数字电子时钟电路设计系统 智能钟表plc
物理机电学院课程设计报告
课程名称：单片机课程设计
系部：电子与电气工程系
专业班级：
学生姓名：
指导教师：
完成时间：2009年5月22日
报告成绩：
摘要：数字电子时钟电路设计系统，以AT89C51单片机为控制核心，由键盘显示、定时闹铃、LED共阴极数码管和LED灯显示等功能模块组成。基于
题目基本要求，本系统对时间显示和定时报警进行了重点设计。本系统大
部分功能由软件来实现，吸收了硬件软件化的思想，大部分功能通过软件
来实现，使电路简单明了，系统稳定性大大提高。本系统不仅成功的实现
了要求的基本功能,而且有一定的创新功能。
关键字：单片机AT89C51 共阴极LED数码显示器
Abstract This digital electronic clock circuit design system ,based
on chip microcomputer AT89C51,is composed by the following functional modules : keyboard displaying , timing alarmg. common cathode LED digital tube，LED lights display,and so on.
According to the basic requirements of the subject ,the system stresses on the realization of Time display and regularly report to the police. The design achieved all the required basic technical indexes. Furthermore , adopting the idea of hardware-to-software, most of those functions are realized by softwares, which makes the electrocircuit more concise and the system more stable.
Key words:chip microcomputer AT89C51
Common cathode LED digital display
目录
一、前言........................................................ . (1)
二、总体方案设计 (1)
三、系统硬件设计 (2)
（1）输入部分............................................... ........ (2)
1 电源模块 (2)
2 按键模块 (5)
（2）输出部分............................................... .. (3)
1 显示模块 (3)
2 闹铃模块 (4)
3 LED灯显示模块 (4)
（3）电路相关参数 (4)
1 LED数码显示器 (4)
2 集成器件CD4511 (5)
3 集成器件74LS138……………………………………………………. .5
四、系统软件设计 (6)
主程序流程图 (7)
五、系统调试 (9)
1 系统功能 (9)
2 时钟精度分析………………………………………………………... .9
六、系统设计总结 (9)
七、参考文献 (10)
附录 (11)
1)系统原理图 (11)
2)系统实物图 (12)
3)系统PCB图……………………………………………................................... .12
4)源程序…………………………………………………..................................... .13
一、前言
本文通过对一个能实现按键开关可调整时、分、秒，且具有加密功能、定
时报警的24小时制的时间系统的设计学习，详细介绍了51单片机应用中的定时
中断原理、数码管显示原理、动态扫描显示原理等，进一步学习、应用单片机C
语言系统的实现了各种功能。从而使自身明白使用单片机汇编语言和C语言之间
的效率、整体性问题。系统由AT89C51、独立式按键、二极管、LED数码管、蜂
鸣器等部分构成，能实现24小时制时、分、秒的时钟显示，能实现时钟简单的
加密功能。同时也可进行时、分、秒的校准、定时报警和LED二极管流水灯显示。
本系统主要是和实际生活的数字钟结合起来，可用1功能键进行加密，进
入时间校准等。可用3个带有不同按键分别对时钟的时、分、秒进行校准。每个
按键伴有不同的声响以示区别。
文章后附有本次课程设计系统电路原理图及源程序，以供读者参考。二、总体方案设计
因为手头有SP01A学习板，所以想通过SP01A学习板实现该设计，如果有时间，再自行设计PCB，制作出来。
本次设计根据实验要求设计数字时钟。可利用如下两种方案实现。
方案一：本方案采用美国DALLAS公司的专用时钟芯片DS1302。该芯片主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。其内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。
方案二：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息，并通过程序控制扫描输出显示数据。利用定时器0与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点，但当单片机不上电，程序将不执行。且由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。
鉴于以上两种方案，虽然时钟芯片DS1302具有更多的优点，由于实验硬件的因素，现有的硬件缺少DS1302,为不影响实验进度，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。
根据题目要求设计的总体框图，如图1 —1所示：
图1 —1单片机数字钟硬件系统的总体设计框图
三、系统硬件设计
（1）、输入部分：
1.电源模块
方案一：采用干电池作为单片机数字钟的电源，由于调试时间较长，使用干电池需经常更换电池，不符合节约型社会的要求。并且需要有一个硬件将3节电池串联在一起以产生足够的电压，若如此，将造成携带不方便。
方案二：采用200W/5V直流稳压电源作为系统电源，不仅功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，并且比较轻便，使用更加安全可靠。但稳压电源我们不能自备，若要调试系统，只能到实验室才能做。
方案三：采用普通的USB线连接微型计算机作为系统电源，虽然功率上可以满足稍大于系统需要，但同样不需要更换电源，并且比直流稳压电源更轻便，可随时使用、调试系统。
基于以上分析,由于本次设计系统都是软硬件想结合，所以要采用微机设备，有足够的USB接口供我们使用，所以我们决定采用方案三
2.按键模块
键盘是人与单片机打交道的主要设备，按键的读取容易引起误动作。可采用软件去抖动的方法处理，软件的触点在闭合和断开的时候会产生抖动，这时触点的逻辑电平是不稳定的，如不采取妥善处理的话，将引起按键命令错误或重复执行，在这里采用软件延时的方法来避开抖动，延时时间为20ms ( ms 021984040*2us *248≈=).
