LED数字钟课程设计

1、LED电子数字钟摘要 该LED数字钟主要利用CD4060产生脉冲，使用计数器CD4040、CD4518进行计数，利用译码器CD4543驱动LED来显示时间。另外，该电子数字钟还具有时间校准的功能。关键词 脉冲、计数器、译码器、LED、时间目录1设计目的12总体设计方案13原理框图及原理图14元件简介34.1脉冲发生器34.2 12位二进制计数器34.3十进制同步加法计数器44.4译码器75. 主要部分的实现方案75.1秒脉冲电路75.2时间计数器电路86. 焊接步骤87. 总结9参考文献10附表1：元件清单11附表2：产品效果图121设计目的 数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置

2、，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。因此，我们此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的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法.2总体设计方案该数字钟的的性能指标如下：（1）由晶振电路产生1HZ标准秒信号；（2）分、秒为0059六十进制计数器；（3）时为0023二十四进制计数器；（4

3、）具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；3原理框图及原理图数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。数字电子钟的总体图如图（1）所示。由图（1）可见，数字电子钟由以下几部分组成：石英晶体振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器；校对电路；六十进制秒、分计数器、二十进制时计数器及七十进制日计数器；以及秒、分、时的译码显示部分等。所选的电子制作套件原理图如图（2）所示。显 示 器显 示 器显 示 器译码

4、器译码器器译码器24进制时计数器60进制分计数器60进制秒计数器晶体振荡器分频器图（1） 原理框图图（2）分立LED数字电子钟原理图4元件简介4.1脉冲发生器 CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。所有的计数器位均为主从触发器。在CP1(和CP0)的下降沿计数器以二进制进行计数。在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。CD4060的引脚图及其内部方框图如图（3）图（4）。图（3）CD4060引脚图图（4）CD4060内部方框图4.2 12位二进制计数器 CD4040 是12 位二进制

5、串行计数器。所有的计数器为主从触发器。计数器在时钟下降沿进行计数。CR 为高电平时，对计数器进行清零。由于在时钟输入端使用斯密特触发器，对脉冲上升和下降时间无限制，所有输入和输出均经过缓冲。CD4040引脚图及其内部方框图如图（5）图（6）。CP为时钟输入端CR 为清除端Q0Q11 为计数器脉冲输出端VDD 为正电源Vss 为地图（5）CD4040引脚图图（6）CD4040内部方框图4.3十进制同步加法计数器 CD4518（引脚图、引脚功能图、逻辑图、时序图如图（7）（8）（9）（10）是二、十进制（8421编码）同步加计数器，内含两个单元的加计数器，其功能表如真值表图（11）所示。每单个单元

6、有两个时钟输入端CLK和EN，可用时钟脉冲的上升沿或下降沿触发。由表可知，若用ENABLE信号下降沿触发，触发信号由EN端输入，CLK端置“0”；若用CLOCK信号上升沿触发，触发信号由CLOCK端输入，ENABLE端置“1”。RESET端是清零端，RESET端置“1”时，计数器各端输出端Q1Q4均为“0”，只有RESET端置“0”时，CD4518才开始计数。 CD4518采用并行进位方式，只要输入一个时钟脉冲，计数单元Q1翻转一次；当Q1为1，Q4为0时，每输入一个时钟脉冲，计数单元Q2翻转一次；当Q1=Q2=1时，每输入一个时钟脉冲Q3翻转一次；当Q1=Q2=Q3=1或Q1=Q4=1时，每

7、输入一个时钟脉冲Q4翻转一次。这样从初始状态（“0”态）开始计数，每输入10个时钟脉冲，计数单元便自动恢复到“0”态。若将第一个加计数器的输出端Q4A作为第二个加计数器的输入端ENB的时钟脉冲信号，便可组成两位8421编码计数器，依次下去可以进行多位串行计数。图（7）引脚图引脚 符号功能1 9CLOCK时钟输入端7 15RESET消除端2 10ENABLE计数允许控制端3 4 5 6Q1A-Q4A计数输出端11 12 13 14Q1B-Q4B计数输出端8Vss地16Vdd电源正图（8）引脚功能图图（9）逻辑图图（10）时序图CLOCKENABLERESETACTION上升沿10加数器0下降沿0

8、加数器下降沿X0不变X上升沿0不变上升沿00不变1下降沿0不变XX1Q1-Q4=0图（11）CD4518真值表4.4译码器 CD4543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：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。CD4543排列如图 （12）所示。其功能介绍如下： Vss:接地端。Vdd：电源正。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。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器

9、是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。 A、B、C、D: BCD码输入端a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端。 图（12）引脚图5. 主要部分的实现方案 5.1秒脉冲电路如图（3）为1Hz脉冲电路，电路类似的一款秒信号发生电路。IC1（CD4060）的32768 Hz的振荡源经14级分频后在输出端3脚（Q14）得到1/2S脉冲并冲入由IC2（CD4040）构成的二分频器，分频后在输出端IC2的9脚上得到秒基准脉冲。图（3）秒脉冲电路 5.2时间计数器电路（1）秒计数器 秒的个位计数单元为10进制计数器，当QDQCQBQA变成1010时，通过与非门把它的清零端变成0，

10、计数器的输出被置零，跳过1011到1111的状态，又从0000开始，如此重复。秒的十为计数单元为6进制，当QDQCQBQA变成0101时，通过与非门把它的清零端变成0，计数器的输出被置零，跳过0110到1111的状态，又从0000开始，如此就是60进制。同时秒十位上的0101时，要把进位信号传输给“分”个位的计数单元。 （2）分计数器 分的个位和十位计数单元的状态转换和秒的是一样的，只是它要把进位信号传输给时的个位计数单元。 （3）时计数器 当“时”十位的QDQCQBQA为0000或0001时，“时”的个位计数单元是十进制计数器，当他的QDQCQBQA到1010时，通过与非门使得个位74LS9

11、0上的清零端为0，则计数器的输出直接置零，从0000有开始。当十位的QDQCQBQA为0010时，通过与非门使得该74LS90的清零端为0，“时”的十位有重新从0000开始，此时的个位计数单元变成4进制，即当个位计数单元的QDQCQBQA为0100时，就要又从0000开始计数。这样就实现了“时”24进制的计数 6. 焊接步骤一先焊接在电路板较低的元件，如电阻、二极管、集成电路、跳线。二其次焊接在电路板上排布稍微高一些的元件，如LED、插针、电源座。三最后将电容、三极管等较高的元件焊上。7. 总结通过这次对数字钟的设计与制作，让我了解了数字钟的原理。本设计硬件电路中使用了脉冲发生器CD4060，计数器CD4040和CD4518，译码器CD4543。通过对硬件的了解，自己撑握了不少有用的知识。然后就是根据电路图，了解了各部分的功能。由于硬件电路是自己动手做的，因此也锻炼了自己的焊接技术。实现了时、分、秒的调整，在此过程中发现自己在数字电子的知识还有欠缺，所以决定要在下一步计划中加强对数字电子的学习。还有就是PCB板有需要改进的地方，板上很多跳线可以在画板的时候就可以画上，那样就减少了后期焊接过程中不必要的麻烦。参考文献1电子技术基础 数字部分 康华光 编 高等教育出版社2LED及其工程应用 杨清德 康娅 编 人民邮电出版社3电路及电子技术实验 葛汝明 编 山东大学出版社4电工