用共阴数码管制作的数字钟

电子技术课程设计报告题目：用共阴数码管制作的数字钟
姓名：
学号：
班级：
小组成员：
成绩：________________________
目录
一、引言 (2)
二、方案选择 (2)
2.1 设计要求 (2)
2.2 系统框图 (3)
2.3 设计过程 (3)
三、电路仿真与设计 (4)
3.1所需芯片及芯片管脚图 (5)
3.2时、分、秒显示电路模块设计 (7)
3.3星期显示电路模块设计 (7)
3.4校时电路模块设计 (8)
3.5秒信号电路模块设计 (9)
3.6数码管显示电路模块设计 (9)
3.7综合电路 (10)
四、电路调试及实物照片 (11)
4.1电路调试 (11)
4.2实物照片 (11)
五、存在的问题 (11)
六、课程设计心得体会 (12)
附录：
元件清单
参考资料
一、引言
中国是世界上最早发明计时仪器的国家，目前市场上提供的无论是机械钟还是石英钟在晚上无照明的情况下都是不可见的。

要知道当前的时间，必须先开灯，故较为不便。

而电子钟却可以夜光显示，它以六只LED数码管来显示时分秒，而且这类电子钟一般是采用大型显示器件，适用于银行、车站等公共场所。

这种新型的电子钟因其方便、直观的特点也得到了社会的欢迎，在社会上占有相当一部分市场。

数字电子钟是日常生活中常见的一种工具，大到机场等公共场所的时间屏幕，小到我们的手表、闹钟等，因此，了解电子钟的工作原理是很有必要的，也很有趣，因此我们选择了这个题目------用共阴数码管制作的数字钟。

虽然电子钟在日常生活中很常见，看起来也比较简单，但是其中包含的学问很多。

在这个项目中，校时是一个很重要的模块，既要可以正常校时，又不能干扰到时间计数显示模块，而时间显示比较简单，用熟悉的芯片就可以做出来了。

这次课程设计的选题不仅可以加深我们对数字电子技术课程的理解，也可以提高自己的动手能力以及实际问题中解决问题的能力，培养对电子技术的兴趣。

二、方案选择
2.1设计要求
1.用秒脉冲作信号源，构成数字钟，显示秒、分、时
2.具有“对时”功能，即时间可以快速预置
3. 个人加入星期显示
2.2系统框图
2.3设计过程
时间显示模块电路可以用3个CD4518作为核心芯片，进行级联，再辅以若干逻辑门，完成进位、置零等功能，CD4518是双十进制计数器，有两个时钟输入端，正好可以满足进位和校时的功能，而不会产生干扰，且有一个置零功能，可以组成六十进制和二十四进制的计数器。

星期显示模块电路用1个74LS160作为核心芯片，加上三个与非门，完成置1等功能。

74LS160是模10的8421BCD码计数器，异步清零，同步置数，可以满足1到7的循环。

秒信号发生电路用32.768KHz的晶振、电容、电阻组成的振荡电路以及用CD4060、CD4518组成的分频电路组成。

晶振频率稳定度高，CD4060是14级2进制计数器，经过它分频可得到2Hz的信号，然后经CD4518分频得到秒信号。

校时电路以两个与非门组成的RS触发器为核心，辅以电阻，单刀双掷开关，电源组成。

由于机械开关有抖动现象，因此用RS触发器作为去抖动电路。

每来回拨动一次开关，产生一个计数脉冲，实现校时功能。

三、电路设计与仿真
3.1所需管脚图
CD4518 CD4060
74LS160 74LS00（74LS08）
74LS48 数码管
7474
芯片介绍:
1CLK、2CLK：时钟输入端。

1RST、2RST：清除端。

1EN、2EN：计数允许控制端。

1Q0～1Q3：计数器输出端。

2Q0～2Q3：计数器输出端。

CD4518是一个双BCD同步加计数器，由两个相同的同步4级计数器组成。

CD4518控制功能：
CD4518有两个时钟输入端CP和EN,若用时钟上升沿触发,信号由CP输入,此时EN端为高电平（1）,若用时钟下降沿触发,信号由EN输入,此时CP端为低电平（0）,同时复位端Cr 也保持低电平（0）,只有满足了这些条件时,电路才会处于计数状态.否则没办法工作。

CD4060引脚功能如下：
CP1：时钟输入端
CP0：时钟输出端
CP0：反相时钟输出端
Q4~Q10，Q12~Q14：计数器输出端
Q14：第14级计数器反相输出端
VDD：电源正
VSS：电源负
CR：清零端
CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。

所有的计数器位均为主从触发器。

在CP1(和CP0)的下降沿计数器以二进制进行计数。

在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。

74LS160引脚功能如下：
RCO 进位输出端
ENP 计数控制端
Q A-Q D输出端
ENT 计数控制端
C L K时钟输入端
CLR 异步清零端（低电平有效）
LOAD 同步并行置入端（低电平有效）
74LS160 为可预置的十进制同步计数器，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。

当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。

而只有当CR=LD=EP=E T=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。

74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。

合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。

这是一个内部拥有四个独立的二输入与非门电路
其逻辑功能是，有0出1，全1出0
7448引脚功能如下：
7448是七段显示译码器，输入A3 、A2 、 A1和 A0接收四位二进制码，输出a～g为高电平有效，可直接驱动共阴极显示器，三个辅助控制端、、，以增强器
件的功能，扩大器件应用。

