数字电子技术课程设计报告-数字时钟

1嘉应学院电子信息工程学院数字电子技术课程设计报告课题名称：简易数字时钟2011～2012学年第二学期专业电子信息工程班级101姓名夏青学号101100014指导教师龚昌来理论设计及设计报告部分成绩（占50分）制作部分成绩（占50分）总成绩2012年5月实习题目指导教师职称学生姓名学号日期实习题目指导教师职称学生姓名学号日期2摘要所谓数字钟，是指利用电子电路构成的计时器。相对机械钟而言，数字钟能达到准确计时，并显示小时、分、秒，同时能对该钟进行调整。在此基础上，还能够实现整点报时，定时报闹等功能。设计过程采用系统设计的方法，先分析任务，得到系统要求，然后进行总体设计，划分子系统，然后进行详细设计，决定各个功能子系统中的内部电路，最后进行测试。本文针对简易数字钟的设计要求，提出了两种整体设计方案，在比较两个方案的优缺点后，选择了其中较优的一个方案，进行由上而下层次化的设计，先定义和规定各个模块的结构，再对模块内部进行详细设计。详细设计的时候又根据可采用的芯片，分析各芯片是否适合本次设计，选择较合适的芯片进行设计，最后将设计好的模块组合调试，并最终在protues下仿真通过。关键字：数字时钟、CD4511、CD4518该电路要用到的元件：CD4518（2个）、译码器C4511（4个）、七段数码管（4个）、CD4011（2个）、电阻（1)两个、22M的电阻1个、电容（20pF）2个、CD4069(1个)、CD4013(1个)、CD4060(1个)、晶振1个。3目录一、设计任务.........................................................................................................41.1设计指标..........................................................................................................41.2设计要求..........................................................................................................4二、设计方案.........................................................................................................52.1方案系统框图..................................................................................................5三、芯片介绍.......................................................................................................63.1芯片CD4518....................................................................................................63.2芯片CD4511.....................................................................................................8四、原理各部分介绍............................................................................................124.1时钟‘秒’数码管显示................................................................................122.6时钟‘分’数码管显示................................................................................13五、总结...............................................................................................................13六、参考文献.......................................................................................................13七、附录：PCB原理图.......................................................................................15PCB板图.........................................................................................164一、设计任务1.1设计指标(1)显示格式为“-时-分-”共4位LED数码管，其中分的有两个LED数码管，秒的有两个LED数码管；(2)“时”和“分”各位数值可独立设置，数值范围从00-59循环变化；(3)器件：使用基本的数字逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路及LED数码管，具体型号及逻辑功能限定，以及常用芯片的使用；1.2设计要求(1)首先进行仿真电路设计与调试，查看仿真的效果。仿真时应注意：A仿真电路设计线路要清晰；B仿真电路方案要可行；C考虑到仿真电路线路多、容易混乱，因此布线时一定要有一定的层次性、规律性。不可以两条线交叉连接（2）根据仿真电路图在Altilumdesigner软件中画PCB原理图，然后根据所画的原理图及对应的元件封装把原理图转化成PCB板图，然后再对PCB板图进行手动布线，在布线的过程中两条线不可以交叉，布线要有一定的规范性。（3）PCB图弄好以后，接着进行PCB板的腐蚀和焊接，在焊接过程中要做到不虚焊，合理规范的使用电烙铁。（4）焊接完成以后，也就意味着进入了工程的最后一步，即是PCB板的调试，根据所画的原理图，检查PCB板是否可以正常工作。(5)根据你选择的题目做一份合适的实验报告论文5二、设计方案2.1方案系统框图图1方案系统框图本设计中选取CD4518作为计数器，采用C4511作为译码器，数码管作为显示工具、与非门实现所需要的逻辑关系。其中右边的两个数码管为“秒”显示，从00-59循环运动。左边的两个数码管为“分”显示，从00-59循环运动。左右两边合起来就构成60分钟为一计时周期的计数器。在此方案中，存在一些缺点，例如该电路不能准点报时，但是该电路具有校时(分)功能。CD4518计数【1】C4511译码【1】数码管（“分”十位显示）C4511译码【2】数码管（“分”个位显示）C4511译码【3】数码管（“秒”十位显示）CD4518计数【4】C4511译码【4】数码管（“秒”个位显示）与非门处理与非门处理计数脉冲6三：芯片介绍1、CD4518芯片介绍CD4518是一种同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制（8421编码）计数器。引脚图见图1.内部功能框图见图2.控制功能的真值表（又称功能表）见表1.功能表状态转换表CP(CLOCK)EN(ENABLE)R(RSERT)功能10加计数00加计数×0保持×0保持00保持10保持××1复位清零CP顺序Q4Q3Q2Q100000100012001030011401005010160110701118100091001100000引脚图内部功能图7从表1看出，CD4518有两个时钟输入端CP(CLOCK)和EN(ENABLE)，若用时钟上升沿触发，信号由CP输入，此时EN端应接高电平“1”，若用时钟下降沿触发，信号由EN端输入，此时CP端应接低电平“0”，不仅如此，清零（又称复位）端R(RSERT)也应保持低电平“0”，只有满足了这些条件时，电路才会处于计数状态，若不满足则芯片不工作(保持)。计数时，其电路的输入输出状态如表2所示。值得注意，因表2输出是二/十进制的BCD码，所以输入端的计数脉冲到第十个时，电路自动复位0000状态。另外，该CD4518无进位功能的引脚，但从表2看出，电路在第十个脉冲作用下，会自动复位，同时，Q4(第6脚或第{14}脚)将输出下降沿的脉冲，利用该脉冲和EN端功能，就可作为计数的电路进位脉冲和进位功能端供多位数显用。1.用CD4518构成60进制计数器(1)CD4518中A计数单元的Q4A端与B计数单元的ENB端相连接,先构成一个10×10=100进制计数器,A计数单元为个位计数器,B计数单元为十位计数器,其中A计数单元采用上升沿计数(ENA=0,计数脉冲从CPA送入),B计数单元采用下降沿计数(CPB=0,计数脉冲从ENB送入)。(2)采用复位法构造60进制计数器.Sn=60,十位为6,个位为0.十位Q4BQ3BQ2BQ1B=0110,个位Q4AQ3AQ2AQ1A=0000,则令R=Q3B·Q2B=((Q3B·Q2B)’)’以R为复位信号。当计数值达到60时,R=1,CD4518中A、B计数单元都复位,回到00状志。整个计数状态范围为:00-59.计数状态转换见表3.CP顺序十位个位计数脉冲Q1AQ2AQ3AQ4AQ4BQ3BQ2BQ1BRARBCPA&&CPBENBENA+VddCD451812345679101112131415RCP图3CD4518复位法构成60进制计数器VDD16VSS8进位82、译码器CD4511芯片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，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。用CD4511实现LED与接口方法如下图：Q4BQ3BQ2BQ1BQ4AQ3AQ2AQ1A000000000100000001200000010……90000100110000100001100010001……580101100059010110016000000000表360进制计数状态转换表9CD4511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，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。用CD4511实现LED与接口方法如下图：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。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测10数码管是否损坏。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。A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。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。1.CD4511的引脚CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。其引脚图如3-2所示。各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、V