数字钟
一、数字钟的设计任务及功能要求
l 基本功能
1．准确计时，并显示时，分，秒；
2．小时的计时为二十四进制，分和秒为六十进制；
3．可以对时间进行校正；
l 扩展功能
1．时间到达整点进行蜂鸣报时1分钟；
2．实现任意时间的定时，进行闹铃一分钟；
二、方案比较及论证
方案一：采用小规模的数字集成电路来制作数字钟，首先用555振荡器产生高频脉冲信号，接着用分频器对该脉冲信号进行处理，得到频率为1Hz的稳定脉冲信号，将其输入计数器，采用8421BCD码计数，然后译码器将8421BCD信号译成十进制信号输送到显示器显示出时间，在分频器和计数器还连接一个校正电路，可完成对小时和分的校正。基本原理框图如下：
基本原理框图
方案二： 用晶体振荡器代替555振荡器
三、数字种的总体设计方案和设计框图
由于实验室没有提供所要的晶体管所以只好决定放弃可行性和功能性更好的方案二，选择以555普通振荡器的方案一。
该电路的工作原理是：振荡电路产生高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准信号，经过分频电路输出标准的秒脉冲。秒计数以60进制向分进位，分计数以60进制向时进位，时计数以24进制计数。计数器的输出经译码器通过显示器显示时间。计时误差通过校正电路进行校正，达到准确输出时间的目的。
数字钟总体框图
四 、主要单元电路原理及设计
1．振荡电路的设计
振荡电路是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确度直接决定了数字种的计时的准确程度。由于实验室没有提供所需要的晶振，因此，我们采用555集成电路做振荡部分，输出达到1Hz的标准脉冲。（图1-1）
图1-1 555振荡电路及分频电路
2．分频电路的设计
分频器首先采用三片集成74LS90芯片把555振荡管输出的1kHz高频脉冲将其转换成1Hz的标准脉冲信号稳定输出，使计数器开始从秒个位计数。（图1-1）
3．时间计数电路
我们选用4片74HL0 芯片和2片74HL2 芯片来实现时间计数单元的计数功能。数字钟的秒个位，分个位，时个位计数单元为１０进制计数器，无需进制转换。
4．译码电路及显示电路
译码电路选择ＣＤ４５１１芯片作为译码，选择ＬＥＤ七段共阴数码显示管作为显示单元电路。由CD4511芯片把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。
计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到CD4511芯片，再由CD4511芯片把8421BCD码转变为十进制码送到数码管中显示出来。
(见图1-2)
图1-2计数、译码及显示电路
5．校正电路
为实现数字钟的准确记时，数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。In1端与低位的进位信号相连；In2端与校正信号相连，校正信号可直接取自分频器产生的2HZ信号；输出端则与分和时个位计时输入端相连。当开关打向下时，因为校正信号和0相与的输出为0，而开关的另一端接高电平，正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态；当开关打向上时，情况正好与上述相反，这时校时电路处于校时状态。
因为在使用时，电路开关存在抖动问题，所以我们接一个RS触发器构成开关消抖动电路，以达到稳定输出目的。(见图1-3)
图1-3校正电路
6．任意时间定时控制电路
把任意时间转化为时分位的二进制数，利用单刀双掷开关进行时分位高低电平的控制，通过四个与非门，再经过74ls03集电极开路（oc门）的2输入四与非门，oc门的输出端进行“线与”，在它们的输出端与电源＋5v端接一匹配电阻，最后通过音响电路闹铃1分钟后自动停闹。
闹铃电路如图1－4
7．整点报时电路
每当数字钟计时到整点时发出音响，且响声次数于显示时间相一致。实现这一功能的电路主
整点报时电路如图1－5
五、组装与调试
1．使用的主要仪器
电烙铁
数字万用表
示波器
相位器
直流稳压源
镊子
拨皮钳等
2．试验中出现的故障及排除方法
（1）显示器与译码器的调试
把显示器与74LS48时，数码管完全没有显示数字，检查后发现是数码管未接地而造成的，接地后发现还是无法正确显示数字，用万用表检测后，发现是因芯片引脚有些接触不良而造成的，所以确认芯片是否接触良好是非常重要的一件事。
（2）时间计数电路的调试
六进制、十进制都没有什么大的问题，只是芯片引脚的老问题，我们把芯片重新插过就解决了。但在六十进制时，按图接线后发现，显示器上的数字总是100进制的，而不是六十进制，检测后发现无论是线路的连通还是芯片的接触都没有问题。最后，在重对连线时发现是线路接错引脚造成的，改过之后，显示就正常了。
（3）校正电路
在测试时，开始进行时校时时，没有出现问题，但当进行到分校时时，发现计数电路的秒电路开始乱跳出错，肯定又有地方出错了，在反复对照后，发现是因为在接入校正电路时忘了把秒十位和分个位之间的连线拿掉而造成的，因此，在接线时一定要注意把不要的多余的线拿掉。
（4）555振荡电路
这部分花了我们很多时间来改进和调试。开始在面包板上测试时发现总是无法输出稳定且符合要求频率的信号，对比其他同学的晶振电路后我们换了晶体振荡管，信号稳定下来了，但是输出的频率还是不符合要求，经过反复检测发现又是芯片555出了问题，更换芯片后终于得到了稳定且频率也符合要求的脉冲信号。但在按照该电路完成焊接之后发现又出了问题，检查后是少了一根连接线，添加后以为没问题了，但电路好像是故意和我们作对似的，仍然不输出所要求的信号，无奈之下只好将该部分电路卸下来重新在面包板上测试，终于发现好像又是电容出了问题，更换电容后调试没问题,焊接之后输出的还是标准信号,终于成功了!
