六位显示数字中系统设计.docx

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六位显示数字中系统设计

课程设计说明书

题目：

六位显示数字中系统设计

成绩：

时间：

2013年5月30日至2013年6月1日

摘要

数字钟是现代计时器，也可用作时间控制的时钟源。

数字钟具有走时准，显示直观，款式新颖，附加功能多等优点深受大家喜欢。

设计一个可以走时的数字钟。

由于数字集成电路的发展和广泛应用，使得数字钟的精度远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大方便，而且大大扩展了钟表原来的功能。

如自动报时，定时广播等，所有这些都是以钟表数字化为基础的。

因此研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的积极意义。

数字钟是一种用数字电路实现时，分，秒的计时装置，与机械式时钟更具有准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到广泛使用。

数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包含了组合逻辑电路。

因此，我们这次设计与制作数字钟，就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。

而且通过数字钟的制作进一步了解各种在制作中用到的中小规模的集成电路的作用及其使用方法。

且由于数字钟包括组合逻辑电路，通过它进一步学习与掌握组合逻辑电路的原理和使用方法，学会运用仿真软件proteus等。

用CC4518双四位BCD同步加计数设计60进制，24进制计数器以实现60秒，60分，24小时归零的计数电路。

CD4518为双位计数器，所以每个计数器分为十位和个位两部分，当秒计数到60是向分计数器进位同时秒计数器清零，分计数器向时计数器进位工作原理同分计数器，当时计数器计数到24时归零。

利用CD4511七段译码驱动及共阴极数码管使电路得以显示。

关键词：

CD4518CD4511数字钟proteus

Abstract

Digitalclockisthetimercontrol,canalsobeusedasatimeclocksource.Digitalclockhasleft,intuitivedisplay,novelstyle,additionalfeaturesmanyadvantagesbyeveryonelikes.Thedesignofadigitalclockcango.Duetothedevelopmentofdigitalintegratedcircuitsandwidelyused,makingdigitalclockaccuracyfarmorethantheoldclock,digitalclockstotheproductionandlifeofthepeoplehasbroughtgreatconvenience,butalsogreatlyexpandedtheclockandwatchtheoriginalfunction.Suchasautomatictiming,timingbroadcast,allofthesearebasedondigitalwatches.Thereforetheresearchofdigitalclockandexpandsitsapplication,hasapositivemeaningveryrealistic.

Digitalclockisadigitalcircuitimplementation,points,atimingdeviceofseconds,andthemechanicalclockhasmoreaccuracyandintuitive,andnomechanicaldevices,hasalongerservicelife,soithasbeenwidelyused.Digitalclockfromtheprincipleofspeakingisatypicaldigitalcircuit,whichincludesthecombinationallogiccircuit.Therefore,wedesignandmanufactureofdigitalclock,istounderstandtheprincipleofthedigitalclock,inordertolearntoproduceadigitalclock.Andthroughtheproductionofdigitalclockintegratedcircuitfurtherunderstandingtheroleofsmallandmedium-sizedvarietyusedintheproductionofandusemethodthereof.Andbecausethedigitalclockcomprisesacombinationallogiccircuit,throughwhichfurtherstudyandmastertheprincipleofcombinationallogiccircuitandmethodofuse,learntousesimulationsoftwareproteus.UsingtheCC4518dualfourbitBCDsynchronizationandcountingdesign60hexadecimal,24hexadecimalcounterfor60seconds,60minutes,24hourzerocircuit.CD4518isdoublecounters,andeachcounterisdividedintotenandabitparttwo,whensecondscountto60istocarrthesecondscounterresetcounter,counterpointstocarrytheworkprincipleofthecounterwithcounter,whenthecountercountsto24zero.UsingtheCD4511sevensegmentdecoderdriverandcommoncathodeledthecircuittodisplay.

