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数电课程设计数字电子钟的设计与制作[2]

一、设计目的 数字电子技术是工科专业的一门专业基础课,该课程理论与实践联系密切,系统性强,课程设 计是本课程教学中必不可少的环节, 通过设计可以使学生初步掌握基本的数字电路设计方法和技能, 进一步加深对数字电子技术课程的理解, 掌握数字电子系统的组成和设计方法以及系统的调试方法, 熟悉常用数字芯片的功能及使用方法,为后续课程的学习奠定坚实基础。 二、设计任务 1、用给定的数字集成电路设计制作一个数字电子钟。 2、基本功能:具有时、分、秒计时功能,用六位数码管和 LED 显示“XX:XX:XX” (最大 显示 23:59:59) ,要求计时准确,能够调整时间。除电源外其它部分均需自行设计制作。 3、扩展功能:有整点报时功能;时分秒之间的间隔符“: ”按秒跳动。 三、设计要求 基本要求: 1、根据给定的器件设计电路,画出电路原理图,仿真实现所设计功能。 2、制作实际电路并测试,用自己设计的秒脉冲源作计时脉冲,+5V 电源由实验室提供。要求 制作工艺良好,电路能正常稳定工作。 3、写出设计总结报告,除报告封面和电路图可以打印外,其它内容均必须手写(复印、打印 的一律不及格) 。 扩展要求:完成扩展功能 四、所需元器件及材料 IC:CD4518 三块、CD4040、CD4060、CD4081 各一块、CD4543 六块,DIP16IC 插座 12 个; 其他器件:共阴数码管(CL5011AH)6 个,红色 LED4 个,石英晶振 32768HZ 一个,电阻 220Ω 44 个,220K、10M 各 1 个,51P 瓷片电容 2 个,轻触开关 4 个,8 针接插件 3 个,4 针接插件 1 个, 9cm*15cm 万能板两块、红、黑色导线各 1 卷,黄、蓝色导线各 2 卷、焊锡 2 卷。 实验室准备数字电路实验箱、数字万用表以及实践所需工具。 五、日程安排 周一:接受任务,收集资料 ;设计电路,画出电路图,仿真 周二:制作显示板并测试 周三:制作时间计数器和秒脉冲板并测试 周四:总体调试与测试

周五:教师检查验收,写总结报告 六、制作步骤 1、查找资料,设计电路,仿真; 2、制作显示及驱动板,输入8421BCD码验证; 3、制作计时器,先用实验箱或信号发生器输出秒脉冲计时,输出用做好的显示板显示,或用实 验箱显示; 4、制作秒脉冲,先用LED测试,可行后接入计时电路测试; 5、连接电路,总体测试。 七、注意事项 数码管、电阻、电容、开关等安装前一定要测试检查,确定没有问题再焊接,数码管不能用 5V 电源去测试,用数字万用表的二极管档可测试是否发光,集成块和晶振不便测试可不测。 先要画出电路原理图和接线图,安装时首先考虑好元器件布局,先装 IC 插座,接好电源线和地 线,但不要通电,然后按图依次连接,连好后仔细检查没有问题再通电,连好一个单元测试一个单 元,逐次完成,然后再将各单元连接起来,两块板之间用接插件连接。特别注意集成块不要接反! 八、设计报告内容 设计原理思路: 数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与 标准时间一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的 1HZ 时间信号必须做到准确稳定。通 常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。数字电子钟由以下几部分组成:石英晶体振荡器和分频器 组成的秒脉冲发生器;校对电路;六十进制秒、分计数器、二十进制时计数器;以及秒、分、时的 译码显示部分等。

各部分原理:十进制同步加法计数器
CD4518 是二、十进制(8421 编码)同步加计数器,内含两个单元的加计数器。每单个单元有两 个时钟输入端 CLK 和 EN,可用时钟脉冲的上升沿或下降沿触发。若用 ENABLE 信号下降沿触发, 触发信号由 EN 端输入,CLK 端置“0” ;若用 CLOCK 信号上升沿触发,触发信号由 CLOCK 端输 入,ENABLE 端置“1” 。RESET 端是清零端,RESET 端置“1”时,计数器各端输出端 Q1~Q4 均 为“0” ,只有 RESET 端置“0”时,CD4518 才开始计数。 CD4518 采用并行进位方式,只要输入一个时钟脉冲,计数单元 Q1 翻转一次;当 Q1 为 1,Q4 为 0 时,每输入一个时钟脉冲,计数单元 Q2 翻转一次;当 Q1=Q2=1 时,每输入一个时钟脉冲 Q3 翻转一次; Q1=Q2=Q3=1 或 Q1=Q4=1 时, 当 每输入一个时钟脉冲 Q4 翻转一次。 这样从初始状态“0” ( 态)开始计数,每输入 10 个时钟脉冲,计数单元便自动恢复到“0”态。若将第一个加计数器的输 出端 Q4A 作为第二个加计数器的输入端 ENB 的时钟脉冲信号,便可组成两位 8421 编码计数器,依 次下去可以进行多位串行计数。

译码器
CD4543 是一个用于驱动共阴极 LED (数码管)显示器的 BCD 码—七段码译码器,特点:具有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路能提供较大的拉电流。可直接驱动 LED 显示器。

时间计数器电路
(1)秒计数器 秒的个位计数单元为 10 进制计数器,当 QDQCQBQA 变成 1010 时,通过与非门把它的清零端变 成 0,计数器的输出被置零,跳过 1011 到 1111 的状态,又从 0000 开始,如此重复。秒的十为计数 单元为 6 进制, QDQCQBQA 变成 0101 时, 当 通过与非门把它的清零端变成 0, 计数器的输出被置零, 跳过 0110 到 1111 的状态,又从 0000 开始,如此就是 60 进制。同时秒十位上的 0101 时,要把进位 信号传输给“分”个位的计数单元。 (2)分计数器 分的个位和十位计数单元的状态转换和秒的是一样的,只是它要把进位信号传输给时的个位计 数单元。 (3)时计数器 当“时”十位的 QDQCQBQA 为 0000 或 0001 时, “时”的个位计数单元是 十进制计数器,当他的 QDQCQBQA 到 1010 时,通过与非门使得个位 74LS90 上的清零端为 0,则计 数器的输出直接置零,从 0000 有开始。当十位的 QDQCQBQA 为 0010 时,通过与非门使得该 74LS90 的清零端为 0, “时”的十位有重新从 0000 开始,此时的个位计数单元变成 4 进制,即当个位计数 单元的 QDQCQBQA 为 0100 时,就要又从 0000 开始计数。这样就实现了“时”24 进制的计数 电路图

原理框图

6 位显示驱动电路

数字钟计数及秒脉冲电路

CD4543

CD4518

CD4081


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