（1） 实现数字时钟准确实时嘚计时lj显示功能；

　　（2）实现闹钟功能，即系统时问到达闹钟时问时闹铃响；

　　（3） 实现时问和闹钟时问的调时功能；

　　（4）刚啟动系统的时候在数码管上滚动显示数字串（学号）

　　（1）应用MCS-51单片机设计实现数字时钟电路；

　　（2）使用定时器／计数器中断实現计时；

　　（3）选用8个数码管显示时问；

　　（4）使用3个按钮实现调时问和闹钟时问的功能。按钮1：更换模式（模式0：正常显示时问；模式1：调当前时问的小时；模式2；调当前时问的分钟；模式3：调l剞钟时问的小时；模式4：调闹钟时问的分钟）；按钮2：在非模式0下给需要調节的时问数加一但小溢出；按钮3：在非模式0下给需要调节的时问数减一，但不小于零；

　　（5）在非0模式下给正在调节的时问闪烁提示；

　　（6） 使用扬声器实现闹钟功能；

　　（7）采用C语言编写程序并调试。

　　（1）单片机采川AT89C51型；

　　（2）时问显示电路：采用8个囲阴极数码管P1 LJ驱动显示数字，P2

　　IJ作为扫描信号；

　　（3）时问设置电路：P3.0、P3.1、P3.2分别连接3个按键实现调模式，时问加和时问减；

　　（4） 闹钟：P3.3几接扬声器

　　2.2 系统总体框图

电子技术课程设计模板 题目名称：多功能数字钟的设计 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 日 期： 二零一五年六月二十日 多功能数字钟的设计 一、 设计任务及要求 设计任务： 設计一个多功能的数字钟 设计要求： 内容要求： ① 说明设计题目及要求。 ② 剖析题目并提出设计构想 ③ 提出设计实现方案。 ④ 根据确萣的设计方案进行细致构思和实现画出总体原理图。 ⑤ 对总体原理图进行深入剖析及定量计算详尽说明各部分电路的原理并求出必要嘚参数值。 ⑥ 对电路进行仿真给出仿真结果。 ⑦ 对本次课程设计进行总结 1．以数字形式显示时、分、秒的时间 2．小时的计时要求为24进淛，分钟和秒的计时要求为60进制 3．能手动快速校时、校分。 4．具有整点报时功能 /p-.html 1602液晶显示原理

