碼器 數(shù)碼管秒信號發(fā)生器：由LM555構成多諧振蕩器走時電路：計數(shù)器和與非門組成校時電路：秒信號調(diào)節(jié)鬧鐘電路：跳線的方法 由計數(shù)器、譯碼器、組合邏輯電路、單穩(wěn)態(tài)電路組成2.2模塊結構與方框圖1.秒鐘與分鐘顯示電路用兩片74290組成60進制計數(shù)器，輸入計數(shù)脈沖CP加在CLKA端，把QA與CPLB從外部連接起來，電路將對CP按照8421BCD碼進行異步加法計數(shù)，個位接成十進制形式，十位接成六進制形式，當R0(1)=RO(2)=1且R9(1)*R9(2)=0時74290的輸出被直接置0，當R0(1)*RO(2)=0和R9(1)*R9(2)=0時開始計數(shù)。電路圖如下：連接成總電路

3、時，分鐘的輸入信號由秒鐘計數(shù)器提供。2.時鐘顯示電路：同樣用2片74290組成24進制，當十位的為2，個位的為4時通過反饋電端，控制個位和十位同時清零，這樣就可以按23翻0規(guī)律記數(shù)了。電路圖如下：連接成總電路時，時鐘輸入信號由分鐘計數(shù)器提供。3.調(diào)時分秒 可接幾個開關來控制個位，十位的信號輸入，如開關1、2、space。如圖示：4.鬧鐘分設置與上面相差一個輸入信號，如下圖：時設置的個位為十進制，十位為三進制，當十位為2時，通過反饋控制端，個位不能大于等于4，即小時十位為2時，個位加到4時十位和個位馬上全部置0，從而讓小時的設置只能最大設為23。當十位不是2時，個位則加到9時再加一位則置0，如圖

4、示：鬧鐘部分時，將小時顯示計數(shù)器、分鐘顯示計數(shù)器的8個輸出端，鬧鐘時設置、鬧鐘分設置的8個輸出端引出，用4個4077門進行比較，然后將4個4077門的8個輸出端用2個7421進行與運算，將2個7421的輸入輸出端用3個與門進行與運算后輸出到鬧鐘發(fā)聲器。就完成了鬧鐘功能。當與時間顯示計數(shù)器相連的顯示器與與時間設置計數(shù)器相連的顯示器顯示的數(shù)字相同時，即相達鬧鐘條件，這時4個4077門的所有輸入端都為1，經(jīng)過二次與運算后輸入到發(fā)聲器的信號也為1，即鬧鐘開始，否則輸入到發(fā)聲器的信號為0，鬧鐘不響。鬧鐘會一直響，直到兩個地方的時間不一樣為止，也就是響一分鐘。具體電路看總電路。四、總電路工作原理及元器件清

5、單1總原理圖第三部分 電路設計與器件選擇3.1秒信號發(fā)生器3.1.1模塊電路及參數(shù)計算（1）LM555構成振蕩器相關參數(shù)計算。所以：3.1.2工作原理和功能說明(1)采用LM555構成多諧振蕩器，調(diào)整電阻可改變頻率，使之產(chǎn)生1Hz的脈沖信號（即T=1S）(2)555內(nèi)部結構圖及各部分功能。a、分壓器為比較器提供基準電壓，A1的基準電壓為 2/3V，A2的基準電壓為1/3V。b、閾值端（TH）和觸發(fā)端（TR）的外加輸入信號和兩個基準電壓比較，當TH 2/3V時，A1輸出高電平；當TR 1/3V時，A2輸出高電平。反之，兩比較器輸出低電平。 c、A1、A2的輸出作為RS觸發(fā)器的輸入。R=1時，Q=

6、0；S=1時，Q=1d、RS觸發(fā)器的反相輸出端經(jīng)反相驅(qū)動后輸出U,即U=Qe、當Q=0時,T導通；Q=1時，T截止。3.1.3器件說明（1）LM555管腳圖和功能表3.2走時電路設計（時、分、秒）3.2.1模塊電路及參數(shù)計算走時電路包括秒計時器、分計時器、時計時器，每一部分由兩片計數(shù)器級聯(lián)構成。模塊電路如下。3.2.2工作原理和功能說明（1）秒計時器秒計數(shù)器由十進制與六進制級聯(lián)而成，兩片74LS163 和一片74LS20與非門實現(xiàn)。模60分成個位和十位，個位模10，十位模6。個位從0000計數(shù)到1001，利用清零端將個位從0000重新開始計數(shù)，同時將1001信號作為一個CP脈沖信號傳給十位，讓