方案一：采用独立式键盘。独立式按键是直接用I/O 口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O 口线，每个按键的工作不会影响其它I/O 口线的状态。但当所需按键数量多，会占用过多的I/O 口线。
方案二：采用矩阵键盘。因为单片机的I/O 口有限, 显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O 口线。但必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。
基于以上分析，我们选用方案一，因为本次设计中仅用到4个按键。独立式按键键盘有利于PCB 的作图。
（2）、输出部分： 1、 显示模块
显示模块是本次单片机课程设计最核心的部分。
方案一：采用LCD1602。LCD1602为工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。其采用标准的16脚接口，该液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，所以可分容易的实现数字钟数码显示。
方案二：采用LED 共阴极数码管。共阴数码管在应用时将公共极COM 接到地线GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。
基于以上分析，我们考虑到现实经济因素，所以选择了方案二。
对于6路共阴极数码管数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类：
方案一：静态显示驱动。就是每一个数码管显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O 接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种办法单片机中CPU 的占用较小。但对于静态显示方式,所需的数据锁存装置很多,引线多而复杂,且可靠性也较低。
方案二：动态显示驱动。通过单片机对数码管位选通COM 端电路的控制，只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM 端，就使各个数码管轮流受控
显示，这就是动态驱动。动态显示可以大幅度地降低硬件成本和电源的功耗，因为某一时刻只有一个数码管工作，也就是所谓的分时显示，故显示所需要的硬件电路可分时复用。动态显示方式,可以避免静态显示的问题。但设计上如果处理不当,易造成亮度低,闪烁问题。因此合理的设计既应保证驱动电路易实现,又要保证显示后的数据稳定,无闪烁。动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式, 复用的程度不是无限增加的, 因为利用动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短, 发光的亮度等因素. 我们通过实验发现, 当扫描刷新频率(发光二极管的停闪频率) 为50Hz, 发光二极管导通时间≥1m s 时, 显示亮度较好, 无闪烁感.。
鉴于上述的方案分析, 我们采用方案二
2、闹铃模块
方案一：采用语音芯片ISD1110闹铃。ISD1110具有多种采样率对应，多种录放时间，可以利用振荡电阻自已决定采样率。操作简单，灵活。音质好，适应电压范围广。可先对录放音设备录入一段音乐或其他报时方式，当到设定时间时，单片机控制录放音设备放音。
方案二：采用蜂鸣器闹铃，当到设定时间时，单片机向蜂鸣器送出低电平，蜂鸣器响铃。采用蜂鸣器闹铃结构简单，只需要单路信号控制，发出的闹铃声音可以根据响和不响的不同的软件延时时间来控制，当然也能发出音乐声音。
基于两种方案分析，虽然语音芯片ISD1110具备更多优点，但鉴于经济因素，我们本次设计还是决定采用方案二。当然如果在大型比赛的话，还是偏向于采用方案一的。
3、LED灯显示模块
采用LED灯可以方便的用不同的流水方式或单个LED灯来判断系统的工作状态，实现不同的显示功能，是一种经济又实用的方式。
（3）电路相关参数
1、LED数码显示器
通常用的七段数码显示器的内部有8个发光二极管，其中7个发光二极管组成了数字“8”，剩下一个发光二极管就是这位数字所带的小数点。数码管结构图如图1 - 2所示。各段码位与显示段的对应关系如表1。
图1 – 2 LED数码管结构引脚图
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。其引脚图如图1 —3所示。
图 1 — 3 CD4511 引脚图
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。
3、集成器件74LS138
74LS138 为3 线－8 线译码器，本设计中74LS138做为对数码管位选通COM 端电路的控制，将需要显示的数码管的选通控制打开。
图1 — 3 74LS138引脚图
G2和74LS138工作原理如下：当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（A
G2）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端B
以低电平译出。
四、系统软件设计
1、主程序流程图如图1 — 4所示：
图1 — 4主程序流程图
2、定时器0子程序流程图如图1 — 5所示：
图1 — 5 定时器0子程序流程图
五、系统调试
1、系统功能
本系统已符合设计课程基本要求，即可以实现24小时方式;可用六位LED 数码管显示时、分、秒;可使用按键开关可实现时、分调整。
除了满足这些基本要求外，本系统还做了一些创新:
(1)通过1功能按键KEY1开关可使系统具有加密功能。加密前后可通过观察
LED二极管的显示方式来判断。当LED做流水灯显示方式时，为加密前
的状态;当只有LED灯中的LED2（由P0.1口控制亮灭）时，代表已对系
统进行加密。
(2)通过功能按键开关KEY1进入可进入时间校准系统。KEY2控制秒的校准，
KEY3控制分的校准，KEY4控制时的校准。每次一有校准按键按下时，系
统会发出不同的声响，以提示用户目前正在校准的是时、分、秒的哪一
种。校准完成后仍然是通过功能按键KEY1返回时钟显示。
(3)通过更改主程序中定时器的定时初值，可实现不同样式的数字钟显示方
式。通过实验测得以下参数如表2所示(程序中定时参数CYCLE在以下简
(1)可实现整点闹鸣功能。整点到时，可短蜂鸣一次。
2、时钟精度分析
为进一步使本次的系统做得更完美，我使用了标准的秒表对自己设计的时间进行了精度测量。本次设计系统使用的晶振为12MHZ.数码管显示
00：10：00时，用秒表测得相应的数据如表3所示：
秒表测得的数值平均值为:00：10:2343 。
以上数据表明了本次系统的精度基本符合实验课程精度要求。因为以上共有20组，测量时已去除了粗大误差。当然，如果将测量时间加长，所测得的精度将更精确。
六、系统设计总结
本次课程从基本方案的制定，再到硬件电路的选择，到制作电路完成，最后进行程序调试。在此期间我遇到很多困难，尤其是在做仿真时结果经常出不来。经过仔细检查，仿真线路是没有错的，可结果就是不行。但当我将实物做出来后，进行了调试，实物上却可以出来成果。这说明了可能是仿真软件的。经过一次又一次品尝到了解决问题的喜悦,最终提前完成了要求的全部功能，并在空闲的时间里加入了一些创新的部分。在此次课程设计中我发现了自己知识的不足，通过一周的学习、实践，我学到了很多东西。
通过此次课程设计的教学实践，进一步学习、掌握单片机应用系统的有关知识，加深了解单片机的工作原理。初步掌握简单单片机应用系统的设计、制作、调试的方法。提高动手实践能力。通过这次对数字时钟的设计，让我系统的了解和学会应用单片机C语言来对所需实现的功能进行编程。
在调试时遇到了一些问题，比如，刚开始进行按键输入检测时，我们直接用万用表测量按键两端的电平，刚测时，万用表显示高电平，当有按键按下时，则万用表显示低电平，这说明了按键是正常的，但当直接用按键时，系统板则不能正常使用按键。后面重新焊接了按键，系统板则才能正常使用按键。还有，LED 灯显示模块的上拉电阻，也是出现了同样的情况。原先焊接时发现了电阻的管脚比之前看到的同阻值电阻管脚细。后面经过万用表调试后，重新焊接了电阻，部里就解决了。
上述电子钟，无论在外观上还是功能上都实现了较为完善的设计。特别值得一提的是本系统的加密效果，可与现实生活中的数字钟相媲美，因为有了加密效果，可以使用户在购买时知道其产品是否是新的，还是二手货。但本系统在定时闹鸣时，声音不过响应，因为我为了让蜂鸣器闹鸣时系统时间不受到影响，而是继续走动，所以把闹鸣时间控制在定时器0 1s定时里面，所以定时时间到了时，响的时间不到1s，通过的电流过小，要解决此问题，可在蜂鸣器的放大电路中多加一级放大电路，使定时时间到了时，通过的电流足够大以驱动蜂鸣器。亦或通过软件设置蜂鸣，则可以正常实现蜂鸣器的功能。
七、参考文献：
[1]苏家健.《单片机原理及应用技术》.高等教育出版社，2004.11.
