具有整点报时功能的可校时数字钟EWB仿真

0 1 1 0 1 0 00110011 4
0 1 1 0 1 0 11011011 5
0 1 1 0 1 1 00011111 6
0 1 1 0 1 1 11110000 7
0 1 1 1 0 0 01111111 8
0 1 1 1 0 0 11110011 9
011
1010-1111
0
0
0
0
0
0
第二节 目前研究现状
在做这次设计前，首先了解了一些现在数字钟的研究状况，通过查 找，我总结了下面一些方法，通过对比，我选择了适合自己的方法，来
实现我的设计。 一、采用小规模集成电路实现 采用集成逻辑电路设计具有能实现，时、分、秒计时功能和多点
定时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需程序干预。 二、EDA技术实现 采用EDA作为主控制外围电路进行电压，时钟控制键盘和LED控
2.2.1 CC4518功能介绍
CC4518是二、十进制（8421编码）同步计数器，内含两个单元的 计数器，每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。如图2-2所示，其内部电路图如下。
图2-2 CC4518的内部逻辑图
CC4518的各个引脚如图2-3所示： Cr：异步清零端（复位端），高电平有效。
第一章 课题的来源及意义
第一节 介绍
20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产 品几乎渗透了社会的各个领域，有力的推动了社会生产力的发展和社会 信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品跟新 换代的节奏也越来越快。数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需 品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给 人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技 术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳 定、集成电路有体积小、功耗小、功能多、携带方便等优点，因此在许 多电子设备中被广泛使用。
图2-6 十二进制连接图
第三节 译码显示电路
译码显示电路是将数字钟的计时状态直观清晰的反应出来，被人们 的视觉器官所接受，是人们直接看到的部分，也是时钟的主要部分，而 我们研究的是对译码显示电路的组成、功能的分析。显示器件选用LED 七段数码管，在译码显示电路输出信号的驱动下，显示出清晰直观的数 字符号。本设计所选用的是半导体数码管，是用发光二极管（简称 LED）组成的字形来显示数字，七个条形发光二极管排列成七段组合字 形，便构成了半导体数码管，半导体数码管有共阳极和共阴极两种类 型。共阳极数码管的七个发光二极管的阳极连在一起，而七个阴极则是 独立的。共阴极数码管与共阳极数码管相反，七个发光二极管的阴极接 在一起，而阳极是独立的。当阳极数码管的某一阴极接低电平时，相应 的二极管发光，可根据字形使某几段二极管发光，所以共阳极数码管需 要输出低电平有效的译码器去驱动。共阴极数码管则需要输出高电平有 效的译码器去驱动。
图2-8 CC4511的引脚图
CC4511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，特点如下具有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。如表2-3所示，是CC4511的工作方式。
表2-4 CC4511的真值表
十位接成六进制，利用Q4Q3Q2Q1=0110的信号清零，同时结合高 位进位。如图2-5所示，为六十进制接线图
图2-5 六十进制连接图
2.2.3 十二进制计数器
时钟的“时”计数器采用十二进制计数器计数，个位为十进制计数 器，当计数器计数到12时，即十位为0001个位为0010时，同时清零，达 到了十二进制计数器的目的，即高位的Q1好低位的Q2送入与非门做清 零信号，完成“时”计数器的计数，从而完成一个周期的计时。图2-6为 十二进制接线图：
当数字钟的计数器在CP脉冲的作用下，按60秒为1分、60分为1小 时，12小时为半天的技术规律计数时，就应将其状态显示成清晰的数字 符号。这就需要将计数器的状态进行译码并将其显示出来。我们选用的 计数器全部是二-十进制集成片，“秒”“分”“时”的个位和十位的状态分别 由集成片中的四个触发器的输出状态来反映的。因此，译码显示电路选
