数字闹钟设计报告
目录
1．设计任务与要求 (2)
2．设计报告内容
2.1实验名称 (2)
2.2实验仪器及主要器件 (2)
2.3实验基本原理 (3)
2.4数字闹钟单元电路设计、参数计算和器件选择…………………………3-7
2.5数字闹钟电路图 (8)
2.6数字闹钟的调试方法与过程 (8)
2.7设计与调试过程的问题解决方案 (8)
3.实验心得体会……………………………………………………………………9、10
1．设计任务与要求
数字闹钟的具体设计任务及要求如下：
(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。
2．设计报告内容
2.1实验名称
数字闹钟
2.2实验仪器及主要器件
（1）CD4511（ 4片）、数码管（4片）
（2）74LS00（6片）
（3）74LS138（2片）
（4）74LS163（6片）
（5）LM555（1片）
（6）电阻、电容、导线等（若干）
（7）面包板（2片）、示波器等
2.3数字闹钟基本原理
要想构成数字闹钟，首先应选择一个标准时间源——即秒信号发生器。可以采用LM555构成多谐振荡器，通过改变电阻来实现频率的变化，使之产生1HZ的信号。计时的规律是：60秒=1分，60分=1小时，24小时=1天，就需要对计数器分别设计为60进制和24进制的，并发出驱动信号。各计数器输出信号经译码器到数字显示器，按“时”、“分”顺序将数字显示出来，秒信号可以通过数码管边角的点来显示。
数字闹钟要求有定时响闹的功能，故需要提供设定闹时电路和对比起闹电路。设时电路应共享译码器到数字显示器，以便使用者设定时间，并可减少电路的芯片数量；而对比起闹电路提供声源，应具有人工止闹功能，止闹后不再重新操作，将不再发生起闹等功能。
数字电子钟的逻辑框图如图所示。它由555集成芯片构成的振荡电路计数器、显示器和校时电路组成。555集成芯片构成的振荡电路产生的信号作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。
2.4数字电子钟单元电路设计、参数计算和器件选择
（一）计数器
（1）标准时间源
使用LM555构成多谐振荡器，调整电阻改变频率，使得频率为1HZ。
T=0.7（R A +2R B )C ， T=1S,C=220uF ， 计算得R A +2R B ≈6.5K， 取R A =1.5K,R B =2.4K 。 （2） 计时部分
2×74LS163
2×74LS163
2×74LS163
a)六十进制计数
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。
R B
Vcc
R A
C
1234
CP1
b）二十四进制计数
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，上升沿过来之后，两片芯片同时清零。
CP
（二）显示器
由CD4511产生十进制数字，再由数码管显示出来。这里的数码管是采用共阴的方法连接的。
（三）起闹电路
A0
A1A2
/Y0
/Y7
小时（十位）
74LS138
A0
A1A2
/Y0
/Y7
小时（个位）
组合电路
预设起闹时间
单稳态电路
74LS00
74LS123
/R D TR+TR-Q 16
15 14
74LS123接发光二极管
+
220uF
“1”
“0”51k
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。
控制起闹时间长短：T=0.28RC(1+0.7k/R)
（三）拓展功能
（1）校时功能
当数字钟走时出现误差时，需要校正时间。校时电路实现对“时”“分”的校准。在电路中设有正常计时和校对位置。本实验实现“时”“分”的校对。对校时的要求是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。需要注意的时，校时电路是由与非门构成的组合逻辑电路，开关S1或S2为“0”或“1”时，可能会产生抖动，为防止这一情况的发生在原本接校时脉冲的端口接到了实验装置的“单次脉冲”端口，这样实现了防抖动，可以利用手动操作来完成校时。
（2）整点报时电路
当时间是整点时就会报时即为整点报时，只需要将“分”十位的进位信号接到单脉冲稳态电路的时钟端即可，当分钟部分示数变为“00”时“分”十位就会有一个进位信号，电路起闹。
（3）找回8、9、18、19这四个时间点。
“小时个位”的输出端Q0，Q1，Q2分别接3-8译码器的A，B，C输入端，可以实现0~7的数值输出，8，9靠与非门来实现，Q0与Q3直接“与非”即可得到9端，Q0经过“非”门之后在与Q3“与非”即可得到8端。
测试时发现要求10点起闹时18点时也会起闹，这是因为对于A，B，C来说，“小时个位”的0（0000）与8（1000）均会在Y0有输出，将“小时个位”输出端Q3接到“小时个位”3-8译码器的使能端既可避免这一情况。