[2]楼然苗.《单片机课程设计指导》.北京航空航天大学出版社，2007.7
[3]陈龙三.《C语言控制与应用》.清华大学出版社.1999.8
[4]赵建领.《51系列单片机开发宝典》.电子工业出版社，2007
[5]李学海.《标准80C51单片机基础教程：原理篇》.北京航空航天大学出版社，2006
[6]王建校.《51系列单片机及C51程序设计》.科学出版社，2002
附录：
①系统原理图；
②系统实物图
③系统PCB图
④源程序
/****************************Copyright (c)************************* ** File name: ShuZiZhong.c ** Last modified Date: 2009-05-22
**-----------------------------------------------------------------** Created by: 翁连益 ** NO: 2006040235 ** Descriptions: 单片机数字钟 ******************************************************************/ #include
#define uchar unsigned char #define uint unsigned int
#define CYCLE 1000 /*定时1ms 时间 */
unsigned char i,j,k,ID; /*ID 为case 的次数 K 为LED 灯控制。*/ unsigned char temp; unsigned char b,c; uchar hour=0,min=0,sec=0; /*定义秒时分初始值*/ uchar a[6]; /*定数码管显示缓冲*/ uint t=0; uint flag=0;
bit fla; unsigned char count; sbit KEY1=P3^0; sbit KEY2=P3^1; sbit KEY3=P3^2; sbit KEY4=P3^3; sbit LED2=P1^0; sbit BEEP=P0^7;
void Modifytime(); /*时间调整模块*/ void Adjust(); void scan(); /*扫描数码模块*/ void Time_BEEP();
void delay10ms(void) /*软件10ms 定时*/ { unsigned char i,j; for(i=20;i>0;i--)
for(j=248;j>0;j--); /*100000992020*248*2us ≈=软件延时*/ }
void dely250(void)
{ unsigned char i,j;
for(i=2;i>0;i--) /*1ms 9922*2us *248≈= 软件延时*/ for(j=248;j>0;j--);
}
void main()
{ TCON=0x01; /*TIMER0工作在方式１*/
TMOD=0x01;
TH0=(65536-CYCLE)/256; /*设定T0每隔1000us（1ms）中断一次*/ TL0=(65536-CYCLE)%256;
TR0=1;
IE=0x82;
Modifytime();
while(1)
{ if (flag==100)
{
{ temp=0xfe;
P1=temp;
delay10ms()
for(k=0;k<8;k++)
{ b=temp< c=temp>>(8-k); P1=b|c; delay10ms(); } for(k=0;k<8;k++) { b=temp>>k; c=temp<<(8-k); P1=b|c; delay10ms(); }} } if(flag==1000) /*判断１秒钟到否*/ { sec++; /*秒加一*/ Modifytime(); flag=0; while ((min==0)&(sec==0)) { if (flag==100) { { BEEP=0; BEEP=1; } } if (flag==600) break; } } w hile(KEY1== 0) { while(1) if(KEY1==0) { d elay10ms(); i f(KEY1==0) { ID++; if(ID==2) { ID=0; } while(KEY1==0); } } switch(ID) { case 0: Adjust(); break; case 1: LED2=0; if(flag==1000) /*判断１秒钟到否*/ { sec++; /*秒加一*/ Modifytime(); flag=0; while ((min==0)&(sec==0)) { if (flag==100) { { BEEP=0; BEEP=1; } } if (flag==600) break; }} break; } } }} } void Modifytime() /*调整时间子程序*/ { uchar temp; temp=sec; /*uchar temp=sec;*/ sec%=60; min+=temp/60; /*求余*/ temp=min; min%=60; hour=(hour+temp/60)%24; a[0]=(sec%10); /*调整过的时间送到显示缓冲中*/ a[1]=(sec/10); /*对于秒计数单元中的数据要把它十位数和个数分开，方法仍采用对10整除和对10求余。 */ a[2]=(min%10); /*对于分计数单元中的数据要把它十位数和个数分开，方法仍采用对10整除和对10求余。 */ a[3]=(min/10); a[4]=(hour%10); /*对于时计数单元中的数据要把它十位数和个数分开，方法仍采用对10整除和对10求余。 */ a[5]=(hour/10); } void scan( ) /*扫描6个数码管子程序*/ { static uchar x; x++; if(x>5) x=0; /*6个数码管都扫描过了则重新开始*/ P0=x|(a[x]<<3); /*选中需要扫描的数码管并送数据*/ } void Timer0Int() interrupt 1 using 2 /*中断定时 */ { t++; if(t==100) { flag=100; } else if(t==200) { flag=200; } else if(t==600) { flag=600; } else if (t==1000) { flag=1000; t=0; } else flag=0; scan(); TH0=(65536-CYCLE)/256; TL0=(65536-CYCLE)%256; } void Adjust() { while(1) { if(KEY2==0) { for(i=40;i>0;i--) /*248*2us*5=2480=2.5ms 软件延时*/ for(j=248;j>0;j--); if(KEY2==0) { sec++; for(count=200;count>0;count--) { BEEP=~BEEP; dely250(); } if(sec==60) { sec=0; } a[0]=(sec%10); a[1]=(sec/10); while(KEY2==0); } } if(KEY3==0) { for(i=16;i>0;i--) /* ms 021984040*2us *248≈= 软件延时*/ for(j=248;j>0;j--); if(KEY3==0) { min++; for(count=200;count>0;count--) { BEEP=~ BEEP; dely250(); } for(count=200;count>0;count--) { BEEP =~ BEEP; dely250(); dely250(); } if(min==60) { min=0; } a[2]=(min%10); a[3]=(min/10); while(KEY3==0); } 中北大学 信息与通信工程学院 通信工程专业 《电子线路及系统》课程设计任务书2016/2017 学年第一学期 学生姓名：张涛学号： 李子鹏学号： 课程设计题目：数字电子钟的设计 起迄日期：2017年1月4日～2017年7月10日 课程设计地点：科学楼 指导教师：姚爱琴 2017年月日 课程设计任务书 中北大学 信息与通信工程学院 通信工程专业 《电子线路及系统》课程设计开题报告2016/2017 学年第一学期 题目：数字电子钟的设计 学生姓名：张涛学号： 李子鹏学号： 指导教师：姚爱琴 2017 年 1 月 6 日 中北大学 信息与通信工程学院 通信工程专业 《电子线路及系统》课程设计说明书2016/2017 学年第二学期 题目：数字电子钟的设计 学生姓名：张涛学号： 李子鹏学号： 指导教师：姚爱琴 2017 年月日 目录 1 引言 (6) 2 数字电子钟设计方案 (6) 2.1 数字计时器的设计思想 (6) 2.2数字电路设计及元器件参数选择 (6) 2.2.2 时、分、秒计数器 (7) 2.2.3 计数显示电路 (8) 2.2.5 整点报时电路 (10) 2.2.6 总体电路 (10) 2.3 安装与调试 (11) 2.3.1 数字电子钟PCB图 (11) 3 设计单元原理说明 (11) 3.1 555定时器原理 (12) 3.2 计数器原理 (12) 3.3 译码和数码显示电路原理 (12) 3.4 校时电路原理 (12) 4 心得与体会 (12) 1 引言 数字钟是一种用数字电子技术实现时，分，秒计时的装置，具有较高的准确性和直观性等各方面的优势，而得到广泛的应用。