Keywords:

CD4518CD4511digitalclockproteus

目录

第一章绪论1

1.1数字电子技术课程设计概要1

1.2设计任务与要求2

第三章设计简介及设计方案论述9

3.1基本设计思路9

3.2设计方案论述10

第四章详细设计11

4.1秒脉冲的产生11

4.2时钟显示电路设计11

第五章软件仿真及硬件调试13

5.1硬件调试

（1）13

5.2硬件调试

（2）15

结语16

致谢16

参考文献17

附录：

17

第一章绪论

1.1数字电子技术课程设计概要

1.1.1数字电子课程设计的目的与意义

数字电子技术是一门实践性很强的课程，加强工程训练，特别是技能的培养，对于培养工程人员的素质和能力具有十分重要的作用。

在电子信息类本科教学中，课程设计是一个重要的实践环节，它包括选择课题、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。

通过课程设计要实现以下两个目标：

一、学生初步掌握电子线路的设计、组装及调试方法。

即学生根据设计要求，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能要求；二、课程设计为后续的毕业设计打好基础。

毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际方面，运用已学过的分析和设计电路的理论知识，逐步掌握工程设计的步骤和方法，同时，课程设计报告的书写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。

1.1.2数字电子技术课程设计的方法和步骤

电子电路设计方法

在设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，

然后对方案中的各部分进行单元电路的设计、参数计算和器件选择，最后将各部分连接在

一起，画出一个符合设计要求的系统电路图。

一、明确系统的设计任务要求

对系统的设计任务进行具体分析，充分了解系统的性能、指标、内容及要求，以便明

确系统应完成的任务。

二、方案选择

把系统要完成的任务分解为若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原

理框图。

方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务、要求和条件，

完成系统的功能设计。

在此过程中要敢于探索，勇于创新，争取方案的设计合理、可靠、

经济、功能齐全、技术先进。

并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析，最后设计出

一个完整框图。

三、单元电路的设计、参数计算和器件选择

根据系统的指标和功能框图，明确各部分任务，进行各单元电路设计、参数计算和器

件选择。

１．单元电路的设计

单元电路是整机的一部分，只有把单元电路设计好才能提高整机设计水平。

每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详细拟订出单元电路的性能指标，

与前后级之间的联系，分析电路的组成形式。

具体设计时，可以模仿成熟的先进的电路，

也可以创新或改进，但都必须保证性能要求。

而且，不仅单元电路本身要求设计合理，各

单元电路间也要互相配合，注意各部分的输入、输出信号和控制信号的关系。

２．器件选择

（1）电阻元件的选择注意功耗、阻值是否满足要求。

（2）集成电路的选择根据电路功能、性能指标选择集成电路。

注意集成电路的功耗、电源电压、工作速度是否满足设计要求。

（3）选择集成块原件时要注意检查引脚是否损坏’原件是否能够正常工作。

通过查阅有关设计手册，进行元器件的选择。

四、电路图的绘制

电路图通常是在系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择的基础上绘制的，它

是电路组装、调试和维修的依据。

绘制电路图时，注意以下几点：

（1）元器件布局合理、排列均匀、图面清晰、便于阅读。

（2）注意信号流向。

一般从输入端或信号源开始，由左至右或上至下按信号的流向

依次画出各单元电路，而反馈通路的信号流向则与此相反。

（3）图形符号标准，适当标注。

（4）连线应为直线，尽量少交叉和折弯。

1.2设计任务与要求

1.2.1数字钟的设计目的

1.掌握数字电子钟的设计方法；

2.掌握常用数字集成电路的功能和使用。

1.2.2数字钟的设计要求

1.时钟显示功能，能够十进制显示“时”、“分”、“秒”;

2具有快速校准时间的功能。

3Protenus软件

3.1Proteus概述

ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。

它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：

①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。

具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

②支持主流单片机系统的仿真。

目前支持的单片机类型有：

68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。

③提供软件调试功能。

在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51uVision2等软件。

④具有强大的原理图绘制功能。

总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。

3.1.1功能特点

Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：

multisim）的功能。

这些功能是：

　　1．原理布图

　　2．PCB自动或人工布线

　　3．SPICE电路仿真

　　革命性的特点

　　1．互动的电路仿真

　　用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

　　2．仿真处理器及其外围电路

　　可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。

还可以直接在基于原理图的虚拟原型

上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。

配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境.