7、十位開始從0000開始計數(shù)。以此規(guī)律開始計數(shù)，直到十位計數(shù)到5，個位計數(shù)到9時，通過十位的清零端將十位清零，重新開始計數(shù)，并將此信號作為一個CP脈沖信號傳給分計數(shù)器。（2）分計時器同秒計時器。(3)時計時器時計數(shù)器是模24計數(shù)器，電路計數(shù)顯示0023，由兩片74LS160和一片74LS00與非門實現(xiàn)。個位由74LS160制成模10計數(shù)器，十位由另一片74LS160制成模為3的計數(shù)器將個位芯片的 Q1信號與十位芯片的Q2信號提取出通過與非門，將信號分別給十位和個位的清零端，計數(shù)到23時兩片芯片同時清零。個位的進位端與高電位與非后把信號作為CP脈沖信號傳給十位CP端。(4)譯碼顯示電路用譯碼器74

8、LS48對計數(shù)結果進行譯碼，譯碼后在共陰極數(shù)碼管上顯示。3.2.3器件說明（1）74LS163結構圖和功能表（2）74LS160結構圖和功能表3.3時間校對電路3.3.1工作原理和功能說明將所需要校對的時或分計數(shù)電路的脈沖輸入端切換到秒信號，使用快脈沖計數(shù)，到達標準時間后再切換回正確的輸入信號。3.4鬧鐘電路設計3.4.1模塊電路及參數(shù)計算（1）鬧鐘設計模塊電路如下圖（2）74LS123控制報時時間長短相關參數(shù)計算。取RT=51K，CT=220uFTW= 0.28 RT*CT*（1+0.7K/RT） TW 3.18 S3.4.2工作原理和功能說明（1） 使用1片74LS138，1片74LS42

9、分別將小時的十位和個位的進行譯碼，小時十位為02，3-8譯碼器只使用前2個輸入端，小時個位為09，4-10譯碼器只使用前3個輸入端。（2）設定起鬧點，將十位和個位相關輸出分別與高電位經(jīng)過與非（如設定起鬧點為11點，將74LS138的輸出低二位與高電位與非，將74LS42的輸出地低二位與高電位與非）的結果再與非，最后將信號傳給74LS123.（3）用74LS123構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，控制起鬧時間的長短。74LS123 內(nèi)部包括兩個獨立的單穩(wěn)態(tài)電路。單穩(wěn)輸出脈沖的寬度，主要由外接的定時電阻( RT )和定時電容( CT )決定。單穩(wěn)的翻轉時刻決定于 A、B、CLR 三個輸入信號。3.4.3器件說明（

10、1）74LS138管腳圖和功能表（2）74LS42管腳圖和功能表（3）74LS123的管腳圖和功能表4.1整機電路圖4.2元件清單電阻：1K(DP) 1只 1.5K 1只 2.4K 1只 51K 1只 300 4只 電容：220uf 2只 0.01uf 1只芯片：74LS163 4片 74LS160 2片 74LS48 4片 4LS123 1片 74LS138 2片 74LS42 1片 74LS00 3片 LM555 1片 74LS20 1片蜂鳴器： 1只 共陰極數(shù)碼管： 4只導線：7種顏色各一米。第五部分 安裝調(diào)試與性能測量5.1安裝電路電路安裝要求（1）芯片布局要合理，凹槽朝統(tǒng)一方向，以免

11、電源與地線接反（2）導線顏色使用要規(guī)范，5V電源線使用紅色導線連接；地線使用黑色導線；其它信號線使用除紅黑顏色以外的導線。（3）導線要橫平豎直緊貼面包板，不要從集成塊上跳線，要連接可靠（4）線路連接時要按信號的流向逐級連接，交叉線盡可能少。5.2電路調(diào)試5.2.1調(diào)試步驟及結果采用逐級調(diào)試的方法（1）確保秒信號正常（2）調(diào)試秒計數(shù)器（3）調(diào)試分計數(shù)器，可將秒信號作為分計數(shù)器的CP脈沖（4）調(diào)試小時計數(shù)器，可將秒信號作為小時計數(shù)器的CP脈沖（5）調(diào)試鬧鐘電路 5.2.2故障分析及處理 （1）將秒信號接入示波器，與標準信號對比，出現(xiàn)誤差，但在允許范圍之內(nèi)。（2）秒信號接入脈沖后發(fā)現(xiàn)不向分進位，經(jīng)過

