数电课程设计数字电子钟的设计与制作

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220Ω44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；当Q1=Q2=Q3=1或Q1=Q4=1时，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Q D Q C Q B Q A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，当Q D Q C Q B Q A变成0101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Q D Q C Q B Q A为0000或0001时，“时”的个位计数单元是十进制计数器，当他的Q D Q C Q B Q A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Q D Q C Q B Q A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Q D Q C Q B Q A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