摘要
数字电子钟是一种用数字显示秒﹑分﹑时的记时装置，与传统的机械时钟相比，它一般具有走时准确﹑显示直观﹑无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用。 数字电子钟的设计方法有许多种,例如,可用中小规模集成电路组成电子钟；也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟；还可以利用单片机来实现电子钟等等。本课程设计采用的是中小规模集成电路法， 时钟信号发生器采用32768Hz的CMOS石英谐振器制作，产生1Hz时钟脉冲；用74LS290设计两个六十进制的计数器对“分”、“秒”信号计数，二十四进制计数器对“时”信号计数、再通过“时”、“分”校正电路进行时间的校正，实现数字电子钟的功能。
关键词
数字电子钟；中小规模集成芯片；计数器；数字电子技术
设计的目的
（1） 加强对电子制作的认识，充分掌握和理解设计个部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、电路的焊接与调试等多项知识。（2）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人与团队协作能力，并在实践中锻炼。（3）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。（4）提高实践动手能力
设计用到的仪器和零件
计数器（3片CD4
518、CD4081）、显示译码器（6片CD4511）、6片共阴极数码管、二极管、电阻、电容、晶振（32.768kHz）、集成计数器（CD4060、CD4013）、开关、接线座、PCB板等元件。
数字钟的结构及基本工作原理
结构
数字电子时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某一个标准时间（如东八时区时间）一致，故需要在电路上加上一个对“时”、“分”进行校正的校时电路，同时为了提高计时的准确性，信号发生器产生的标准的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电子时钟中的信号发生器电路的主元件。
（1） 晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。
（2） 分频器电路将32768Ｈz的高频方波信号经3276次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。
（3） 时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为12进制计数器。
（4） 译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。
（5） 数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为ＬＥＤ数码管。
工作原理
（1） 秒脉冲产生电路— CD4060
14位二进制串行计数器 CD4060。CD4060 是由一振荡器和 14 级二进制串行计数位组成。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停止工作。所有的计数器均为主-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的上升和下降时间无限制。利用CD4060组成32.768 kHz振荡器，再经过内部分频器14分频从其第3脚输出2Hz（32.768 kHz /214 = 2 Hz）的脉冲信号。焊接完毕后，通电测试 LED指示灯闪烁，1秒钟闪烁 2次。说明该电路正常工作
（2） 分脉冲产生电路— CD4518 CD4518，是一种同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二 / 十进制计数器，
其功能引脚分别为1～7和9～15。该计数器是单路系列脉冲输入（1 脚或 2 脚；9 脚或 10脚），4路BCD码信号输出(3脚～6脚；{11}脚～{14}脚)。此外还必须掌握其控制功能，否则无法工作CD4518有两个时钟输入端CP和EN，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CR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，若不满足则不工作。值得注意，因输出是二/十进制的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，CD4518无进位功能的引脚，但电路在第十个脉冲作用下，会自动复位，同时第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。 （3） 小时脉冲产生电路— CD4518 与分脉冲产生电路的结构工作原理相同，只是为24进制。
（4） 与门电路— CD4081 CD4081为14脚封装，四2输入与门。在数字钟电路中的作用：将CD4518置为60进制、24进制计数器。
（5） 2分频电路— CD4013 CD4013 是双 D 触发器芯片，为14脚封装，在数字电路中常用来进行锁存数据，组成分频电路等。CD4013 在数字钟电路中的作用：将 CD4060 产生的2Hz 脉冲2分频（2进制计数器），输出 1Hz 的秒脉冲。 （6） 译码显示电路— CD4511 CD4511 是一片 CMOS BCD —锁存 / 7 段译码 / 驱动器，用于驱动共阴极LED数码管显示器的BCD码—七段数码管译码器。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。共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时，可使用300Ω左右的限流电阻。 （7） 秒、分、时校准电路—开关S
3、S
2、S1 分、时校准电路：利用开关手动输入脉冲，S
2、S1每按下一次，相应的时、分的数字加一。秒校准电路：正常计时工作时，S3闭合；进行秒校准时，S3断开，暂停秒计时，等标准时间一到，立即闭合S3，恢复正常走时。
课程设计电路的组装与调试
组装
（1）核对元器件清单：是否有缺件；
（2）检查印制电路板：是否有断线、短路等； （3）焊接电阻：摆放整齐一致，黄色环在下边；（4）焊接二极管：1N4148，注意极性； （5）焊接跨线：剪下二极管引脚，焊J1~J6； （6）焊接集成电路座：注意缺口位置与图一致； （7）焊接无极性电容、晶振：注意C的字在正面； （8）焊接数码管：注意小数点在右下方； （9）焊接发光二极管：LED，注意极性； （10）焊接开关、电解电容、接线座。 （1）判断二极管1N4148，LED的极性；
（2）判断电阻阻值：读色环、用万用表测量； （3）安装集成芯片12片：芯片型号不要装错， 缺口位置与图/座一致，缺口左下方为1脚； （4）安装数码管：注意小数点在右下方；
（5）安装电容：正负极性，无极性C的字放在正面 （6）最后检查焊接质量：焊点有无虚焊、瑕疵。
调试
（1）安装完成后通电，观察各个模块的工作情况； （2）若数码管不亮，检查地线通否，3脚接地否； （3）若整个电路不工作，分模块检查，各个部分 的接线、安装、功能是否正常；（一般方法） （4）芯片工作是否正常：首先检查电源，„„； （5）秒、分、时校准部分：测试是否功能正常。
总结与心得
通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。在设计中用的芯片可能与平时常见的不一样，但原理一样，同时我还理解到，同样功能可以由不同的芯片实现，需遵行简单，经济的原则，从而最大程度符合目标设计。课程设计是一次难得的锻炼机会，让我们能够充分利用所学过的理论知识还有自己的想象的能力，另外还让我们学习查找资料的方法，以及自己处理分析电路，设计电路的能力。这些对我来说都是一个很好的提高。我趁着做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。另外还学习到了一些仿真软件，比如Proteus等学习软件，给设计提供了很大的便利。
同时，这次课设还让我明白，困难是成功的台阶，只有一级级走上去才能有所收获。工科院校的学生应当这样多参与实践，多去运用自己所学的知识，为将来工作打下基础。