此次设计数字电子钟是为了了解数字钟的原理，在设计数字电子钟的过程中，用数字电子技术的理论和制作实践相结合，进一步加深数字电子技术课程知识的理解和应用，同时学会使用Multisim电子设计软件。 2数字电子钟设计方案 2.1 数字计时器的设计思想 要想构成数字钟，首先应选择一个脉冲源——能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。而脉冲源产生的脉冲信号地频率较高，因此，需要进行分频，使得高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号，即“秒脉冲信号”（频率为1Hz）。经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数。由于计时的规律是：60秒=1分，60分=1小时，24小时=1天，就需要分别设计60进制，24进制计数器，并发出驱动信号。各计数器输出信号经译码器、驱动器到数字显示器，是“时”、“分”、“秒”得以数字显示出来。 值得注意的是：任何记时装置都有误差，因此应考虑校准时间电路。校时电路一般 摘要 在生活中的各种场合经常要用到电子钟，现代电子技术的飞跃发展，各类智能化产品相应而出，数字电路具有电路简单、可靠性高、成本低等优点，本设计就以数字电路为核心设计智能电子钟。 数字钟是一个将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时功能和、报时、整体清零等附加功能。干电路系统由秒信号发生器、时、分、秒计数器，译码器及显示器，校时电路，整体清零电路，整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。秒信号产生器将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。计数器用的是74LS90。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过六位LED 七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。整体清零电路是根据74LS90计数器在2,3脚均为1时清零的特点用电源，开关和逻辑门组成的清零电路对“时”、“分”、“秒”显示数字清零。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的 关键词分频计数译码报时清零校时校分触发逻辑 目录 引言 1 设计目的............................................................ . (5) 2 设计任务 (5) 2.1设计指标 (5) 2.2设计要求 (5) 2.3方案的对比 (6) 3数字电子钟的组成 (6) 3.1数字钟的基本逻辑功能框图 (6) 3.2秒信号发生器（振荡器及分频电路） (7) 3.3时、分、秒计数器电路 (8) 3.4译码显示电路 (8) 3.4校时电路 (8) 3.6正点报时电路 (8) 3.7清零电路 (8) 4．数字钟的电路设计 (8) 4.1 秒信号发生器的设计 (8) 4.2计数电路的设计 (10) 4.2.1六十进制计数器 (10) 4.2.2 二十四进制计数器 (11) 4.2.3计数器的组间级联问题 (12) 4.3译码显示电路 (13) 4.4校时电路的设计 (13) 4.5正点报时电路的设计 (13) 4.6清零电路的设计 (15) 4.7数字电子钟的整体电路 (15) 4.7设计、调试要点 (15) 5元器件 (16) 5.1实验元器件清单 (16) 数字电路电子时钟课程设计 整个数字钟由时间计数电路、晶体振荡电路、校正电路、整点报时电路组成。 其中以校正电路代替时间计数电路中的时、分、秒之间的进位，当校时电路处于正常输入信号时，时间计数电路正常计时，但当分校正时，其不会产生向时 进位，而分与时的校位是分开的，而校正电路也是一个独立的电路。电路的信 号输入由晶振电路产生，并输入各电路 方案论证：方案一数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码 器及显示器、校时电路、整点报时电路等组成。秒信号产生器是整个系统的时 基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用555构成的振荡器加分频器来实现。 优点：数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，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，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。 方案二秒、分计数器为60进制计数器，小时计数器为24进制计数器。 实现这两种模数的计数器采用中规模集成计数器74LS90构成。 优点：简单易懂，比较好调试。 1 设计原理数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路等组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用555构成的振荡器加分频器来实现。将标 准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被 送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计数器，可以实现一天24h的累计。译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通 过六位LED显示器显示出来。整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一 《电子线路课程设计报告》 系别：自动化 专业班级：自动化0803 学生姓名：冯刚 指导教师：朱定华 （课程设计时间：2010年05月31日——2010年06月12日） 华中科技大学武昌分校 目录 1．课程设计目的 (3) 2．课程设计题目描述和要求 (3) 3．课程设计报告内容.....................................................................3-9 3.1实验名称 (3) 3.2实验目的 (3) 3.3实验器材及主要器件 (3) 3.4数字电子钟基本原理 (4) 3.5数字电子钟单元电路设计、参数计算和器件选择..............................4-8 3.6数字电子钟电路图 (8) 3.7数字电子钟的组装与调试............................................................8-9 4．总结 (9) 参考文献 (10) 1．课程设计目的 ※掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法； ※进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；※提高电路布局﹑布线及检查和排除故障的能力； ※培养书写综合实验报告的能力。 2．课程设计题目描述和要求 （1）设计一个有“时”、“分”、“秒”（12小时59分59秒）显示，且有校时功能的电子钟； （2）用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验箱上进行组装、调试； （3）画出框图和逻辑电路图，写出设计、实验总结报告； （4）选做：整点报时。