led數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　LED電子數(shù)字鐘</b></p><p>　　摘要 該LED數(shù)字鐘主要利用CD4060產(chǎn)生脈沖，使用計(jì)數(shù)器CD4040、CD4518進(jìn)行計(jì)數(shù)，利用譯碼器CD4543驅(qū)動(dòng)LED來顯示時(shí)間。另外，該電子數(shù)字鐘還具有時(shí)間校準(zhǔn)的功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞 脈沖、計(jì)數(shù)器、譯碼器、LED、時(shí)間</p><p><

2、;b>　　目錄</b></p><p><b>　　1．設(shè)計(jì)目的1</b></p><p>　　2．總體設(shè)計(jì)方案1</p><p>　　3．原理框圖及原理圖1</p><p><b>　　4．元件簡介3</b></p><p>　　4.1脈沖發(fā)生器

3、3</p><p>　　4.2 12位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器3</p><p>　　4.3十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器4</p><p><b>　　4.4譯碼器7</b></p><p>　　5. 主要部分的實(shí)現(xiàn)方案7</p><p>　　5.1秒脈沖電路7</p><p>　　

4、5.2時(shí)間計(jì)數(shù)器電路8</p><p><b>　　6. 焊接步驟8</b></p><p><b>　　7. 總結(jié)9</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)10</b></p><p>　　附表1：元件清單11</p><p>　　附表

5、2：產(chǎn)品效果圖12</p><p><b>　　1．設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。</p><p>　　數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。<

6、/p><p>　　因此，我們此次設(shè)計(jì)與制作數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘.而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法.且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)敘電路.通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法.</p><p><b>　　2．總體設(shè)計(jì)方案</b></p><

7、p>　　該數(shù)字鐘的的性能指標(biāo)如下：</p><p>　?。?）由晶振電路產(chǎn)生1HZ標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)；</p><p>　　（2）分、秒為00~59六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器；</p><p>　?。?）時(shí)為00~23二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器；</p><p>　?。?）具有校時(shí)功能，可以分別對時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；</p><

8、;p>　　3．原理框圖及原理圖</p><p>　　數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。數(shù)字電子鐘的總體圖如圖（1）所示。由圖（1）可見，數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成：石英晶體振蕩器和分頻器組成的秒脈沖發(fā)生器；校對電路；六十進(jìn)

9、制秒、分計(jì)數(shù)器、二十進(jìn)制時(shí)計(jì)數(shù)器及七十進(jìn)制日計(jì)數(shù)器；以及秒、分、時(shí)的譯碼顯示部分等。所選的電子制作套件原理圖如圖（2）所示。</p><p><b>　　圖（1） 原理框圖</b></p><p>　　圖（2）分立LED數(shù)字電子鐘原理圖</p><p><b>　　4．元件簡介</b></p><p&g

10、t;<b>　　4.1脈沖發(fā)生器</b></p><p>　　CD4060由一振蕩器和14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器位組成，振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是RC或晶振電路，CR為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器使用無效。所有的計(jì)數(shù)器位均為主從觸發(fā)器。在CP1(和CP0)的下降沿計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù)。在時(shí)鐘脈沖線上使用斯密特觸發(fā)器對時(shí)鐘上升和下降時(shí)間無限制。CD4060的引腳圖及其內(nèi)部方框圖如圖（3）圖（4）。<

11、;/p><p>　　圖（3）CD4060引腳圖</p><p>　　圖（4）CD4060內(nèi)部方框圖</p><p>　　4.2 12位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　CD4040 是12 位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器。所有的計(jì)數(shù)器為主從觸發(fā)器。計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)。CR 為高電平時(shí)，對計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零。由于在時(shí)鐘輸入端使用斯密特觸發(fā)器，對脈沖上升和下

12、降時(shí)間無限制，所有輸入和輸出均經(jīng)過緩沖。CD4040引腳圖及其內(nèi)部方框圖如圖（5）圖（6）。</p><p>　　CP為時(shí)鐘輸入端CR 為清除端Q0～Q11 為計(jì)數(shù)器脈沖輸出端VDD 為正電源Vss 為地</p><p>　　圖（5）CD4040引腳圖</p><p>　　圖（6）CD4040內(nèi)部方框圖</p><p>　　4.3十進(jìn)