3.1.2智能原理图设计　　

丰富的器件库：

超过27000种元器件，可方便地创建新元件；

　　智能的器件搜索：

通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；

　　智能化的连线功能：

自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；

　　支持总线结构：

使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；

　　可输出高质量图纸：

通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。

完善的电路仿真功能　　ProSPICE混合仿真：

基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真；

　　超过27000个仿真器件：

可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；

　　多样的激励源：

包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入；

　　丰富的虚拟仪器：

13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等；

　　生动的仿真显示：

用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；

　　高级图形仿真功能（ASF）：

基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析；

单片机协同仿真功能　　支持主流的CPU类型：

如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器；

　　支持通用外设模型：

如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信；

　　实时仿真：

支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真；

　　编译及调试：

支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试；

实用的PCB设计平台　　原理图到PCB的快速通道：

原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计；

　　先进的自动布局/布线功能：

支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理；

　　完整的PCB设计功能：

最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边），灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3D可视化预览；

多种输出格式的支持：

可以输出多种格式文件，包括Gerber文件的导入或导出，便利与其它PCB设计工具的互转（如protel）和PCB板的设计和加工。

3.2proteusISIS的原理图设计与仿真

3.2.1protues7prfessional界面介绍

3.2.2数字钟仿真流程

1）添加元器件到列表中：

要用到的原件有：

CD4511CD451874LS087SEG-BCD“地”CLOCK。

单击“p”按钮，出现挑选元件的对话框

在对话框的keywords中逐个输入要选取的器件，列如CD4518得到如下结果：

单击OK，关闭对话框这时元件列表中列出4518，最终结果：

2）放置元器件：

在元件列表中左键选取CD4518，在原理图编辑窗口中单击右键，CD4518就被放置到编辑窗口中，同样放置其它原器件。

如下图所示：

添加“地”：

左键选择工具栏中的

图标，出现：

左键选择GROUND，并在院里编辑窗口中左击，出现

图标。

3）连线

编辑窗口如图所示：

4）仿真

单击

开始仿真

第三章设计简介及设计方案论述

3.1基本设计思路

小时电路图

分秒电路图

图2-1数字电子钟原理框图

数字电子钟原理如图2-1所示。

一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等七部分组成。

石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器译码，并通过显示器显示时间。

3.2设计方案论述

石英晶体振荡器和分频器产生稳定的校时信号（2Hz）和“秒”计时信号（1Hz）。

对“秒”计时信号进行60进制计数，形成“分”计时信号和秒计数值；再对“分”计时信号进行60进制计数，形成“时”计时信号和分计数值；进一步对“时”计时信号进行24进制计数得到时计数值。

秒计数值、分计数值和时计数值译码显示时间。

第四章详细设计

4.1秒脉冲的产生

脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，我们选用书店实验室的脉冲作为脉冲输出，这有很多红啊出，1：