12、再一次排查檢查電路發(fā)現(xiàn)秒時鐘的各位未向十位輸入脈沖。（3）插上電源后發(fā)現(xiàn)分信號的信號紊亂，從亂碼起跳，而且十位不清零。于是我們對分的模六十進行單脈沖檢測，在檢查分信號個位（模十計數(shù)器）時發(fā)現(xiàn)，從亂碼起跳，后就為09正常，起初以為是新片壞了，換了芯片后還是從亂碼起跳，后進行接線檢查等，還是查不出原因，最后我們從新審查電路的設計和連接，發(fā)現(xiàn)輸出進行與非的信號高低位接反，改正后個位跳磚正常。而后對分信號的十位進行檢查。 發(fā)現(xiàn)輸入脈沖虛接。 （4）剛接通電源時，小時計數(shù)器十位顯示7，后給予清零信號后顯示恢復正常。將秒脈沖接到小時計數(shù)器的個位CP端，在進位時發(fā)現(xiàn)23：00時不能同時清零。對模二十四的設計

13、進行分析發(fā)現(xiàn)接線錯誤，后經(jīng)過改正清零正常。（5）在檢測電路的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示的狀況，經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)主要是由于接觸不良的問題，其中包括線的接觸不良和芯片的接觸不良，在實驗過程中，數(shù)碼管有幾段二極管時隱時現(xiàn)，有時會消失。用5V電源對數(shù)碼管進行檢測，一端接地，另一端接觸每一段二極管，發(fā)現(xiàn)二極管能正常顯示的，排查導線把接觸不好的線重新接過后發(fā)現(xiàn)能正常顯示了。 仿真調(diào)試與分析首先按space，則電路開始計數(shù)，數(shù)碼管顯示時間。當要調(diào)時、分、秒，則按0進入校準時間，然后由數(shù)字1、2、3分別調(diào)整時間秒、分、時。再按0進入計時，總之，0鍵就是在校準與計時之間切換的功能鍵。開始時計時：按0進入校準：再按0

14、進入計時：按space切換至顯示鬧鐘起鬧時間，起鬧時間秒不計，所以恒為FF。按4、5調(diào)整鬧鐘起鬧時間的時、分此時起鬧的時間為1點03分。按space切換至計時狀態(tài)，此時時間如果是1點03分的話，鬧鈴響一分鐘后熄滅，此時可以按下開關T打開或關閉鬧鈴當時間來到分鐘為59，秒鐘為51的時候，在52、 54、 56、 58 鬧鈴個響一次，此時接入的是500HZ的脈沖。在00時再響一次，此時接入的是1000HZ的脈沖?？梢园聪麻_關W打開或關閉整點報時功能。第六部分 課程設計總結 做集成數(shù)字式鬧鐘這個實驗，跟我同組的包括我在內(nèi)共有三個同學，對于設計任務，我們進行了一些詳細的分工合作。首先是收集資料，我們上

15、網(wǎng)頁搜索，去了好幾次圖書館，在閑暇的時候我們也在討論這個問題該怎樣解決就這樣我們描繪出了大致的設計思路，進而畫出了我們需要的設計原理圖。通過本次的課程設計，覺得自己也鍛煉到了不少的經(jīng)驗：首先，資料查找是一個至關重要的問題。在這次設計過程中，覺得最開始的突破口就是從資料入手，不然真會覺得束手無策的。通過查找相關書籍，不但可以從中提取一些重要的資料，還讓我們學到了如何將學過的知識，更好的有機組合起來運用到實踐之中，體會到了學習的樂趣。其次，細節(jié)決定成敗。在我們有了有了大概的原理圖以后，我們的設計思路也就基本確定了，但是在實際操作的過程中，用仿真軟件仿真的時候，總會出現(xiàn)許多不可預知的問題，經(jīng)過仔細、

16、反復的查看電路的連接之后，才發(fā)現(xiàn)其中一些接線是由于粗心，出現(xiàn)了接線端的錯誤，雖然只是一些小小的失誤，但是卻影響了整個電路。這正是“細節(jié)決定成敗”，也讓我們懂得了做事情更應該做好充分的準備，明確設計思路，只有這樣才能游刃有余。再次，要注重理論聯(lián)系實際。在設計電路之初，我們覺得思路上都有點閉塞，不知道該如何下手，但是數(shù)字鬧鐘可能會用到的一些基本電路，如：計時器、分頻器、振蕩電路等都是我們學過的，只是如何將他們很好的串聯(lián)起來，實現(xiàn)一個自己所需要的功能，還沒有實踐過，一時無所適從，在我們經(jīng)過仔細地反復推敲之后猜發(fā)現(xiàn)了突破口。綜上所述，經(jīng)過本次課程設計，我們收獲了很多。發(fā)現(xiàn)了不少平時沒有注意到的細節(jié)問題，我們在解決這些問題的過程中學到了不少我們在課本中沒有學到的東西，積累了平時所不曾注意的處理問題的經(jīng)驗，這對自己今后