数字电子钟(计时、校时以及整点报时)数电课程设计报告.doc

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. 具有整点提示功能。一种实现的方法是每到整点时触发“音乐芯片”或每到整点前几秒钟，发出如 “的、的、的、答”声音信号。系统框图设计过程 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。整点报时模块电路用的是555芯片和一块CD4068芯片组成的电路，555芯片可以接成多谐振荡器，提供交变信号使蜂鸣器发出声音，而整点报时的控制可以用CD4068实现，CD4068是8输入与/与非门，可以在整点之前输出脉冲信号，经过由555芯片组成的多谐振荡器，为其提供一个信号，这样由多谐振荡器输出端可以使蜂鸣器发出“嘀、嘀、嘀”的响声。秒信号发生器可以用实验箱上的秒脉冲信号代替。考虑到开关抖动现象，校时模块电路实验实验箱上的按键开关，每输出一个脉冲信号可以改变分个位和十个位，同时考虑到干扰问题，进位接线和校时接线接在不同的时钟输入端。电路仿真与设计3.1所需芯片及芯片管脚图 CD4518 CD4068 CD4002 CD4011 CD4069 5553.2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，右边为秒个位，左边为秒十位，秒个位的电路中置零引脚和时钟输入端CP1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，CP0接秒脉冲信号，考虑到秒个位计数到9的时候必须进位，所以在显示0的同时输出一个进位信号，输出是0000，因此可以用一个或非门，当输出是0000的时候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地，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01100000，即六十进制。上图是分计数显示电路设计图，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进位信号，另外一个时钟输入端接校时电路模块，由于设计的过程是分块设计的，因此先将该时钟输入端接地，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09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校时电路模块设计校时模块的设计思路如图所示，使用实验箱上的消除抖动的按键开关，每按一次就输出一个信号，调节分个位和时个位，考虑到实际接线时可能会出现干扰现象，即校时模块中的校时信号会影响到原来的秒十位进位信号和分十位进位信号，所以进位信号输入和校时信号输入接在不同的时钟端，这刚好利用了CD4518有两个时钟输入端的优点。3.4报时电路模块设计 报时电路模块中的报时信号输出电路如下图所示，用的芯片是CD4068，CD4068是一个8输入与/与非门，与非门的引脚分别接CD4518芯片的对应的输出引脚，使其在59分51秒开始输出报时信号，根据要求将报时信号设计为第51、53、55、57、59秒时输出报时信号，向由555组成的多谐振荡器发送信号。下图是由555芯片和电阻、电容构成的多谐振荡器，在555输出端产生一个交变信号使得蜂鸣器发出声音。3.5综合电路电路调试及实物照片4.1电路调试课程设计的起点在于仿真，使用仿真软件做出来后，还要进行接线，这时候整个电路的成功与否，就在最后的调试了。在这次电路的调试过程中，遇到两个问题：1、电路模块之间或者接线之间的干扰，导致在计数时数码管上显示的数并不如预期的变化，比如有时候是每计数到11秒时，本该到12秒的时候，秒十位也跟着变化了，变成22秒，在调整小部分接线之后，这个问题也解决了，计数器正常工作。2、第二个问题也是最关键的问题，关系到校时电路这一部分能否做出来的问题，也就是上面提到的进位信号与校时信号相互干扰问题，由于CD4518的仿真库出错，所以在仿真软件上试验的话可能不准确，而且实际与理论是有差距的，因此只能在实验箱上进行调试。最后才想到CD4518有两个时钟输入端，之前的仿真不行是因为CD4518的仿真出错，于是将进位信号和校时信号接在不同的时钟输入端上，解决了互相干扰的问题，同时也可以正常校时。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。我设计的这个电路在校时时没有一个开关可以使秒的计数暂时停止，而且有的时候秒也是需要调节的，由于材料不足等原因，报时的“音乐”也显得有些单调。附录：元件清单元器件数量用途CD45183双10进制计数器CD400222四输入或非门CD40111与非门CD406818输入与/与非门CD40691非门5551构成多谐振荡器15K电阻2构成多谐振荡器1000uf瓷片电容1构成多谐振荡器