LE BI LT D C B A
a
b
c
d
e
f
g
显 示
X X 0 XXXX11111 11 8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
熄 灭
0 1 1 0 0 0 01111110 0
0 1 1 0 0 0 10110000 1
0 1 1 0 0 1 01101101 2
0 1 1 0 0 1 11111001 3
0
熄 灭
1
1
1 XXXX
为LE上跳前的BCD码决定
锁 存
第四节 显示部分的仿真电路
通过EWB软件仿真，实现了计数器六十进制仿真和十二进制仿真， 并且实现了显示电路的仿真，如图2-9为六十进制仿真图，图2-10为十 二进制仿真图，图2-11为显示电路仿真图
图2-9 六十进制仿真图 图2-10 十二进制仿真图
电子钟是人们日常生活中常用的计时工具，而数字式电子钟又具有 体积小、重量轻、走时准确、结构简单、耗电量少等优点而在生活中广 泛应用，因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路来设 计一个数字式电子钟，使其完成计时及报时校时功能。
本次设计以数字电子为主，分别对一秒信号源、秒计时显示、分计 时显示、小时计时显示、整点报时及校时电路进行设计，然后将它们组 合来完成时、分、秒的显示并且具有整点报时和走时校时的功能。并通 过本次设计加深对数字电子技术的理解以及更熟练是有计数器、触发起 和各种逻辑门电路的能力。电路主要使用集成计数器，例如74LS161、 CD4518；译码集成电路，例如 CD4511、LED数码管及各种门电路和基 本的触发器等，电路使用5号电池供电，很合适在日常生活中使用。
第一节 振荡电路和分频电路
振荡器是数字钟的核心，起的作用是产生一个频率标准的时间频率 信号，然后再由分频器产生分秒脉冲，因此振荡器频率的精度与稳定度 基本决定了数字电子钟的质量。振荡器的稳定度及频率的精确度决定了 数字钟计时的准确程度，通常选用石英晶体构成振荡器电路。一般来 说，振荡器的频率越高，计时精度越高。采用石英晶体振荡器经过分频 得到这一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号。保证数字钟的走时准 确及稳定。由数字钟的晶体振荡器输出较高，为了得到1Hz的秒信号输 入，需要对振荡器的输出信号进行分频。实现分频器的电路是计数器电 路，一般采用多级二进制计数器来实现。将32768Hz的振荡信号分频为 1Hz的分频倍数为32767（2的15次方），即实现该分频功能的计数器相 当于15极2进制计数器。
图，可以清楚看清计数情况。
表2-2 CC4518真值表功能
CLOCK
ENABLE
RESET
上升沿
1
0
0
下降沿
0
下降沿
X
0
X
上升沿
0
上升沿
0
0
1
下降沿
0
X
X
1
ACTION 加计数 加计数 不变 不变 不变 不变 Q0～Q4=0
图2-4 CC4518时序图
如表2-3所示，为CC4518芯片的一些重要参数，只有在参数范围
用BCD-7段所存译码/驱动器CC4511。 2.3.1 数码管
数码管采用LG3611AH型数码管，它是共阴极数码管，需要输入高 电平有效。如图2-7所示，数码管内部电路图和引脚图
图2-7 数码管
2.3.2 译码器 时钟的计数通过译码电路经过译码然后传给LED显示，本次设计译
码器采用CC4511型译码器。如图2-8所示，是CC4511的外部引脚图。
第三节 论文结构及主要工作
本次设计的数字钟采用的是小规模集成电路来实现的，文章主要研 究的是数字钟的电路组成及原理。首先，论文研究了数字钟的显示部 分，再研究它的内部电路组成。在显示部分里，主要研究了计数器和译 码显示器，及其工作原理。数字钟的重要部分就是其内部的驱动电路和 校时电路，本次设计通过采用晶体振荡器产生1Hz信号给数字钟提供稳 定的计数信号，并且通过校时电路实现了对数字钟的时间纠正，使数字 钟走时准确，在这次设计中，还为数字钟设计了一个整点报时电路，实 现整点报时，使人们准确知道现在的时间。
第二章 数字钟的显示部分
第一节 数字钟的组成和基本工作原理
数字钟实际上是一个对标准频率进行计数的计数电路。它的计时周 期是12小时，由于计数器的起始时间不可能与标准时间（如北京时间） 一致所以采用校准功能和报时功能。
