《数字电子技术》课程设计--电子时钟

《数字电子技术》

题 目：指导老师：组 员：课程设计 计算机)

数字电子钟逻辑电路设计

2014年6月

(2012

一、课题介绍

数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时、日的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确，显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用。小到人们日常生活中的电子手表，大到车站、码头、机场等公共场所的大型数显电子钟。

下图为数字电子钟的电路组成方框图：

显示器显示器显示器显示器译码器译码器译码器译码器7进制周计数器24进制时计数器60进制分计数器60进制秒计数器日校时校分校秒校单次或连续脉冲晶体振荡器分频器1Hz

图1.1 数字电子钟框图

二、设计任务及其具体要求

用中、小规模集成电路设计一台能显示分、秒的数字电子钟，要求如下： 1.由晶振和分频电路产生1Hz标准秒信号。 2.秒、分为00～59六十进制计数器。

3.整点报时。整点报时电路要求在每个整分点亮信号灯。

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三、总体设计方案方框图及各部分电路设计

3.1总体设计方案方框图

下图为我们设计的总体方案方框图：

显示器显示器译码器译码器整点报时60进制分计数器60进制秒计数器连续2Hz脉冲分频器1Hz

图3.1 总体设计方框图

3.2二分频电路

采用74LS74 双D触发器。

利用双D触发器将2Hz信号分频成1Hz信号，把Q 与D相连。

DSETQ1HzCLRQ 图3.2 二分频电路设计

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3.3计数器设计

3.3.1 秒60进制计数

秒计数器由秒个位计数器JSl和秒十位计数器JS2组成。JSl组成十进制计数，JS2组成六进制计数。十进制计数用反馈归零法设计，用CD4510(四位十进制计数器)来设计。六进制计数的反馈方法是当CP输入第六个脉冲时， 输出状态“QDQCQBQA?0110”，用与门将

QCQB取出，送到计数器CR清零端，使计数器归零，从而实现六进制计数。

如下图所示，采用CD4510设计的秒60进制计数器：

QDCoRCKQCQBCD4510JS2QACiU/DQDCoRCKQCQBCD4510JS1QACiU/D连续脉冲

图3.3 秒60进制计数器设计图

3.3.2 分60进制计数

分计数器由分个位计数器JS3和分十位计数器JS4组成。分60进制计数器总体设计思路与秒60进制计数器相同，只是脉冲输入端不同。

具体设计如下图所示：

QDCoRCKQCQBCD4510JS4QACiU/DQDCoRCKQCQBCD4510JS3QACiU/DJS2清零端

图3.4 分60进制计数器设计图

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CD4510采用的是BCD码，采用四个输入，四个输出连到数码管。

表3.1 CD4510状态表

CIN 1 0 0 × × U/D × 1 0 × × PE 0 0 0 1 × 表3.2 CD4510真值表 输入 D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 输出 显示 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 R 0 0 0 0 1 状态 停止 加法计数 减法计数 预置数 清零 3.4译码器

译码是把给定的代码进行翻译，变成相应的状态。用来驱动LED七段码的译码器，我们使用的是CD4511，它是四位线七段码（带驱动）的中规模集成电路。CD4511管脚图查有关资料。下图所示为一位BCD码显示电路。

YaYbYcYdYeYfYgCD4511A3A2A1A0

图3.5 一位BCD码显示电路

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通过查找资料获得CD4511的真值表如下所示：

表3.3 CD4511真值表

输入 ST × × 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 BI × 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 LT A3 A2 Al A0 Ya 0 × × × × 1 1 × × × × 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 × 1 × 1 1 × × 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 Yb 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 Yc 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 输出 Yd 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 Ye 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 Yf 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 Yg 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 Display B 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 × × × × 保持ST=0时的状态

3.5整点报时

此电路我们采用了CD4011、CD4012以及CD4001来进行设计。首先将JS1中的输出端QC和JS2中的输出端QCQA利用CD4012进行与非输出；再将JS3中的输出端QCQA和JS4中的输出端QCQA利用CD4012进行与非输出；最后将前两步中的输出利用CD4011和CD4001进行与输出，将输出端接到信号灯上，即完成了在59分55秒开始报时到1时0分0秒结束报时的功能。具体电路图见图4.1。

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共阴共阴共阴共阴abcdefgabcdefgabcdefgabcdefgCD4511CD4511A0A3CD4511A3CD4511A0A3A3A2A1A0A2A1A2A1A2A1A0数字电子钟整体参考电路如图4.1所示。

QDCoQCQBQDQCQBCoQDQCQBQDCoRCKQCQBCoCD4510CD4510U/DQACiQACiCD4510U/DQACiCD4510JS1QACiU/D四、整机电路图

图4.1 整体电路参考图

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RCK12345RCKU/DJS4连续脉冲DCD4012SETQ1Hz信号灯131211109连续脉冲CLRQ

五、器件清单

功能 10进制可逆计数器 4---2输入与非门 4---2输入或非门 2---4输入与非门 双D触发器 译码器 显示器 芯片名称 CD4510 * 4 CD4011 * 2 CD4001 * 1 CD4012 * 1 74LS74 * 1 CD4511 * 4 一位BCD码显示电路 * 4

六、调试结果记录

1.调试二分频电路：把二分频电路的输出连到信号灯上，在把2Hz连到信号灯上，看二分频电路的输出灯跳的速度是不是2Hz的一半。

2.调试分秒计数跟整点报时：把脉冲调到8HZ，看秒到60会不会清零并且向分进1，如果可以，把脉冲调到128HZ，看分到60会不会清零，并且在59分55秒灯开始亮报时。

七、总结与体会

在这次的实验中，我们通过设计电子时钟实现了从理论到实践的过程，一开始我们遇到了许多的阻碍，比如说，双D触发器的失灵跟试验箱的接触不灵，让我们浪费了许多的时间，还好我们跟老师及时的沟通，给我们换了一个实验箱以及新的双D触发器，最终才解决了问题。

这次的设计让我们懂的团结合作的重要性，有时有些小的细节处理的不好，一个人的想法有所欠缺，导致出不来想要的结果，这时同伴就可以解决这些，大家把自己的想法都说出来，在一一验证可行性，相辅相成，最后选择可用的方法再将其组合，从而使试验越来越完美，越来越成功。

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