13、制同步加法計(jì)數(shù)器</p><p>　　CD4518（引腳圖、引腳功能圖、邏輯圖、時(shí)序圖如圖（7）（8）（9）（10））是二、十進(jìn)制（8421編碼）同步加計(jì)數(shù)器，內(nèi)含兩個(gè)單元的加計(jì)數(shù)器，其功能表如真值表圖（11）所示。每單個(gè)單元有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端CLK和EN，可用時(shí)鐘脈沖的上升沿或下降沿觸發(fā)。由表可知，若用ENABLE信號(hào)下降沿觸發(fā)，觸發(fā)信號(hào)由EN端輸入，CLK端置“0”；若用CLOCK信號(hào)上升沿觸發(fā)，觸發(fā)信號(hào)由CL

14、OCK端輸入，ENABLE端置“1”。RESET端是清零端，RESET端置“1”時(shí)，計(jì)數(shù)器各端輸出端Q1～Q4均為“0”，只有RESET端置“0”時(shí)，CD4518才開始計(jì)數(shù)。</p><p>　　CD4518采用并行進(jìn)位方式，只要輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)單元Q1翻轉(zhuǎn)一次；當(dāng)Q1為1，Q4為0時(shí)，每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)單元Q2翻轉(zhuǎn)一次；當(dāng)Q1=Q2=1時(shí)，每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖Q3翻轉(zhuǎn)一次；當(dāng)Q1=Q2=Q3=1或Q1

15、=Q4=1時(shí)，每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖Q4翻轉(zhuǎn)一次。這樣從初始狀態(tài)（“0”態(tài)）開始計(jì)數(shù)，每輸入10個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)單元便自動(dòng)恢復(fù)到“0”態(tài)。若將第一個(gè)加計(jì)數(shù)器的輸出端Q4A作為第二個(gè)加計(jì)數(shù)器的輸入端ENB的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，便可組成兩位8421編碼計(jì)數(shù)器，依次下去可以進(jìn)行多位串行計(jì)數(shù)。</p><p><b>　　圖（7）引腳圖</b></p><p><b>　　圖

16、（8）引腳功能圖</b></p><p><b>　　圖（9）邏輯圖</b></p><p><b>　　圖（10）時(shí)序圖</b></p><p>　　圖（11）CD4518真值表</p><p><b>　　4.4譯碼器</b></p><p&

17、gt;　　CD4543是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼—七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。CD4543排列如圖 （12）所示。</p><p><b>　　其功能介紹如下： </b></p><p><b>　　Vss:接地端。</

18、b></p><p><b>　　Vdd：電源正。</b></p><p>　　BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。 LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。 A、B、C、D: BCD碼

19、輸入端</p><p>　　a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端。 </p><p><b>　　圖（12）引腳圖</b></p><p>　　5. 主要部分的實(shí)現(xiàn)方案</p><p><b>　　5.1秒脈沖電路</b></p><p>　　如圖（3）為1Hz脈沖電路，

20、電路類似的一款秒信號(hào)發(fā)生電路。IC1（CD4060）的32768 Hz的振蕩源經(jīng)14級(jí)分頻后在輸出端3腳（Q14）得到1/2S脈沖并沖入由IC2（CD4040）構(gòu)成的二分頻器，分頻后在輸出端IC2的9腳上得到秒基準(zhǔn)脈沖。</p><p><b>　　圖（3）秒脈沖電路</b></p><p>　　5.2時(shí)間計(jì)數(shù)器電路</p><p><b

21、>　?。?）秒計(jì)數(shù)器 </b></p><p>　　秒的個(gè)位計(jì)數(shù)單元為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)QDQCQBQA變成1010時(shí)，通過與非門把它的清零端變成0，計(jì)數(shù)器的輸出被置零，跳過1011到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此重復(fù)。秒的十為計(jì)數(shù)單元為6進(jìn)制，當(dāng)QDQCQBQA變成0101時(shí)，通過與非門把它的清零端變成0，計(jì)數(shù)器的輸出被置零，跳過0110到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此就是60