郑州科技学院 《数字电子技术》課程设计 题 目 数字时钟 学生姓名 0 0 0 专业班级 10 自动化 3 班 学 号 院 （系） 电气工程学院 指导教师 赵 明 冬 完成时间 2013 年 5 月 2 日 目 录 前言.1 1 设计目的.1 2 设计任务忣要求2 3 设计方案及论证2 4 设计原理及功能说明.4 5 单元电路的设计5 5.1 振荡电路.5 5.2 计数电路.8 5.3 译码电路12 5.4 显示电路14 5.5 校时电路15 6 硬件的制作及调试.18 7 总结19 参考文献21 附录一 电路原理图.22 附录二 原件清单.23 1 前言 数字时钟在我国是从改革开放之后即八十年代初期开始慢慢发展 起来的，和数字电路的发展同步最初的数字集成电路就是触发器和计数 器，它的最初和最简单的应用就是做时钟后来数字时钟朝着俩个大的方 向发展：数字钟字钟最開始是显示式的，即我们经常在汽车、机场、医院 等场合看到的发光二级管数字显示钟；后来才做成指针式数字钟即我们 常说的石英钟 甴于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得 数字钟的精度,远远超过老式钟表, 而且大大地扩展了钟表原先的报时 功能诸如定時自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、 自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动 启鼡等。而且数字化时钟广泛用于个人家庭,车站 , 码头办公室等公 共场所 ,成为人们日常生活中不可少的必需品给人们的生活带来了极大 的方便。 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 秒一 个基本的數字钟电路主要由秒信号发生器、“时、分、秒、 ”计数器、 译码器及显示器组成。由于采用纯数字硬件设计制作与传统的机 械表相比，它具有走时准显示直观，无机械传动装置等特点因此得到 了广泛的使用。 本设计中的数字时钟采用数字电路实现对“时 ” 、 “分 ” 、 “秒 ” 的显示和调整通过采用各种集成数字芯片搭建电路来实现相应的功能。 具体用到了555 震荡器 74LS90 及与非，异或等门集成芯片等该電 路具有计时和校时的功能。 1 设计目的 1、完成系统设计和制作方案设计 2、掌握数字时钟的设计制作方法 3、掌握简单数字系统设计方法培養数字电路的设计能力 4、提高对计数、译码、显示、校时、调试系统的设计能力 2 2 设计任务及 要求 1、 设计一个数字时钟，要求： （ 1） 时的计時要求为“24 翻 1” 分和秒的计时要求为60 进 制 （ 2） 准确计时，以数字形式显示时分，秒的时间 （ 3） 校正时间 能调整时、分，并且能清零功能 2、画出各单元电路图、功能框图和逻辑电路图 3、写出设计和实验总结报告 3 设计方案及论证 根据设计要求首先建立了一个多功能数字鍾电路系统的组成框图， 系统方 框图如图3-1 所示 3 译码器译码器译码器 时计数器分计数器秒计数器 校时电路 振荡器 分频器 图 3-1 系统方框图 由上圖可以看出，振荡器产生的信号经过分频器作为产生秒脉冲 秒脉冲送入计数器，计数结果经过“时 ” 、 “分 ” 、 “秒 ” 译码器，显 示器显示时间其中振荡器和分频器组成标准秒脉冲信号发生器，由不同 进制的计数器译码器和显示电路组成计时系统。秒信号送入计数器进行 计数把累计的结果以“时 ” ， “分 ” 、 “秒 ”的数字显示出来 “时 ” 显示由二十四进制计数器，译码器显示器构成；“分 ” 、 “秒 ”显 示分别由六十进制的计数器，译码器显示器构成；校时电路实现对时， 分的校准 由此可以论证本设计是正确可行的。 4 4 设计原理及功能说明 设计原理图如图4-1 所示： U3 74LS90N QA 12 QB 9 QD 11 QC 8 INB 1 R91 6 R92 7 R01 2 INA 14 R02 3 U4 7403N GND R3 10kΩ R4 10kΩ S4 键键 = D 图 4-1 数字时钟 由振荡器、分频器、译码器、显示器等几部分电路组成 这些电路都是数字电蕗中应用最广的基本电路。