（5）整体电路的测试：
完成全部焊接后插上芯片，接入电源，结果发现显示器全部显示零，再拆开电路用面包板依次对各部分进行测试已经不太可能，于是只好分部分地对每个焊接点进行检查，对稍微有点焊接不好的点进行重新焊接，并且对照电路图仔细的检查，以防止出现任何微小的错误，因为任何微小纰漏都使整个电路失败。经过一番仔细的检查，发现又少接了一根线，连接上之后，终于没问题了！
所用元器件的清单：
| 元件名称与型号 |
元件个数 |
| 555震荡器 |
1个 |
| 电容 |
30Pf(2个)\470uF(2个)\22uF（1个） |
| 74LS90分频器 |
3个 |
| 74LS90十进制计数器 |
1*6个 |
| 74LS48译码器 |
1*6个 |
| 74LS04反向器 |
2个 |
| 74LS00四端与门 |
2个 |
| 共阴极LED显示管 |
1*6个 |
| 三极管9013 |
2个 |
| 蜂鸣器 |
2个 |
七、心得体会：
实习给了我们一个很好的提高动手能力的机会。平常我们只是在头脑中去抽象的记忆、理解那些课本上的理论知识。有的理论知识很好懂，但是有的理论知识确是晦涩难懂的，甚至只是靠自己的死记硬背去记住。但是我们都知道，那样的记忆只是一时的，很快你就会忘记。而这次的实习却给了我们一个在实践中灵活运用知识的机会，我们通过在实践中发现问题，进而去书本中找相关的知识去解决问题，从而巩固了理论知识。那样的知识是你从根本上去认识它，理解它，所以你的记忆时间会很长。
焊接电路是我们这次实习新学到的一个基本操作，而又是很重要的一个操作。焊接电路的好坏直接影响你的实验结果。在这次实验之前，我们专门用了一天的时间去学习怎样焊接，而且要焊的圆、亮、小和美观。但是我们毕竟没有经过专门的培训，在这次焊接的过程中也曾出现了虚焊，连焊的情况，连焊在检查电路的过程中很容易看出来，虚焊就不一样了，很难检查。我们借用万用表看其导通情况，看是否存在虚焊的情况。费劲一翻周折，终于排除了虚焊这一难题。
在这次实验的过程中，我们首先是在面包板上试接。一是看是否可以达到我们的预期效果，二是在面包板上先步好局，免得在电路板上搞的乱七八糟。但是在电路板上出了一个很大的问题：接触不良。一开始我们并没有发现这个问题，波形出不来，我们以为是示波器坏了，于是到别人的示波器上去检查，还是不行。那可能是电路的问题，等电路中元器件、导线的连接以及接地、接电源都没有错误后，还是没有出来预期的效果。看着别人一组组的都做完了，我们心里很着急。情急之下，我们不管三七二十一，就焊在了电路板上。结果焊在电路板上后一测试，波形出来了。我们就猜想可能是面包板接触不良，毕竟焊在电路板上后，只要不出现虚焊，接触良好应该可以保证。
当看到示波器上出现的预期波形时，相信我们组的每个人这时都有一种自豪感和成就感。
在此也非常感谢老师陪伴着我们，在我们遇到问题时给予我们的指导和帮助。