在59分51秒、53秒、55秒、57秒输出500Hz音频信号，在59分59秒时输出1000Hz信号，音频持续1s，在1000Hz荧屏结束时刻为整点。 3．课程设计报告内容 3.1实验名称 数字电子钟 3.2实验目的 ·掌握数字电子钟的设计、组装与调试方法； ·熟悉集成电路的使用方法。 3.3实验器材及主要器件 （1）74LS48（6片）（2）74LS90（5片）（3）74LS191（1片）（4）74LS00（5片）（5）74LS04（3片）（6）74LS74（1片）（7）74LS2O（2片） （8）555集成芯片（1片） （9）共阴七段显示器（6片）（10）电阻、电容、导线等（若干） 课程设计(综合实验)报告 题目：第四个实验数字电子钟院系：计算机科学系 班级：计算计科学与技术1班学号： 学生姓名： 队员姓名： 指导教师： 《数字逻辑》综合实验 任务书 一、目的与要求 1 目的 1.1综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过综合实验巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。 1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、步骤和方法。 1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。 1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能 及其基本工程素质。 2.要求 2.1 能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。 2.2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。要求通过独立思考、深入钻研综合实验中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。 2.3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。 2.4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确 使用方法。利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。 2.5学会撰写综合实验总结报告。 2.6通过综合实验，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。 2.7在综合实验过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。 二、主要内容 数字电子钟 设计一台能显示时﹑分、秒的数字电子钟，要求如下： 1）秒﹑分为00—59六十进制计数器，时为00—23二十四进制计数器； 2）可手动校正：可分别对秒﹑分﹑时进行手动脉冲输入调整或连续脉冲输入校正，（校正时不能输出进位）。 元器件选择 74LS162：4块与非门74LS00：2块共阳数码管LED 74LS161：2块GAL16V8：2块晶体振荡器：1MHZ GAL20V8：1块TDS-4实验箱 导线若干 所需要器件的图片如下 电子技术课程设计 数字电子时钟的设计 摘要： 设计一个周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，具有校时功能和报时功能的电子钟。本系统的设计电路由时钟译码显示电路模块、脉冲逻辑电路模块、时钟脉冲模块、整电报时模块、校时模 块等部分组成。计数器采用异步双十进制计数器74LS90，发生器使用石英振荡器，分频器4060CD及双D触发器74LS74D，整电报时电路用门电路及扬声器构成。 一、设计的任务与要求 电子技术课程设计的主要任务是通过解决一，两个实际问题，巩固和加深在“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。电子技术课程设计的主要内容包括理论设计、仿真实验、安装与调试及写出设计总结报告。衡量课程设计完成好坏的标准是：理论设计正确无误；产品工作稳定可靠，能达到所需要的性能指标。 本次课程设计的题目是“多功能数字电子钟电路设计”。要求学生运用数字电路，模拟电路等课程所学知识完成一个实际电子器件设计。 二、设计目的 1、让学生掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统 的设计、安装、测试方法； 2、进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实 际问题的能力； 3、提高电路布局﹑布线及检查和排除故障的能力； 4、培养书写综合实验报告的能力。 三、原理方框图如下 1、图中晶体振荡电路由石英32.768KHZ及集成芯。 2、图中分频器4060BD芯片及D触发器构成分频器。 3、计数器由二——五——十73LS90芯片构成。 4、图中DCD_HEX显示器用七段数码显示器且本身带有译码器。 5、图中校时电路和报时电路用门电路构成。 四、单元电路的设计和元器件的选择 1、十进制计数电路的设计 74LS90集成芯片是二—五—十进制计数器，所以将INB与QA 相连；R0（1）、R0（2）、R9(1)、R9（2）接地（低电平）；INA 华东交通大学理工学院课程设计报告书所属课程名称数字电子技术课程设计题目数字电子钟课程设计分院电信分院 专业班级10电信2班 学号20100210410201 学生姓名陈晓娟 指导教师徐涢基 20 12 年12 月18 日 目录 第1章课程设计内容及要求 (3) 第2章元器件清单及主要器件介绍 (5) 第3章原理设计和功能描述 (10) 第4章数字电子钟的实现 (15) 第5章实验心得 (17) 第6章参考文献 (18) 第1章课程设计内容及要求 1.1 数字钟简介 20世纪末，电子技术获得了飞速的发展。在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高、产品更新换代的节奏也越来越快。数字钟已成为人们日常生活中必不可少的生活日用品。广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、集成电路有体积小、功耗小、功能多、携带方便等优点。 因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路来设计一个数字式电子钟，使其完成时间及星期的显示功能。多功能数字钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。具有时间显示、走时准确、显示直观、精度、稳定等优点，电路装置十分小巧,安装使用也方便而受广大消费的喜爱。 1.2 设计目的 1. 掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法； 2. 进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力； 3. 提高电路布局，布线及检查和排除故障的能力。 1.3 设计要求 1. 设计一个有“时”、“分”、“秒”（23小时59分59秒）显示，且有校时功能的电子钟。 2. 用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验箱上进行组 装、调试。 3. 画出框图和逻辑电路图、写出设计、实验总结报告。 4. 整点报时。在59分59秒时输出信号，音频持续1s，在结束时刻为整点。 《数字逻辑》 课程设计报告 设计题目：数字电子钟 组员：冯燕升、吴永涛、卓小林、蔡卿指导老师：麦山 日期：2013/12/27 摘要数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时的计时装置，本次数字时钟电路设计采用GAL系列芯片来分别实现时、分、秒的24进制和60进制的循环电路，并支持手动校正的功能。 关键词数字电子钟；计数器；GAL 1设计任务及其工作原理 用集成电路设计一台能自动显示时、分、秒的数字电子钟，只要将开关置于手动位置，可分别对秒、分、时进行手动脉冲输入调整或连续脉冲输入的校正。 1.1工作原理 本数字电子钟的设计是根据时、分、秒各个部分的的功能的不同，分别用GAL16V8D 设计成六十进制计数器，个位设计成十进制计数器，十位设计成六进制进制计数器（计数从00到59时清零并向前进位）。分部分的设计与秒部分的设计完全相同；用GAL22V10D设计时的个位，设计成二进制计数器，十位设计为四进制计数器，当时钟计数到23时59分59秒时，使计数器的小时部分清零，进而实现整体循环计时的功能。 