当他们都为1时，译码器各段a～g输出的电平是由输入代码决定的，并且满足显示字形的要求。

共阴极数码管是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）。

图中的8个LED分别和上面那个图中的A~DP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。

7474引脚功能如下：
7474是双上升沿D触发器（有预置、清除端）。

74LS74内含两个独立的D上升沿双d 触发器，每个触发器有数据输入（D）、置位输入（）复位输入（）、时钟输入（CP）和数据输出（Q、）。

、的低电平使输出预置或清除，而与其它输入端的电平无关。

当、均无效（高电平式）时，符合建立时间要求的D数据在CP上升沿作用下传送到输出端。

把其中的一个D触发器的Q非输出端接到D输入端，时钟信号输入端CLOCK 接时钟输入信号，这样每来一次CLOCK脉冲，D触发器的状态就会翻转一次，每两次CLOCK 脉冲就会使D触发器输出一个完整的正方波，这就实现了2分频。

3.2时、分、秒显示电路模块设计
整个电路的的核心芯片是CD4518，它是一个双10进制加法计
数器，因此只需要三个芯片，进行级联即可实现两个六十进制和一个
二十四进制计数器，再加上一些合适的逻辑门，实现置零和进位。

上图是秒显示电路设计图，左边为秒个位，右边为秒十位，秒个位的电路中置零引脚必须接地，这是因为CMOS的引脚不能悬空，否则会影响实验结果，2CLK接秒脉冲信号，考虑到秒个位计数到9的时候必须进位，所以用一个与非门提供一个进位信号至秒十位的时钟输入端，秒十位另一个时钟输入端接高电平，当秒十位计数器计到5时，在输出为0110时提供一个信号到秒十位计数器的置零端，使其实现0110——0000，即六十进制。

分计数显示电路设计原理与秒计数显示电路接近，分个位的时钟输入端接来自秒十位的置零信号，另外一个时钟输入端接高电平，分十位的原理也是一样的。

下图是时计数显示电路设计图，与分、秒不同的是，这一块是24进制，当时十位为0、1的时候，时个位正常从0—9显示；当时十位为2时，要求时个位的显示是0、1、2、3，然后就回到0，因此在置零这一部分接法不同于分、秒计数显示电路，考虑到当时计数器为23时必须变为00，即当时十位输出为0010、时个位输出为0100时，分别变为0000、0000，因此可用一个与门实现，按如图的接法，并且注意到时十位和时个位都必须置零。

3.3星期显示电路模块设计
与时分秒电路都不同，星期显示电路需要从1到7循环显示。

这就要用的74LS160的置数功能，当输出为0111时，给置数端一个信号进行置数，这需要用的三输入与非门，考虑到其他芯片用的都是两输入与非门，故从经济角度考虑，采用3个两输入与非门。

电路图如下
3.4校时电路模块设计
校时模块的设计思路如图所示，使用两个与非门组成的RS触发器为核心，辅以电阻，单刀双掷开关，电源组成。

每来回拨动一次开关，产生一个计数脉冲，实现校时功能。

由于不清楚图中开关名称，改用单刀双掷开关，使得校时变得麻烦。

3.5秒信号电路模块设计
秒信号发生电路用32.768KHz的晶振、电容、电阻组成的振荡电路以及用CD4060、7474组成的分频电路组成。

晶振频率稳定度高，CD4060是14级2进制计数器，经过它分频可得到2Hz的信号，然
后经7474分频得到秒信号。

电路图如下所示
3.6数码管显示电路模块设计
用共阴极数码管显示，由于所用数码管不自带译码器，所以需用74LS48驱动。

74LS48是共阴极译码器，它能把8421BCD码译成数码管显示的a-g，再由数码管显示相应的数字。

电路图如下所示
3.7综合电路
四、电路调试及实物照片
4.1电路调试
在调试过程中，遇到几个问题：
1、秒信号时有时无，后检查出是因为秒信号电路里的元件接触不良。

换了一块面包板重新连接，问题解决。

2、显示星期的数码管亮只能亮一个循环，首先检查了数码管电路。

发现无错。

然后检查计数器部分。

发现74LS160的输入端接线错误，改正之后，问题解决。

3、学校的数码管好多都是坏的，试了好几块，问题解决。

4、开关接触不良，需要人拿手按住。

5、晶振不工作，发现是匹配电阻太小，换了一个1MΩ的大电阻后，成功起振，问题解决。

经过调试，整个电路的功能实现了。

4.2实物照片
五、存在问题
完成了课程设计的基本要求，但是这个电子钟是没有实用价值的，现实中不可能用这么多芯片去生产一个普通的电子钟，但这是学习的一种途径。

六、分工与合作
在做课设的前期，两人分别查找各个芯片资料，经过研究和参考数电电路设计书等，设计出整个电路，并经过调试仿真得出正确结果。

开始做课设，杨安琪负责采购原件，有些元件没有，郭靖瑶负责修改电路使新电路在现有基础上可行。

制作实物期间，杨安琪负责连接与检查电路，郭靖瑶负责则调试与验证电路。

附录：
元件清单
参考文献：
《数字电子技术基础》侯建军主编。