数字电子钟的设计.docx
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数字电子钟的设计
电子技术课程设计
课题：
数字电子钟的设计
院系：
电气与电子工程学院
专业：
电气信息类
班级：
电气1201班
姓名：
****
学号：
12******28
第一章系统总体概述…………………………………………………………………………………3
1.1系统开发背景和意义………………………………………………………………………3
1.1.1系统开发的背景………………………………………………………………………3
1.1.2系统开发的意义………………………………………………………………………3
第二章设计任务与要求……………………………………………………………………………3
2.1设计任务………………………………………………………………………………………3
2.1.1课程设计的题目………………………………………………………………………3
2.1.2题目说明……………………………………………………………………………3
2.2设计要求……………………………………………………………………………………4
第三章总体方案设计………………………………………………………………………………4
3.1功能阐述……………………………………………………………………………………4
3.1.1计时…………………………………………………………………………………4
3.1.2校时…………………………………………………………………………………4
3.1.3整点提示……………………………………………………………………………4
3.2总体方案……………………………………………………………………………………4
3.2.1总体方案……………………………………………………………………………4
第四章实验原理及设计方案………………………………………………………………………5
4.1所需芯片及芯片引脚图……………………………………………………………………5
4.2设计方案……………………………………………………………………………………5
4.2.1信号源的产生………………………………………………………………………5
4.2.2时、分、秒显示电路模设计………………………………………………………6
4.2.3校时、校分电路的实现…………………………………………………………8
4.2.4报时电路的实现…………………………………………………………………9
4.2.5综合电路……………………………………………………………………………10
第五章实验的仿真实现与调试…………………………………………………………………11
5.1EWB概述…………………………………………………………………………………11
5.2EWB的使用………………………………………………………………………………11
5.3在EWB中绘制电路图……………………………………………………………………11
5.4调试电路……………………………………………………………………………………11
第六章实物照片…………………………………………………………………………………12
第七章设计中的问题……………………………………………………………………………12
第八章设计成品中的优点与不足…………………………………………………………………13
8.1优点…………………………………………………………………………………………13
8.2不足…………………………………………………………………………………………13
第九章结论与心得…………………………………………………………………………………13
附录元件清单………………………………………………………………………………………14
第一章系统总体概述
1.1系统开发背景和意义
1.1.1系统开发的背景
当今，数字电子技术发展成熟，已经应用于生产生活的方方面面，对国民经济的发展造成了深远的影响。
随着科技的进步和社会的发展，现代电子产品设计越来越注重产品的易使用型，人机界面一定要良好。
声音、图象等作为人类交往的最重要手段，也被体现在电子产品设计中。
采用一颗芯片，让产品准确的计算时间，可以起到强化宣传品牌、指导用户使用、故障紧急提示、娱乐等功能，使产品设计新颖实用、先声夺人、出奇制胜。
1.1.2系统开发的意义
本次课程设计的目的在于让学生进一步巩固和掌握数字逻辑课程的基础知识，学会数字电路的分析与设计方法，并能够综合运用所学知识分析并设计一个小规模的数字电路系统，最后进行调试直至系统开发完成。
通过课程设计的环节，将会使学生培养良好的分析设计方法，有助于培养严谨的思维态度和认真的设计流程，为后续的相关课程的学习打下良好的基础。
第二章设计任务与要求
2.1设计任务
2.1.1课程设计的题目
本次课程设计的题目为：
数字电子钟的设计
2.1.2题目说明
数字电子钟是一种用数字电子技术实现时、分、秒及时的装置。
通过数字钟的制作进一步了解各种中规模集成电路的作用和使用方法。
2.2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。
第三章总体方案设计
3.1功能阐述
3.1.1计时
要显示时、分、秒，就必须有六个七段数码显示管显示数字。
3.1.2校时
要实现“对时”，就必须有单独的对时电路，能够实现任何时间的预置。
3.1.2整点提示
要实现整点提示，就必须具有报时电路，能够实现整点报时。
3.2总体方案
3.2.1总体方案
电路中要有秒脉冲发生器，计数器，译码电路、显示电路、校时电路与报时电路。
第四章实验原理及设计方案
4.1所需芯片及芯片管脚图
CD4518CD4068
CD4002CD4011
CD4069555
4.2设计方案
4.2.1信号源的产生
用555定时器接成多谐振荡器，通过调节电阻和电容的参数，使得其输出信号的频率近似等于1Hz，如下图所示：
4.2.2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0110——0000，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0—9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。
4.2.3校时、校分电路的实现
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。
4.2.4报时电路的实现
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。
4.2.5综合电路
第五章实验的仿真实现与调试
5.1EWB概述
EWB是一种电子电路计算机仿真软件，它被称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室，英文全称为ElectronicsWorkbench。
它具有以下突出的特点：
（1）采用直观的图形界面创建电路：
在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；
（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。
（3）EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。
（4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。
（5）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。
5.2EWB的使用
启动EWB，利用常用工具栏和器件工具栏即可进行电路的设计，用右上角的开关按钮进行电路调试。
5.3在EWB中绘制电路图
根据实验原理和设计方案，在EWB中进行绘图和布线操作，操作时要仔细，不要将线条弄的太乱，以免影响电路的观察与调试。
5.4调试电路
点击程序右上角的开关按钮运行电路，根据所出现的问题和异常进行排错，知道符合预期结果为止。
第六章实物照片
第七章设计中的问题
（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）.进位信号与校时信号相互干扰，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。
第八章设计成品的优点与不足
8.1优点
完成了课程设计的基本要求
8.2不足
（1）.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。
（2）.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。
（3）.报时的“音乐”也显得有些单调。
第九章结论与心得
通过这次数字电子钟的课程设计，我们才把学到的东西与实践相结合。
从中对我们学的知识有了更进一步的理解，而且更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。
也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。
虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。
设计本身并不是有很重要的意义，而是同学们对待问题时的态度和处理事情的能力。
附录：
元件清单
元器件
数量
用途
CD4518
3
双10进制计数器
CD4002
2
2四输入或非门
CD4011
1
与非门
CD4068
1
8输入与/与非门
CD4069
1
非门
555
1
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
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