2电路的组成 2.1 计数器部分：利用GAL22V10和GAL16V8D芯片分别组成二十四进制计数器和六十进制计数器，它们采用同步连接，利用外接标准脉冲信号进行计数。 2.2 显示部分：将三片GAL芯片对应的引脚分别接到实验箱上的七段共阴数码显示管上，根据脉冲的个数显示时间。 3.3 分频器：由于实验箱上提供的时钟脉冲的时间间隔太小，所以使用GAL16V8D和CD4040芯片设计一个分频器，使连续输出脉冲信号时间间隔为0.5s 3设计步骤及方法 3.1 分和秒部分的设计： 分和秒部分的设计是采用GAL16V8D芯片来设计的60进制计数器，具体设计如图1示： 数字电子技术基础课程设计报告 班级：姓名: 学号： 一、设计目的 1掌握专业基础知识的综合能力。 2完成设计电路的原理设计、故障排除。 3逐步建立电子系统的研发、设计能力，为毕业设计打好基础。 4让学生掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法。 5进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 6培养书写综合实验报告的能力。 二、设计仪器 1 LM555CH 2 74LS161N 74LS160N 74LS290 3 74LS00 74LS08 4 电源电阻电容二极管接地等 三数字电子钟的基本功能及用途 现在数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性 能稳定、集成电路有体积小、功耗小、功能多、携带方便等优点，，因此在许多电子设备中被广泛使用。 电子钟是人们日常生活中常用的计时工具，而数字式电子钟又有其体积小、重量轻、走时准确、结构简单、耗电量少等优点而在生活中被广泛应用，因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路来设计一个数字式电子钟，使其完成时间及星期的显示功能。 多功能数字钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。具有时间显示、走时准确、显示直观、精度、稳定等优点。电路装置十分小巧,安装使用也方便。同时在日期中，它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱。 四设计原理及方框图 数字钟实际上是一个对标准频率进行计数的计数电路，标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。由图可见：本数字钟电路主要由震荡器、、时分秒计数器、译码显示器构成。它们的工作原理是：由震荡器产生的高频脉冲信号作为数字钟的时间基准，送入秒计数 多功能数字钟电路设计 一、数字电子钟设计摘要 (2) 二、数字电子钟方案框图 (2) 三、单元电路设计及相关元器件的选择 (3) 1.6进制计数器电路的设计 (3) 2.10进制计数器电路的设计 (4) 3.60进制计数器电路的设计 (4) 4.时间计数器电路的设计 (5) 5.校正电路的设计 (6) 6.时钟电路的设计 (7) 7.整点报时电路设计 (8) 8. 译码驱动及单元显示电路 (9) 四、系统电路总图及原理 (9) 五、经验体会 (10) 六、参考文献 (10) 附录A:系统电路原理图 附录B:元器件清单 一、数字电子钟设计摘要 数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，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。 此次设计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。 二、数字电子钟方案框图 图1 数字电子钟方案框图 三、单元电路设计和元器件的选择 1. 6进制计数器电路的设计 现要设计一个6进制的计数器，采用一片中规模集成电路74LS90N芯片，先接成十进制，再转换成6进制，利用“反馈清零”的方法即可实现6进制计数，如图2所示。 图2 2. 10进制电路设计 图3 3. 60 进数器电路的设计 “秒”计数器与“分”计数器都是六十进制，它由一级十进制计数器和一级六进制计数器连接而成，如图4所示，采用两片中规模集成电路74LS90N串接起来构成“秒”“分”计数器。 数字电路课程设计报告 目录 一、………设计课题 二、………设计任务 三、………设计要求 四、………分析及设计过程 五、………组装及调试过程 六、………参考文献（各芯片功能） 七、………设计心得及总结 一、设计课题 多功能数字钟电路设计. 二、设计任务 1给定的主要器件： 芯片数量芯片数量555 1 74ls191 1 74ls90 2 74ls74 1 74ls92 1 74ls00 2 74ls47 4 2实验原理图： 三、数字钟的功能要求 ①基本功能 以数字形式显示时、分、秒的时间，为节省器件，其中秒的个位可以用发光二极管指示，小时的十位亦可以用发光二极管指示，灯亮为“1”，灯灭为“0”。小时计数器的计时要求为“12翻1”。要求手动快速校时、校分或慢校时、慢校分。②扩展功能定时控制，其时间自定；仿广播电台整点报时；触摸报整点时数或自动报整点时数。 2、设计步骤与要求：①拟定数字钟电路的组成框图，要求设计优化，电路功能多，器件少，成本低。②设计并安装各单元电路，要求布线整齐、美观，便于级联与调试。③测试数字钟系统的逻辑功能，使满足设计功能的要求。④画出数字钟系统的整机逻辑电路图。⑤写出课程设计实验报告。 四、设计分析于过程 本课题是数字电路中计数、分频、译码、显示及时钟振荡器等组合逻辑电路与时序逻辑电路的综合应用。通过学习，要求掌握多功能数字钟电路的设计方法、装调技术及数字钟的扩展应用。 1、数字钟的功能要求（1）基本功能：①准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间；②小时的计时要求为“12翻1”，分和秒的计时要求为60进位；③校正时间。（2）扩展功能①定时控制；②仿广播电台整点报时； ③报整点时数；④触摸报整点时数。 2、数字钟电路系统的组成框图 数字电子钟课程设计 一、设计任务与要求 (1)设计一个能显示时、分、秒的数字电子钟，显示时间从00: 00: 00到23: 59: 59; (2)设计的电路包括产生时钟信号，时、分、秒的计时电路和显示电路(3)电 路能实现校正 (5)整点报时 二、单元电路设计与参数计算 1. 振荡器 石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。它还具有压电效应，在晶体某一方向加一电场，则在与此垂直的方向产生机械振动，有 了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限止时，才达到最后稳定。这用压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。 2. 分频器 由于振荡器产生的频率很高，要得到秒脉冲需要分频，本实验采用一片74LS90 和两片74LS160实现，得到需要的秒脉冲信号。 3. 计数器 秒脉冲信号经过计数器，分别得到“秒”个位、十位、“分”个位、十位以及 “时”个位、十位的计时。“秒” “分”计数器为六十进制，小时为二十四进制。 （1）六十进制计数 由分频器来的秒脉冲信号，首先送到“秒”计数器进行累加计数，秒计数器应完 成一分钟之内秒数目的累加，并达到 60秒时产生一个进位信号。本作品选用一 片74LS161和一片74LS160采取同步置数的方式组成六十进制的计数器。 （2）二十四进制计数 “24翻1”小时计数器按照“ 00— 01—02,, 22—23— 00—01”规律计数。与生 活中计数规律相同。二十四进制计数同样选用74LS161和74LS160计数芯片。但 清零方式采用的是异步清零方式。 MMgM 加 EHagij Z 1 进位信号 脉冲 电子课程设计题目：数字时钟 数字时钟设计实验报告 设计要求： 设计一个24小时制的数字时钟。 要求：计时、显示精度到秒；有校时功能。采用中小规模集成电路设计。 发挥：增加闹钟功能。 设计方案： 由秒时钟信号发生器、计时电路和校时电路构成电路。 秒时钟信号发生器可由振荡器和分频器构成。 计时电路中采用两个60进制计数器分别完成秒计时和分计时；24进制计数器完成时计时；采用译码器将计数器的输出译码后送七段数码管显示。 校时电路采用开关控制时、分、秒计数器的时钟信号为校时脉冲以完成校时。 电路框图： 图一 数字时钟电路框图 电路原理图： （一）秒脉冲信号发生器 秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。 