数电课程设计

数字电子时钟。

摘要：数字电子时钟设计的电路主要由主体电路与扩展电路组成，采用集成快控。

制数码管显示时、分、秒，当秒计数满60时就向分进位，分计数器满60后向时计数器进位，小时计数器按“23翻0”规律计数。时、分、秒的计数结果经过数据处理可直接送显示器显示。当计时发生误差的时候可以用校时电路进行校正。

数字电子时钟优先编码电路、译码电路将输入的信号在显示器上输出；用控制电路和调节开关对led显示的时间进行调节，以上两部分组成主体电路。经过布线、焊接、调试等工作后数字电子时钟成形。

关键字：数字电子时钟电路振荡电路译码器。

一、设计任务与要求。

1. 时间以24小时为一个周期；

2.显示时、分、秒；

3.有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；

4.根据要求阅读数字时钟电路原理图，阅读教材及查找相关资料，叙述工作原理；

5.画出包含＋5伏的稳压电源在内的原理电路图，根据原理图画出对应的印刷电路图，并在图中标出元器件的符号及**；

6.安装、焊接、连线、调试电路（只提供秒计时的两位电路元件，其他元件可自备。）；

7.最后提交调试好的设计作品，撰写并提交实验、调试报告，解答思考题。

二、方案设计与论证。

方案。一、数字钟的组成框图如图1.1所示分别由显示电路，译码电路，计数器，校时电路，和脉冲产生的分频器及振荡器。

方案二：专用时钟芯片。

目前市场上已有很多实时时钟芯片。如ds12887、ds1302、ds1307、pcf8563、x1227等，芯片内都集成了时钟/日历功能，给时钟系统设计带来很多方便。

总体方案论证与选择。

方案一：纯硬件电路系统，各功能采用分离的硬件电路模块实现。用时序逻辑电路实现时钟功能。

但这种实现方法可靠性差、控制精度低，灵活性小、线路复杂、安装调试不方便，而且不方便实现对系统的扩展。

方案二：采用at89c52单片机作为系统的控制核心。时钟功能采用单片集成的时钟芯片ds1302来实现，可以使用液晶显示时间、日历及闹铃，有着智能化的人机界面。

由于使用了单片机，整个系统可编程，系统的灵活性大大增加了。ds1302的精度可达到一天只差一秒，（当然在常温下，其精度取决于你的晶振的精度。）而ds18b20的测温精度是0.

0625度。所以整个系统的精度还是很高的。

另外，本方案可以方便的实现其他功能的扩展。

经过以上的比较论证，应选用方案二来完成项目设计的要求。但为提高实践能力，我选择方案一。

三、单元电路设计与参数计算。

附录(i)：

本设计包括：显示电路、计数电路、振荡电路、总数字钟电路。

1）显示电路。

计数器实现了对时间的累计以8421bcd码形式输出，选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，选用cd4511作为显示译码电路，选用led数码管作为显示单元电路。一个cd4511和一个led数码管连接成一个cd4511驱动电路，数码管可从0---9显示，以次来检查数码管的好坏。如图2；

cd4511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。图1是cd4511引脚图；图中bi：4脚是消隐输入控制端，当bi=0 时不显示数字。

lt：3脚是测试输入端，当bi=1，lt=0 时，译码输出全为1，七段均发亮，显示“8”。 le：

锁定控制端，当le=0时，允许译码输出。 le=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在le=0时的数值为8421bcd码输入端。9-15脚为译码输出端，输出为高电平1有效。

8和16分别接地和+vcc。cd4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。表1是cd4511的功能真值表：

图1 cd4511引脚图。

表１ cd4511的功能真值表。

图2显示电路。

2）计数器原理：

有了时间标准：“秒”信号后，就可以根据60秒为1分，60分为1小时，24小时为一天的计数周期，分别组成两个60进制，一个24进制的计数器。将这些计数器适当连接，就可以够成秒，分时的计数器，实现计时功能。

cd4518是一个同步加法计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～.该cd4518计数器是单路系列脉冲输入4路bcd码信号输出。分别由cd4518组成60进制和24进制实现秒，分，时的正常计数。

cd4518原理：

cd4518是一个同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～.该cd4518计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚），4路bcd码信号输出（3脚～6脚；脚～脚）。

