多功能数字电子钟
- 仿真文件及文章全文请戳末尾链接
- 一、功能
- 1、显示时间
- 2、显示星期
- 3、时间校准
- 4、整点报时
- 5、(扩展功能)定时闹钟
- 二、原理
- 1、脉冲产生
- 2、计时
- 3、显示
- 4、整点报时
- 5、校准
- 6、闹钟
- 三、元件清单
- 四、仿真截图
- 五、实物展示
- 六、故障及排查
- 1、显示模块亮度问题的解决
- 2、校准模块故障排查
- 3、闹钟模块故障及其排查
- 七、仿真及实物展示资源链接
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一、功能
1、显示时间
时间显示模块包括时、分、秒部分，分别用两块七段显示译码器来表示个位和十位，如下图所示。
2、显示星期
星期显示模块用一块七段显示译码器来表示，周一至周六显示为星期1~6、周日显示为星期日，（用数字8代替。）如下图所示。
3、时间校准
时间校准模块包括星期校准模块、时校准模块和分校准模块。需要校准的时候，将点动开关按下，对应的显示模块数值连续变换，待调到需要的数值时松开手，校准停止。
4、整点报时
时钟具有整点报时功能，当时钟显示模块为xx时00分00秒，即整点时，位于电路下方的蜂鸣器长鸣一声，提示用户当前为整点时刻。
5、(扩展功能)定时闹钟
通过拨通电路最上方的拨码开关可以设置闹钟，当时钟到达设定时刻时，电路上方的蜂鸣器发成维持一分钟的蜂鸣，此时调动闹钟设置部分可以将蜂鸣器关闭。
二、原理
1、脉冲产生
2、计时
3、显示
4、整点报时
5、校准
6、闹钟
三、元件清单
一个简单的表格是这么创建的：
| 序号 | 器件名称 | 数量 |
|---|---|---|
| 1 | 74LS390 | 4片 |
| 2 | 74LS00 | 4片 |
| 3 | 74LS04 | 1片 |
| 4 | 74LS08 | 3片 |
| 5 | 74LS11 | 1片 |
| 6 | 74LS12 | 1片 |
| 7 | 74LS27 | 1片 |
| 8 | 74LS32 | 4片 |
| 9 | 74LS51 | 1片 |
| 10 | 74LS74 | 1片 |
| 11 | 74LS86 | 4片 |
| 12 | 555芯片 | 1片 |
| 13 | 10kΩ电阻 | 8个 |
| 14 | 560Ω电阻 | 16个 |
| 15 | 4.7kΩ电阻 | 2个 |
| 16 | 电解电容4.7μF | 1个 |
| 17 | 电解电容10μF | 1个 |
| 18 | 104电位器 | 1个 |
| 19 | 普通二极管 | 2个 |
| 20 | 点动开关 | 3个 |
| 21 | 拨码开关 | 4个 |
| 22 | 七段显示译码器 | 7块 |
| 23 | 3V有源蜂鸣器 | 2个 |
四、仿真截图
五、实物展示
六、故障及排查
1、显示模块亮度问题的解决
我们的多功能数字电子钟在设计完成并仿真成功后，开始着手焊接实际电路。实际电路焊接时，我们按功能模块来依次焊接各个部分。最先焊接好的是显示模块。（包括七片七段显示译码器和七片与之对应的74LS48芯片。）显示模块焊接好后，我们先通过分别给每一片74LS48的四个输入端不同的电平来独立地测试显示模块的功能。（74LS系列芯片的管脚悬空为高电平，所以只需要把电平为零的输入端接地即可。）但给定输入端电平后，显示译码器并没有显示任何字形。
仔细观察后发现，原来显示译码器上是显示出了数字，但由于显示的亮度太小，导致在正常日光下不易被观察到。对比其他同学的口袋实验板的显示模块，我们发现，原来我们所使用的七段显示译码器的型号和他们的有所不同，我们这种型号的显示译码器所需要的驱动电流较大，所以在电流达不到要求时只会显示微弱的光。在更换为驱动电流较小的显示译码器后，显示模块可以正常地工作。
2、校准模块故障排查
校准模块包括星期校准、时校准和分校准三个部分。在焊接完成进行测试时发现，只有分校准部分具有正常的校准功能，（即按下校准点动开关会持续校准，松开校准停止。单次按下开关为无效校准，）星期校准和时校准在按下点动开关时，都无法进行连续校准，只可以进行无效的单次按下开关操作。
分析电路图后发现，按下开关进行连续校准的功能是通过将一个基本RS锁存器的输出端与时钟信号一同送进与门后实现的。而时校准部分和星期校准部分都用到了74LS51芯片的双三输入与或非门，于是对这部分电路的各个节点的电压进行测量。通过测量发现，无论基本RS锁存器的输出端是高电平还是低电平，时钟信号和它相与的结果都是时钟信号本身，并且考虑到部分芯片（包括74LS51）是从网上购置的，质量有可能得不到保，所以这两个校准部分有问题极有可能是74LS51芯片本身的问题。将这两片芯片用实验室的74LS51替换后，时校准和星期校准模块回复正常，证明之前的推断是正确的。
3、闹钟模块故障及其排查
在其余部分功能都正常后，闹钟功能仍有问题，在时钟显示为预先设定的时和分之后，没有一分钟的长鸣。向老师询问之后，我们开始从闹钟蜂鸣器的正极开始依次向后排查。通过预先设定好闹钟，待时钟显示为预先设定值时，依次测量各点的电压，发现闹钟部分一系列的电压都与仿真时不同，最终锁定到直接与拨码开关相连的74LS86的四个输入端。原本设计思路是没有设定的拨码开关一律拨到下方，相当于开关断开，为高电平；需要设置的拨到上方，开关闭合，连接到高电平。而测量显示，拨到下方的开关对应的74LS86的输入端为2.8V，属于高电平。思考后，我们发现实际上我们忽略了与断开的开关相连与实际的管脚悬空是等效的情况，所以开关断开时对应的管脚也是高电平。检测到这一故障后，我们在每个拨码开关与74LS86输入端相连的地方引出来，通过下拉电阻与地相连接（下拉电阻我们选用的是560Ω的电阻，电阻值不易过高，阻值过高会抬升输入端的电压。），确保开关断开时管脚为低电平。闹钟部分恢复正常。
七、仿真及实物展示资源链接
含multisim仿真图、文章原文以及实物功能演示视频
[1]:https://download.csdn.net/download/qq_42018246/11231214