振荡器: 通常用555定时器与RC 构成的多谐振荡器，经过调整输出1000Hz 脉冲。 分频器: 分频器功能主要有两个，一是产生标准秒脉冲信号，一是提供功能 扩展电路所需要的信号，选用三片74LS290进行级联，因为每片为1/10分频器，三片级联好获得1Hz 标准秒脉冲。其电路图如下： 译码器 译码器 译码器 时计数器 (24进制) 分计数器 (60进制) 秒计数器 (60进制) 校 时 电 路 秒信号发生器 图二秒脉冲信号发生器 （二）秒、分、时计时器电路设计 秒、分计数器为60进制计数器，小时计数器为24进制计数器。 60进制——秒计数器 秒的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成60进制计数器。当计数到59时清零并重新开始计数。秒的个位部分的设计：利用十进制计数器CD40110设计10进制计数器显示秒的个位。个位计数器由0增加到9时产生进位，连在十位部计数器脉冲输入端CP，从而实现10进制计数和进位功能。利用74LS161和74LS11设计6进制计数器显示秒的十位，当十位计数器由0增加到5时利用74LS11与门产生一个高电平接到个位、十位的CD40110的清零端，同时产生一个脉冲给分的个位。其电路图如下： 图三60进制--秒计数电路 60进制——分计数电路 分的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成60进制计数器。当计数到59时清零并重新开始计数。秒的个位部分的设计：来自秒计数电路的进位脉冲使分的个位加1，利用十进制计数器CD40110设计10进制计数器显示秒的个位。个位计数器由0增加到9时产生进位，连在十位部计数器脉冲输入端CP，从而实现10进制计数和进位 电子时钟课程设计_数电课程设计数字电子 时钟的实现 课程设计报告设计题目：数字电子时钟的设计与实现班级： 学号： 姓名： 指导教师： 设计时间： 摘要钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，大大的扩展了原先钟表的报时。诸如，定时报警、按时自动打铃、时间程序自动控制等，这些，都是以钟表数字化为基础的。功能数字钟是一种用数字电路实现时、分、秒、计时的装置，与机械时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。从原理上讲，数字钟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，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使用方法。通过此次课程设计可以进一步学习与各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。通过仿真过程也进一步学会了Multisim 7的使用方法与注意事项。 本次所要设计的数字电子表可以满足使用者的一些特殊要求，输 出方式灵活，如可以随意设置时、分、秒的输出，定点报时。由于集 成电路技术的发展，，使数字电子钟具有体积小、耗电省、计时准确、 性能稳定、维护方便等优点。 关键词：数字钟，组合逻辑电路，时序电路，集成电路目 录摘要 (1) 第1章概述 (3) 第2章课程设计任务及要求 (4) 2.1设计任务 (4) 2.2设计要求 (4) 第3章系统设计 (6) 3.1方案论证 (6) 3.2系统设计 (6) 3.2.1 结构框图及说明 (6) 3.2.2 系统原理图及工作原理 (7) 3.3单元电路设计 (8) 3.3.1 单元电路工作原理 (8) 3.3.2 元件参数选择···································14 第 4章软件仿真 (15) 4.1仿真电路图 (15) 4.2仿真过程 (16) 大学大数据与信息工程学院 基于Multisim的数字电子时钟设计报告 学院：大数据与信息工程学院 专业：电子科学与技术 班级：151 学号：1500890151 学生：宋磊 指导教师：郭祥 2017年7月20日 目录 一、设计目的与要求 (1) 1.1设计目的 (1) 1.2设计要求 (1) 二、基本元器件的选择与原理 (1) 2.1 555定时器 (1) 2.2 74LS390D计数器 (2) 2.2.1 分、秒位实现六十进制 (3) 2.2.2 小时位实现二十四进制 (3) 2.2.3 星期位实现七进制 (4) 2.3 显示器 (5) 2.4 其他元器件 (6) 三、虚拟实验平台与仿真 (6) 3.1 手动校准功能的实现 (6) 3.2 整点报时功能的实现 (6) 3.3 设计从设计从220V交流～6V直流 (7) 3.4 数字电子时钟功能的实现 (7) 附录设计总结与心得体会 (9) 一、设计目的与要求 1.1设计目的 用中、小规模集成电路设计日、时、分、秒的电子钟。 1.2设计要求 1）用555定时器产生1Hz秒信号； 2）秒、分为00～59六十进制； 3）时为00～23二十四进制； 4）星期为1～7七进制； 5）日、时、分可手动校准； 6）具有整点报时功能； 7）设计从220V交流～6V直流。 二、基本元器件的选择与原理 2.1 555定时器 单稳态触发器和施密特触发器主要用于脉冲的整形，多谐振荡器则用于产生脉冲信号。而利用555集成定时器，可以方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器，并且带负载能力较强。 此次数字电子钟的计数脉冲则由多谐振荡器提供。脉冲频率取决于555定时器电路。 在Multisim13下构建多谐振荡器，如图2.1： 图2.1 振荡频率：f=1.43/[(R9+2R10)C1] 振荡周期：T=1/f 2.2 74LS390D计数器 计数器——用于统计输入脉冲CP个数的电路。 本次设计统一采用74LS390D计数芯片，74LS390D是一种双四位十进制计数器。其功能表如表2.1所示。 表2.1 BCD计数顺序 数字时钟设计实验报告 电子课程设计题目：数字时钟 数字时钟设计实验报告一、设计要求： 设计一个24小时制的数字时钟。 要求：计时、显示精度到秒；有校时功能。采用中小规模集成电路设计。 发挥：增加闹钟功能。 二、设计方案： 由秒时钟信号发生器、计时电路和校时电路构成电路。 秒时钟信号发生器可由振荡器和分频器构成。 计时电路中采用两个60进制计数器分别完成秒计时和分计时；24进制计数器完成时计时；采用译码器将计数器的输出译码后送七段数码管显示。 校时电路采用开关控制时、分、秒计数器的时钟信号为校时脉冲以完成校时。 三、电路框图： 图一 数字时钟电路框图 四、电路原理图： （一）秒脉冲信号发生器 秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。 ? 振荡器: 通常用555定时器与RC 构成的多谐振荡器，经过调整输出1000Hz 脉冲。 ? 分频器: 分频器功能主要有两个，一是产生标准秒脉冲信号，一是提供功能 扩展电路所需要的信号，选用三片74LS290进行级联，因为每片为1/10分频器，三片级联好获得1Hz 标准秒脉冲。其电路图如下： 图二 秒脉冲信号发生器 译译译时计 分计秒计 校 时 电 路 秒信号发生器 （二）秒、分、时计时器电路设计 秒、分计数器为60进制计数器，小时计数器为24进制计数器。 ?60进制——秒计数器 秒的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成60进制计数器。当计数到59时清零并重新开始计数。秒的个位部分的设计：利用十进制计数器CD40110设计10进制计数器显示秒的个位。个位计数器由0增加到9时产生进位，连在十位部计数器脉冲输入端CP，从而实现10进制计数和进位功能。利用74LS161和74LS11设计6进制计数器显示秒的十位，当十位计数器由0增加到5时利用74LS11与门产生一个高电平接到个位、十位的CD40110的清零端，同时产生一个脉冲给分的个位。其电路图如下： 图三60进制--秒计数电路 ?60进制——分计数电路 分的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成60进制计数器。当计数到59时清零并重新开始计数。秒的个位部分的设计：来自秒计数电路的进位脉冲使分的个位加1，利用十进制计数器CD40110设计10进制计数器显示秒的个位。个位计数器由0增加到9时产生进位，连在十位部计数器脉冲输入端CP，从而实现10进制计数和进位功能。利用74LS161和74LS11设计6进制计数器显示秒的十位，当十位计数器由0增加到5时利用74LS11与门产生一个高电平接到个位、十位的CD40110的清零端，同时产生一个脉冲给时的个位。