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端为低吨平（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。

将数片cd4518串行级联时，尽管每片cd4518属并行计数，但就整体而言已变成串行计数了。需要指出，cd4518未设置进位端，但可利用q4做输出端。有人误将第一级的q4端接到第二级的cp端，结果发现计数变成“逢八进一”了。

原因在于q4是在cp8作用下产生正跳变的，其上升沿不能作进位脉冲，只有其下降沿才是“逢十进一”的进位信号。正确接法应是将低位的q4端接高位的en端，高位计数器的cp端接uss。

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引脚功能(管脚功能)：

1cp、2cp：时钟输入端。

1cr、2cr：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。

vdd：正电源。

vss：地。

如图2.2所示为cd4518引脚图。

图2.2 cd4518引脚图。

3）振荡电路。

振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768hz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用ttl门电路构成；另一类是通过cmos非门构成的电路，本次设计采用了后一种。

由cmos非门与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，u2实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻r1为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容c1、c2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。

由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。电路如图4：

图4 振荡电路。

4)总数字钟电路。

5)思考题。

1、本电路中n进制计数器是如何实现的？

答：是由cd4518计数器和74ls00组成的计数电路，60位计数器是是保持十位计数器的cp输入端为低电平，将个位的q3作为进位信号直接送至十位计数器的en输入端，。十位计数单元为6进制，当q3q2q1q0变成0110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0111到1111的状态，又从0000开始，如此就是60进制。

24位计数器是当十位的q3q2q1q0为0000或0001时，个位计数单元是十进制计数器，当他的q3q2q1q0到1010时，通过与非门使得个位上的清零端为0，则计数器的输出直接置零，从0000有开始。当十位的q3q2q1q0为0010时，通过与非门使得该4518的清零端为0，十位又重新从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q3q2q1q0为0100时，就要又从0000开始计数。这样就实现了24进制的计数。

2、校时电路中的三个开关有什么作用？

答：当开关闭合时，会接上电容，可以缓解抖动，为去抖动开关。

3、如果用74ls161组成计数器，则个位到十位的进位怎样实现？

答：在1hz的cp时钟信号下，74ls161(1)的pe、te、ld、cr都接高电平，74ls161(1)正常工作，进行记数，当计数到1010时，通过与非门将q3q1与非后接到清零端cr，即在此时将第一个74ls161（1）清零。同时接到74ls161(2)的脉冲端cp(因为当cr等于0时，等于1所以时钟脉冲cp有效),于是它显示的是（0-9）。

因为时钟脉冲是74ls161(1)给出，将74ls161(2)的pe、te、ld、cr都接高电平，74ls161(2)正常工作，进行计数，当计数到0110时，通过与非门将q2q1与非后接到清零端-cr，将74ls161（2）清零，于是实现了显示（0-5）的进制，同时接到下一个74ls161的时钟脉冲端cp。

四、安装、调试及性能测试。

设计过程中遇到的问题及其解决方法：

在检测cd4511驱动电路的过程中发现数码管不能正常显示的状况，经检验发现主要是由于接触不良的问题，其中包括线的接触不良和芯片的接触不良。在实验过程中，数码管有几段二极管时隐时现，有时会消失，用5v电源对数码管进行检测，一端接地，另一端接触每一段二极管，发现二极管能正常显示的，再用万用表欧姆档检测每一根线是否接触良好，在检测过程中发现有几根线有时能接通，有时不能接通，把接触不好的线重新接过后发现能正常显示了。其次是由于芯片接触不良的问题，用万用表欧姆档检测有几个引脚本该相通的地方却未通，而检测的导线状况良好，其解决方法为把cd4511的芯片拔出，根据孔的的状况重新调整其引脚，使其正对于孔，再用力均匀地将芯片插入面包板中。

此后发现能正常显示，本次实验中还发现一块坏的led数码管和两块坏的cd4511，经更换后均能正常显示。

数电课程设计

数电课程设计

数电课程设计

数电课程设计

其他用户还读了