数字中电路主要由译码显示器、校准电路、报时电路、时计数器、 分计数器、秒计数器，振荡电路和单次脉冲产生电路组成。其中电路系 统由秒信号发生器，“时”、“分”、“秒”计数器、译码器及显示器、校准 电路、整点报时电路组成。“秒”信号产生器是整个系统的时基信号，它 直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现，将 标准“秒”信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计 60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉 冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个时脉冲 信号，该信号将被送到时计数器。时计数器采用12进制计数器，可实现 对12小时的计时，译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态 通过显示驱动电路，七段显示译码器，在经过六位LED七段显示器显示 出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然 后去触发音频发生器实现低、高音报时。校准电路时用来 对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的，如图2-1所示多功能数字 钟的组成框图。
制，此方案逻辑电路复杂，且灵活性较低，不利于各种功能的扩展，在 对电路进行检测比较困难。
三、单片机编程实现 在按键较少的情况下，采用独立式4个按键，经软件设计指定的I/O 口，送出逻辑电平，控制数码管显示，根据数字电子钟的设计要求与原 理以及特性，本系统采用单片机AT89C52串口输出的形式来设计电路， 使功能及效果更完美。 比较以上三种方案的优缺点，方法一简洁灵活可扩展性好，能完全 达到设计要求，同时符合本次课程设计的要求，故采用第一种方法。
各端输出端Q1—Q4均为“0”，只有RESET端置“0”时，CC4518才能开始
计数。
表2-1 CC4518逻辑功能表
输入
输出
Cr
CP
EN
QD
QC
QB
QA
清
1
X
X
0
0
0
0
零
计
0
↑
1
BCD码加法计数
数
保
0
X
0
持
保持
计
0
0
↓
BCD码加法计数
数
保
0
1
X
保持
持
CC4518计数器有两种计数方式，不同的输入端需要不同的信号， 实现的计数也不一样，其方式如下表2-2所示，图2-4为CC4518的时序
CP，EN：计数器工作状态控制与时钟脉冲输入端。 QD，QC，QB，QA ：计数器四位数据输出端。
图2-3 CC4518引脚图
由wk.baidu.com2-1可知，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CLK信号上升沿触发，触发信号由CLK端输
入，ENABLE端置“1”。RESET端是清零端，RESET端置“1”时，计数器
图2-11 显示电路仿真图
第三章 数字钟的控制电路
数字钟的控制电路主要由振荡电路、分频电路、校时电路、报时电 路组成。
振荡电路和分频电路控制数字钟的计时功能，通过它们给数字钟计 时电路提供准确的1Hz频率，使数字钟准确计时。校时电路通过改变计 数器的计数，当时钟不准时及时给与纠正，使数字钟走时准确。报时电 路通过对时钟的整点报时，提醒人们现在的时间，是数字钟的重要组成 部分。
图2-1 组成框图
第二节 计数器
秒脉冲信号经过级计数器分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十 位以及“时”个位、十位的计时。“秒”、“分”计数器为60秒为1分，60分为 1小时、时计数器采用12小时计位，分别组成两个六十进制（分、秒） 一个十二进制计数器。将这些计数器适当的连接，就可以构成秒、分、 时的计数，实现计时的功能进制计数器，它们都可以用两个十进制计数 器来实现，六十进制计数器和十二进制计数器均可由BCD加法计数器 CC4518组成，因为一片CC4518就可以构成六十进制和十二进制计数器 了。
内，才能正常使用CC4518芯片，使数字中正常工作。
表2-3 CC4518极限参数
VDD
-0.5V to +20V
输入电压范围，所有投入
-0.5V to VDD +0.5V
直流输入电流
±10mA
工作温度范围
-55℃ +125℃
储存温度范围
-65℃ +150℃
2.2.2 六十进制计数器
时钟的“分”、“秒”计数器采用六十进制计数，如下图所示，个位为 十进制，故EN=1,Cr=0，计数到9以后自动清零，向高位进位，信号采 用Q4Q3Q2Q1=1001，将Q4Q1送入与非门，与非门的输出可以做进位信 号。因为当Q4Q1不同时为1，Y为1，当QQ同时为1时，Y为0，同时计 数器到9后自动清零，这时Y又变为1，即出现了一个上升沿。