脉冲的输入稳定。

2：

脉冲可以根据频率不同随时调节不同的频率。

3：

脉冲有多种选择方式。

4.2时钟显示电路设计

4.2.1秒计数、译码及显示部分的设计

4-2秒计数译码电路

秒计数器为M=60的计数器，即显示00～59，采用中规模集成电路双十进制计数器至少需要2片，因为10

它的个位为十进制，十位为六进制。

本电路采用两片74LS4511实现。

当个位计数至1010时，通过74LS08二输入与非门连至清零端达到清零，当达到0000时，产生上升脉冲送给十位。

十位计数至0110时清零。

4.2.2分计数、译码及显示部分的设计

图4-3分计数译码电路

分计数器同秒计数器一样为M=60的计数器，即显示00～59，采用中规模集成电路双十进制计数器至少需要2片，因为10

它的个位为十进制，十位为六进制。

本电路采用两片74LS4511实现。

当秒计数器十位计数至0110时清零，达到0000时产生上升沿脉冲送入分计数器的个位开始计数。

当个位计数至1010时清零产生上升脉冲送给十位。

十位计数至0110时继续清零。

4.2.3时计数、译码及显示部分的设计

图4-4时计数译码电路时为二十四进制计数器，显示为00～23，个位仍为十进制，而十位为三进制，但当十进位计到2，而个位计到4时清零，就为二十四进制了。

时计数进位类似于分和秒。

译码器都使用HD74LS4518

链至74LS08的另一输入端即可，这样即可实现变时功能。

第五章软件仿真及硬件调试

5.1硬件调试

（1）

分秒电路硬件

小时硬件电路图

5.2硬件调试

（2）

时分秒调

组合调试图

结论：

本次实验基本达到了老师的要求，实现了数字钟的时钟显示功能。

结语

在数字钟的开发过程中，受到的阻力很大。

刚开始是整体的模块划分问题，因为在设计的时候，没有考虑周全系统的可扩展行，导致开始开发时发现很多地方需要重构。

但经过和组员讨论后，采用了大家的建议，分清楚各个模块，考虑清楚系统的扩展性，这才使得后面的工作可以顺利进行。

接着遇到的问题是代码的统一性问题，比如代码规范，枚举类型的统一等。

功夫不负有心人，经过大家的努力，再加上大家的热情，最后还是解决了这个问题。

最后是整合的问题，因为每个人负责的模块和别的模块联系较小，大家只顾着开发自己的模块，所以在整合的时候，其他模块要进行的一些配置等问题都出来了，但是组员们都非常的耐心，各自帮助别人进行配置。

虽然我们组有三人之多，但从开始开发到结束，大家都和睦地走过来了，而且互相学习的氛围使得大家的能力都得到了很大的提升。

在内核的开发过程中，让我明白了要懂得询问，懂得交流，懂得查阅。

身边每个人，每样事物都可以给你启发。

比如，在我不解怎么测量内存时，询问了广州大学的一位同学，他建议我去看核心编程，而且还给我讲解核心编程的各个章节，这给我后面的开发起到了很大的推动作用。

又比如，经常上XX、Google，你会搜索到很多很有用的知识。

当然，学校的资源更是丰富。

总之，要注意的事情很多，要学的东西也很多，只有耐心走下去，最终还是可以走到终点。

致谢

在设计过程中遇到了很多困难。

在此特别感谢司慧玲老师的指导。

从选定课题到完成项目和论文，郑老师一直关心项目设计和论文写作进度，细心地指出设计的不合理之处和待改善之处，提出最优设计方案建议，并且认真地给我修改论文。

司慧玲老师诲人不倦的工作作风，一丝不苟的工作态度，严肃认真的治学风格给我留下深刻的影响，值得我永远学习。

在此，谨向导师郑琦老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！

我还要向组员致谢，感谢各位对我的指导和鼓励，如果不是我们的团结合作，我们同样不可能做出这样的成绩。

在这次设计中我深深的知道团队精神是多么重要，令合作项目得以顺利进行。

在设计期间，感谢学院领导和老师提供的帮助，我从他们身上学到了很多专业知识与为人处事的道理，树立了正确的人生价值观，培养了科学严谨的治学态度。

感谢同学对我的关心和照顾，班集体、年级集体、学院集体、学校集体都给了我自豪感和归属感。

最后，谨向本论文所参阅的所有文献资料的编著者表示谢意，您们的工作为本项目奠定了基础。

参考文献

【1】《电子技术基础》课程设计指导书，山东工商学院，2006年

【2】《数字电路与逻辑设计实验及应用》，毛期俭主编，人民邮电出版社

2005年

【3】《电子技术基础》数字部分，康华光主编，高等教育出版社，2005

年

【4】XX网站

【5】维库电子市场网www.dzsc.

附录：

其功能介绍如下：

    BI：

4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。

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