22、進(jìn)制。同時(shí)秒十位上的0101時(shí)，要把進(jìn)位信號(hào)傳輸給“分”個(gè)位的計(jì)數(shù)單元。 </p><p><b>　　（2）分計(jì)數(shù)器 </b></p><p>　　分的個(gè)位和十位計(jì)數(shù)單元的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和秒的是一樣的，只是它要把進(jìn)位信號(hào)傳輸給時(shí)的個(gè)位計(jì)數(shù)單元。 </p><p><b>　?。?）時(shí)計(jì)數(shù)器 </b></p>&l

23、t;p>　　當(dāng)“時(shí)”十位的QDQCQBQA為0000或0001時(shí)，“時(shí)”的個(gè)位計(jì)數(shù)單元是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)他的QDQCQBQA到1010時(shí)，通過與非門使得個(gè)位74LS90上的清零端為0，則計(jì)數(shù)器的輸出直接置零，從0000有開始。當(dāng)十位的QDQCQBQA為0010時(shí)，通過與非門使得該74LS90的清零端為0，“時(shí)”的十位有重新從0000開始，此時(shí)的個(gè)位計(jì)數(shù)單元變成4進(jìn)制，即當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的QDQCQBQA為0100時(shí)，就要又從0000

24、開始計(jì)數(shù)。這樣就實(shí)現(xiàn)了“時(shí)”24進(jìn)制的計(jì)數(shù) </p><p><b>　　6. 焊接步驟</b></p><p>　　一．先焊接在電路板較低的元件，如電阻、二極管、集成電路、跳線。</p><p>　　二．其次焊接在電路板上排布稍微高一些的元件，如LED、插針、電源座。</p><p>　　三．最后將電

25、容、三極管等較高的元件焊上。</p><p><b>　　7. 總結(jié)</b></p><p>　　通過這次對數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了數(shù)字鐘的原理。本設(shè)計(jì)硬件電路中使用了脈沖發(fā)生器CD4060，計(jì)數(shù)器CD4040和CD4518，譯碼器CD4543。通過對硬件的了解，自己撐握了不少有用的知識(shí)。然后就是根據(jù)電路圖，了解了各部分的功能。由于硬件電路是自己動(dòng)手做的，因此也

26、鍛煉了自己的焊接技術(shù)。實(shí)現(xiàn)了時(shí)、分、秒的調(diào)整，在此過程中發(fā)現(xiàn)自己在數(shù)字電子的知識(shí)還有欠缺，所以決定要在下一步計(jì)劃中加強(qiáng)對數(shù)字電子的學(xué)習(xí)。還有就是PCB板有需要改進(jìn)的地方，板上很多跳線可以在畫板的時(shí)候就可以畫上，那樣就減少了后期焊接過程中不必要的麻煩。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]《電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分》 康華光 編 高等

27、教育出版社</p><p>　　[2]《LED及其工程應(yīng)用》 楊清德 康婭 編 人民郵電出版社</p><p>　　[3]《電路及電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》 葛汝明 編 山東大學(xué)出版社</p><p>　　[4]《電工電子技術(shù)實(shí)踐教材》殷瑞祥 編 高等教育出版社</p><p><b>　　附表1：元件清單</b><

28、/p><p><b>　　1．ＰＣＢ板1塊 </b></p><p><b>　　2．鑷子1把 </b></p><p><b>　　3．剪刀1把 </b></p><p>　　4．紅色ＬＥＤ１３０個(gè) </p><p><b>　　5．硬導(dǎo)線若干

29、</b></p><p>　　7．CD4060集成塊1塊 </p><p>　　8．CD4040集成塊1塊 </p><p>　　9．CD4518 集成塊3塊 </p><p>　　10．CD4543集成塊3塊 </p><p>　　15．32.768k時(shí)鐘晶體1個(gè) </p><p>

30、;　　16．16V 100uF電解電容2個(gè)</p><p>　　17．4007二極管4個(gè)</p><p>　　17．4148二極管6個(gè)</p><p>　　17．104電容7個(gè)</p><p><b>　　18．電阻</b></p><p><b>　　附表2：產(chǎn)品效果圖</b&g