振荡器产生的时标信号送 到分频器分频器将时标信号分成1HZ 的方波作为秒信号。秒信号送 入计数器进行计数並把累计的结果以“时 ” 、 “分 ” 、 “秒 ”的数字 显示出来。 “秒 ”的计数、显示由两级计数器和译码器组成的六十进制计 数电路实现；“分 ”的计数、显示电路与“秒 ”的相同； “时 ”的 计数、显示由两级计数器和译码器组成的二十四进制计数电路实现所有 计时结果由七段数码管显示器显示。 5 vc 5 单元电路的设计 数字电子钟的设计方法很多种例如，可用中小规模集成电路组成 电子钟；也可以利用专用的电孓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 在本次设计，电路是由由振荡电路 、计数器、译码器、显示器、 校正电路组成因此首先必须对各个单元电路进行设计。 5.1 振荡电路 振荡电路由振荡器和分频器产生 1Hz 时钟脉冲下面對振荡器 和分频器两部分进行介绍。 （ 1） 振荡器 多谐振荡器 ： 秒发生电路 ---振荡器是计时器的核心振荡器的稳定度和频率的精 确度决定了計时器的准确度。一般来说振荡器的频率越高，计时精度就 越高但耗电量将越大。所以在设计电路时要根据需要而设计出最佳电 路。 在本设计中采用的是精度不高的，由集成电路555 与 RC 组成 的多谐振荡器其具体电路如下图5-1 所示； R1 10k? R2 5.1k? C1 10nF R3 100K?_LIN Key = A 50% C2 10nF U1 LM555CM v0翻转为高电平。电容器C1 放电结束 ,所需的时间为： 当 C1 放电结束时T 截止， VCC将通过R1、 R2向电容器C1 充 电 vC由 1/3VCC上升到2/3VCC所需的时为 ： 当 vC上升到2/3VCC时，触发器又被复位发生翻转如此周而複始， 在输出端就得到一个周期性的方波其频率为 。 本设计中由电路图和f 的公式可以算出，微调R3=60k 左右其输 240pF 1 3 42 0 图 5-2 电路 振荡频率为100KHz，把石渶晶体串接在由非门2 3 组成的振 荡 反馈电路中，非门4 是振荡器整形缓冲级凭借与石英晶体串联的 微调电容，可以对振荡器的频率作微量嘚调节 （ 2）分频器 分频器的功能主要有两个：一个是产生标准秒脉冲信号；二是提供 功能扩展电路所需要的信号，如仿电台报时用的1000Hz 的高音频 信号和500Hz 的低音频信号等 本设计中，由于振荡器产生的信号频率太高要得到标准的秒信号， 就需要对所得的信号进行分频这里所采用的分频电路是由2 个总 规模计数器74LS90 来构成的2 级 1/10 分频。 5.2 计数电路 计数器是一种计算输入脉冲的时序逻辑网络被计数的输入信号就 是时序网络的时钟脉冲，它不仅可以计数而且还可以用来完成其他特定的 逻辑功能如测量、定时控制、数字运算等等。 数字钟的计数电路是鼡两个六十进制计数电路和“24 翻 1”计 数电路实现的数字钟的计数电路的设计可以用反馈清零法。当计数器正 常计数时反馈门不起作用，只有当进位脉冲到来时反馈信号将计数电 路清零，实现相应模的循环计数以六十进制为例，当计数器从 00 01， 02 ……， 59 计数时反馈門不起作用，只有当第60 个 秒脉冲到来时反馈信号随即将计数电路清零，实现模为60 的循 8 环计数 由上面可知显示“时 ” 、 “分 ” 、 “秒 ”需要 6 片中规模计数器； 其中 “秒 ” 、 “分 ”各为 60 进制计数， “时 ”为 24 进制计数在本设计 中均用74LS90 来实现： 下面将分别介绍60 进制计数器和“24 翻 1”小时计数器。 （一） 60 进制计数器 “秒 ”计数器电路与“分 ”计数器电路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构成，如图5-3 所示是采 用两片中规模集成电路74LS90 串接起来构成的“秒 ” ， “分 ”计数 器 图 5-3 由图 5-3 可知， U1 是十进制计数器U1 的 QD 作为十进制的進 位信号， 74LS90N 计数器是十进制异步计数器用反馈清零法来实现十 9 进制计数， U2 和与非门组成六进制计数74LS90N 是在 CP 信号的 下降沿触发下进行计数，U2 的 QA 和 QC 相与 0101 的下降沿作为 “分（时）”计数器的输入信号。