其电路图如下： 目录 一、设计实验条件 (2) 二、设计任务及要求 (2) 1.设计任务 (2) 2.要求 (2) 三、设计报告内容 (2) 1.前言 (2) 2.总体方案设计 (3) 1)系统总体结构 (3) 2)芯片及其余部分选择 (3) 3.硬件电路设计 (4) 1)AT89S52单片机最小系统 (4) 2)显示电路与AT89S52单片机接口电路设计 (5) 4.软件设计 (5) 1)主程序框图 (5) 2)显示程序框图 (6) 5.调试与测试结果 (6) 1)实时显示 (6) 2)修改显示内容 (7) 3)闹钟功能 (8) 6.心得体会 (8) 四、附录 (9) 1)程序 (9) 2)系统电路图 (20) 一、设计实验条件 微机原理与接口实验室 二、设计任务及要求 1.设计任务 采用AT89S52单片机及显示电路完成小时、分钟、秒的实时显示； 2.要求 （1）总体方案设计 （2）硬件电路设计 （3）软件设计 （4）调试与测试结果 （5）程序清单和系统原理图 三、设计报告内容 1.前言 随着单片机技术的不断发展，单片机软硬件水平的不断提高，单片机已渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将产生非常重要的作用。 现在我们可以随意看到电子钟，电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合需要数字电子钟，所以其极具有推广价值。 数电数字时钟课程设计-- 数字电子钟逻辑电路设计 数字电子技术 课程设计报告 姓名: 张保军 班级：电科102 学号：1005B223 数字电子钟逻辑电路设计 一、简述 数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时、日的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确，显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用。小到人们日常生活中的电子手表，大到车站、码头、机场等公共场所的大型数显电子钟。 数字电子钟的电路组成方框图如图1.1所示。 显示器译码器7进制周计数器 显示器 译码器 24进制时 计数器 显示器 译码器 60进制分 计数器 显示器 译码器 60进制秒 计数器 日校分校 时校秒校 单次或连续脉冲晶体振荡器分频器1Hz 图1.1 数字电子钟框图 由图1.1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；校时电路；六十进制秒、分计数器，二十四进制（或十二进制）计时计数器；秒、分、时的译码显示部分等。 二、设计任务和要求 用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分、秒的数字电子钟，要求如下： 1.由晶振电路产生1Hz标准秒信号。 2.秒、分为00～59六十进制计数器。 3. 时为00～23二十四进制计数器。 4. 周显示从1～日为七进制计数器。 5. 可手动校时：能分别进行秒、分、时、日的校时。只要将开关置 于手动位置，可分别对秒、分、时、日进行手动脉冲输入调整或连续脉冲输入的校正。 6. 整点报时。整点报时电路要求在每个整点前呜叫五次低音 （500Hz），整点时再呜叫一次高音（1000Hz）。 三、可选用器材 1. 通用实验底板 2. 直流稳压电源 3. 集成电路：CD4060、74LS74、74LS161、74LS248及门电路 4. 晶振：32768 Hz 5. 电容：100μF/16V、22pF、3～22pF之间 6. 电阻：200Ω、10KΩ、22MΩ 7. 电位器：2.2KΩ或4.7KΩ 8. 数显：共阴显示器LC5011-11 9. 开关：单次按键 目录 一、设计目的、意义 (1) 二、设计内容 (1) 1总体设计方案简介 (1) 2单元电路设计 (2) 3总电路图 (6) 4仿真结果 (7) 三、结果分析 (8) 四、设计总结 (8) 五、设计心得 (9) 参考文献 (10) 附录 (11) 一、设计目的、意义 1．巩固和加深对电子线路基本知识的理解，提高综合运用课程知识的能力。 2．培养学生根据课程需要自学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的能力。 3．通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。 4．掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会简单电路的调试和整机指标测试方法，提高动手能力。 5．了解与课程有关的电子线路及元器件工程技术规范，按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计的实验结果，能正确绘制电路图。 二、设计内容 1.总体设计方案简介 电路总体框图如图2.1所示： 图2.1 数字钟原理框图 电路由振荡器、分频器、“时”“分”“秒”对应的计数器、译码显示器、校时电路、整点报时电路和闹钟电路等构成。 电路的工作原理是：振荡器产生稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器计满60后向分计数器进位，分计数器计满60后向时计数器进位，时计数器设置成24进制计数器。计数器的输出送译码显示器显示。计时出现误差时可以用校时电路进行校时、校分、校秒。由分计数器、秒计数器的结果控制整点报时电路。当时计数器、分计数器计数到与闹钟设置电路设置的时间相同时实现闹钟功能，蜂鸣器响一分钟。 2．单元电路设计 1). 振荡器 由555定时器构成的多谐振荡器 产生1kHz的脉冲信号，电路参数如图 2.2。通过调节R3在输出端得到比较精 准的1kHz脉冲信号。 2). 分频器 分频器的功能有两个：一是产生标 准脉冲信号，二是提供整点报时电路用 的1kHz的高音频信号和500Hz的低音 频信号。选用三片74LS90完成上述功 能。第一片的Q A端输出频率为500Hz， 第二片的Q D端输出为10Hz，第三片的 Q D端输出为1Hz。电路如图2.3。 图2.2 振荡器 图2.3 分频器 课程名称：数字电路逻辑设计课程设计设计项目：数字电子钟 学生姓名： 同组人：高爽 一．设计目的 1.掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法； 2.进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力； 3.提高电路布局﹑布线及检查和排除故障的能力； 4.培养书写综合实验报告的能力。 二 . 设计要求 1.设计一个具有时、分、秒显示的电子钟（23小时59分59秒）； 2.应该具有手动校时校分的功能； 3.应该具有整点报时功能：从59分51秒起(含59分51秒)，每隔2秒发出一次蜂鸣，连续5次； 4.使用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验箱上进行组装、调试； 5.画出框图和逻辑电路图，写出设计、实验总结报告。 三 . 设计原理 1.数字电子钟基本原理 数字电子钟的逻辑框图如下图所示。它由555集成芯片构成的振荡电路、分频器、计数器、显示器和校时电路组成。555集成芯片构成的振荡电路产生的信号经过分频器作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。 2.数字电子钟单元电路设计 时钟脉冲已经由实验箱提供,实验箱提供的是秒脉冲； 显示电路已经由实验箱提供。 (1)计数器电路 A．秒个位计数器，分个位计数器，时个位计数器均是十进制计数器； B．秒十位计数器，分十位计数器均是六进制计数器； C．时十位计数器为二进制计数器 因此，选择74LS90可以实现二-五-十进制异步计数器芯片实现上述计数功能。 时位计数器 分位计数器 秒位计数器 (2)手动校时电路 当数字钟走时出现误差时，需要校正时间。校时电路实现对“时”“分”“秒”的校准。在电路中设有正常计时和校对位置。本实验实现“时”“分”的校对。对校时的要求是：在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分钟校正时不影响秒和小时的正常计数。 手动校时电路图 (3)整点报时电路 整点报时功能：即从59分51秒起(含59分51秒)，每隔2秒发出一次蜂鸣，连续5次。数字电子钟课程设计实验报告
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