數(shù)電課程設(shè)計數(shù)字電子鐘的設(shè)計與制作

1、一、設(shè)計目的數(shù)字電子技術(shù)是工科專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程理論與實踐聯(lián)系密切，系統(tǒng)性強，課程設(shè)計是本課程教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié)，通過設(shè)計可以使學(xué)生初步掌握基本的數(shù)字電路設(shè)計方法和技能，進一步加深對數(shù)字電子技術(shù)課程的理解，掌握數(shù)字電子系統(tǒng)的組成和設(shè)計方法以及系統(tǒng)的調(diào)試方法，熟悉常用數(shù)字芯片的功能及使用方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定堅實基礎(chǔ)。二、設(shè)計任務(wù)1、用給定的數(shù)字集成電路設(shè)計制作一個數(shù)字電子鐘。2、基本功能：具有時、分、秒計時功能，用六位數(shù)碼管和LED顯示“XX：XX：XX”（最大顯示23：59：59），要求計時準(zhǔn)確，能夠調(diào)整時間。除電源外其它部分均需自行設(shè)計制作。3、擴展功能：有整點報時功能；時

2、分秒之間的間隔符“：”按秒跳動。三、設(shè)計要求基本要求：1、根據(jù)給定的器件設(shè)計電路，畫出電路原理圖，仿真實現(xiàn)所設(shè)計功能。2、制作實際電路并測試，用自己設(shè)計的秒脈沖源作計時脈沖，+5V電源由實驗室提供。要求制作工藝良好，電路能正常穩(wěn)定工作。3、寫出設(shè)計總結(jié)報告，除報告封面和電路圖可以打印外，其它內(nèi)容均必須手寫（復(fù)印、打印的一律不及格）。擴展要求：完成擴展功能四、所需元器件及材料IC：CD4518三塊、CD4040、CD4060、CD4081各一塊、CD4543六塊，DIP16IC插座12個； 其他器件：共陰數(shù)碼管（CL5011AH）6個，紅色LED4個，石英晶振32768HZ一個，電阻22044個

3、，220K、10M各1個，51P瓷片電容2個，輕觸開關(guān)4個，8針接插件3個，4針接插件1個，9cm*15cm萬能板兩塊、紅、黑色導(dǎo)線各1卷，黃、藍色導(dǎo)線各2卷、焊錫2卷。實驗室準(zhǔn)備數(shù)字電路實驗箱、數(shù)字萬用表以及實踐所需工具。五、日程安排周一：接受任務(wù)，收集資料 ；設(shè)計電路，畫出電路圖，仿真周二：制作顯示板并測試周三：制作時間計數(shù)器和秒脈沖板并測試周四：總體調(diào)試與測試周五：教師檢查驗收，寫總結(jié)報告六、制作步驟1、查找資料，設(shè)計電路，仿真；2、制作顯示及驅(qū)動板，輸入8421BCD碼驗證；3、制作計時器，先用實驗箱或信號發(fā)生器輸出秒脈沖計時，輸出用做好的顯示板顯示，或用實驗箱顯示；4、制作秒脈沖，先

4、用LED測試，可行后接入計時電路測試；5、連接電路，總體測試。七、注意事項數(shù)碼管、電阻、電容、開關(guān)等安裝前一定要測試檢查，確定沒有問題再焊接，數(shù)碼管不能用5V電源去測試，用數(shù)字萬用表的二極管檔可測試是否發(fā)光，集成塊和晶振不便測試可不測。先要畫出電路原理圖和接線圖，安裝時首先考慮好元器件布局，先裝IC插座，接好電源線和地線，但不要通電，然后按圖依次連接，連好后仔細(xì)檢查沒有問題再通電，連好一個單元測試一個單元，逐次完成，然后再將各單元連接起來，兩塊板之間用接插件連接。特別注意集成塊不要接反！八、設(shè)計報告內(nèi)容設(shè)計原理思路：數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不

5、可能與標(biāo)準(zhǔn)時間一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成：石英晶體振蕩器和分頻器組成的秒脈沖發(fā)生器；校對電路；六十進制秒、分計數(shù)器、二十進制時計數(shù)器；以及秒、分、時的譯碼顯示部分等。各部分原理：十進制同步加法計數(shù)器CD4518是二、十進制（8421編碼）同步加計數(shù)器，內(nèi)含兩個單元的加計數(shù)器。每單個單元有兩個時鐘輸入端CLK和EN，可用時鐘脈沖的上升沿或下降沿觸發(fā)。若用ENABLE信號下降沿觸發(fā)，觸發(fā)信號由EN端輸入，CLK端置“0”；若用CLOCK信號上升沿觸發(fā)，觸發(fā)信號由CLOCK端輸入，EN

6、ABLE端置“1”。RESET端是清零端，RESET端置“1”時，計數(shù)器各端輸出端Q1Q4均為“0”，只有RESET端置“0”時，CD4518才開始計數(shù)。CD4518采用并行進位方式，只要輸入一個時鐘脈沖，計數(shù)單元Q1翻轉(zhuǎn)一次；當(dāng)Q1為1，Q4為0時，每輸入一個時鐘脈沖，計數(shù)單元Q2翻轉(zhuǎn)一次；當(dāng)Q1=Q2=1時，每輸入一個時鐘脈沖Q3翻轉(zhuǎn)一次；當(dāng)Q1=Q2=Q3=1或Q1=Q4=1時，每輸入一個時鐘脈沖Q4翻轉(zhuǎn)一次。這樣從初始狀態(tài)（“0”態(tài)）開始計數(shù)，每輸入10個時鐘脈沖，計數(shù)單元便自動恢復(fù)到“0”態(tài)。若將第一個加計數(shù)器的輸出端Q4A作為第二個加計數(shù)器的輸入端ENB的時鐘脈沖信號，便可組成兩位

7、8421編碼計數(shù)器，依次下去可以進行多位串行計數(shù)。譯碼器CD4543是一個用于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動LED顯示器。時間計數(shù)器電路（1）秒計數(shù)器秒的個位計數(shù)單元為10進制計數(shù)器，當(dāng)QDQCQBQA變成1010時，通過與非門把它的清零端變成0，計數(shù)器的輸出被置零，跳過1011到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此重復(fù)。秒的十為計數(shù)單元為6進制，當(dāng)QDQCQBQA變成0101時，通過與非門把它的清零端變成0，計數(shù)器的輸出被置零，跳過0110到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此就是60進制。同時秒十位上的0101時，要把進位信號傳輸給“分”個位的計數(shù)單元。（2）分計數(shù)器分的個位和十位計數(shù)單元的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和秒的是一樣的，只是它要把進位信號傳輸給時的個位計數(shù)單元。（3）時計數(shù)器當(dāng)“時”十位的QDQCQBQA為0000或0001時，“時”的個位計數(shù)單元是十進制計數(shù)器，當(dāng)他的QDQCQBQA到1010時，通過與非門使得個位74LS90上的清零端為0，則計數(shù)器的輸出直接置零，從0000有開始。當(dāng)十位的QDQCQBQA為0010時，通過與非門使得該74LS90的清零端為0，“時”的十位