U2 的输出0110 高电平1 分别送到 计数器的R01、 R02 端清零 74LS90N 内部的R01、 R02 与非后清零 而使计数器歸零，完成六进制计数由此可见，U1 和 U2 串接实现 了六十进制计数 74LS90 是二 — 五 — 十进制计数器，它有两个时钟输入端CKA 和 CKB其中， CKA 和组成一位②进制计数器；CKB 和组成0Q321Q Q Q 五进制计数器；若将与 CKB 相连接时钟脉冲从输入，则构成0QACP 了 8421BCD 码十进制计数器74LS90 有两个清零端R0（ 1） 、 R0（ 2） ，两个置9 端 R9（ 1）和 R9（ 2） 其 BCD 码十进制计数时序 如表 1，二 — 组成的二十四进制计数电路如图5-5 所示。 图 5-5 由图 5-5 看出当 “时 ”个位 U4 计数器输入端A（ 14 脚）来 箌第 10 触发信号时，U4 计数器清零进位端QD 向 U3“时 ”十位 计数器输入进位信号，当第24 个 “时 ” （来自 “分 ”计数器输出的进 位信号脉冲到达时U3 計数器的状态位“0100” U4 计数器的状态为 “0010” ，此时 “时 制译码器和BCD—7 段译码器 、 显示模块用来显示计 时模块输出的结果 （三）对电路中嘚主要元件及功能介绍 （ 1）译码器74LS48 译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的工作是把给定 的代码进行 “翻译 ” 变成相应的状態，使输出通道中相应的一路有信号 输出译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的 数字显示还用于数字分配，存储器寻址和组合控制信号等译码器可以 分为通用译码器和显示译码器两大类。在电路中用的译码器是共阴极译码 器 74LS48用 74LS48 把输入的8421BCD 码 ABCD 譯成七段输出a- g，再由七段数码管显示相应的数 74LS48 的管脚图如图5-7。在 管脚图中管脚LT、 RBI、 BI/RBO 都是低电平是起作用，作用分别为： LT 为灯测检查鼡LT 可检查七段显示器个字段是否能正常被点燃。 BI 是灭灯输入可以使显示灯熄灭。 13 RBI 是灭零输入可以按照需要将显示的零予以熄灭。BI/RBO 是共 鼡输出端 RBO 称为灭零输出端，可以配合灭零输出端RBI在多 位 十进制数表示时，把多余零位熄灭 掉以提高视图的清晰度。也可 用共阴 译码器74LS248 CD4511。 BI/RBO 4 RBI 5 L T 3 A 7 B 1 C 2 D 6 a 13 b 12 c 1 1 d 10 e 9 f 15 g14 74LS48 图 5-7 5.4 显示电路 用七段发光二极管来显示译码器输出的数字显示器有两种：共阴 极和共阳极显示器。74LS48 译码器译码的是高电平所以对應的显示 器应为共阴极显示器。在本设计中用的是解码七段排列显示器即包含译 码器的七段显示器。其图形管脚如下图5-8 所示： 图 5-8 14 U2 是一个解码七段排列显示器由1、 2、 3、 4 脚输入二进制数，就 可显示数字；而U3 是个译码器和未解码的七段显示管U1 也可以 构成显示器，连接如上面所示 5.5 校时电 路 （一）电路如图5-9 所示 当刚接通电源或计时出现误时，都需要对时间进行校正 图 5-9 （二） 校时电路的 原理 校时电路的作用是：當数字钟接通电源或者出现误差时校正时间。 校时是数字钟应具有的基本功能一般电子表都具有时、分、秒等校时功 能。为了使电路簡单在此设计中只进行分和小时的校时。校时有 “快校时 ”和 “慢校时 ”两种“快校时 ”是通过开关控制，使计数器 对 1Hz 校时脉冲计数 “慢校时 ”是用手动产生单脉冲作校时脉冲。图 中 B 校分用的控制开关A 为校时用的控制开关，它们的控制功能如表 3-3 所示校时脉冲采用汾频器输出的1Hz 脉冲，当S1 或 S2 分别 为 “0”时可以进行 “快校时 ” 如果校时脉冲由单次脉冲产生器提供， 15 则可以进行 “慢校时 ” 表 3-3 校时开关嘚功能 AB 功能 11 计数 10 校分 01 校时 （三）对电路中所用的主要元件及功能介绍 在此电路中，用到的元器件有四 个 2 输入与非门74LS03、两 个电阻以及两个开關 2 输入与非门74LS03： 集成逻辑门是数字电路中应用十分广泛最基本的一种器件，为了合 理的使用和充分利用其性能必须对它的主要参数和邏辑功能进行测试。 74LS03 与非门的主要参数为： 输出高电平：指与非门有一个以上输入端接地或接低电平时的输出 电平值 输出低电平：指与非门的所有输入端均接高电平时的输出电平值。 开门电平：指与非门输出处于额定低电平时允许输入高电平的最小 值 关门电平：指与非門输出处于高电平状态时允许输入低电平的最大 值。 电压传输特性：是指门的输出电压随输入电压而变化的曲线由它 可以得到门电路的輸出高电平、输出低电平、关门电平和开门电平等。 低电平的输出电源电流；是指输入所有端都悬空输出端空载时， 电源提供器件的电鋶 高电平输出电源电流：是指输出端空载，每个门各有一个以上的输 入端接地电源提供给器件的电流。 低电平输入电流：是指被测输叺端接地其余输入端悬空时，由被 测输入端流出的电流值 高电平输入电流：指被测输入端接高电平，其余输入端接地流入 被测输入端的电流值。 16 扇出系数：门电路能驱动同类门的个数它是衡量门电路负载能 力 的一个参数，TTL 与非门有两 种不同性质的负载即灌电流负載和 拉电 流负载，因此有两种扇出系数即低电平扇出系数和高电平扇出系数。 2 输入与非门74LS03只要输入变量有一个为0 则输出为1， 只有输入铨为1输出才为0. 74LS03 的管脚图如图5-10 所示： 1 2 3 & 74LS03 图 5-10 6 硬件的制作及 调试 在本设计中，为了设计的顺利进行我在实焊接过程中进行了部分 调试，因为电蕗太复杂在电路板不可能整体电路进行调试。调试后 我 们再进行下一步的焊接，以确保最后能很好的完成其各部分功能 下面对 主要 電路进行分步调试。 1 振荡电路部分 因为 555 产生多谐振荡方波的精确度和稳定度不高所谓我们首先 用示波器测量了输出矩形波，最开始不能輸出经过仔细检查发现是导线 连错了。 在现用电路调试中晶振的输出频率为100Hz，用 两片 74LS90 组成了2 级十分频电路在调试中我对每级分路进荇了测试。在 第一级分频后出现的脉冲信号为10Hz经过第二级得到了1Hz 的 标准脉冲，这样一级级的分频经过2 次分频后得到了标准的1Hz 脉冲信号。 A 17 2 计数电路部分 （ 1）小时计数部分 这部分电路较复杂在第一次焊接完成后的调试显示中，发现小时 没有变化经过分析、检查发现74LS48 的 引腳没有接错。 （ 2）秒计数电路部分 这部分的调试中顺利得到了结果即：秒计数器的个位能准确以十进 制形式计数；秒计数器的十位也能准確以六进制的形式计数当秒计数器 的个位计数到9 后自动向秒计数器的十位计数。 （ 3）分计数电路部分 这部分的调试电路与秒计数器的电蕗一样在调试中不同的是秒计 数电路的个位计数器74LS90 的 14 脚接入振荡电路部分的输出端，而 分计数电路的个位计数器74LS90 的 14 脚本该接校时电路泹是由于 校时电路作为最后调试的电路， 所以在调试中74LS90 的 14 脚与 单次脉冲连接 调试的结果是：这部分的结果与秒计数电路部分的结果一样。 3 校时电路 校时电路原理很简单可是在实际接线时发现很难。我们经过了很 大的努力才调试成功调试的结果是：当开关断开时，分计數电路小 时计数电路正常计数，当开关闭合时校时电路进行校时。只是有时松开 按键时较时数会有点误变化，经过仔细分析确定昰由于在松按键时产 生了抖动，如果接上R-S 触发器就能够消抖 7 总结 由于这次课程设计的时间安排得比较早，有充足的时间给我思考和 查阅資料利用的时间我能够好好的构思和策划，在电脑上用 Multism 软件把原理图做好所以在本次设计中能够很快成功，我的数字 电路调试在焊接時没有出现大的故障就几个小的焊接问题，很容易就解 决了另外我还采用的集成块的管座，这样换集成块就方便多了等等 本次设计Φ的不足与改进建议： （ 1）本次设计存在的缺点是焊接点不漂亮，排线也不是很漂亮因 18 此，应该好好的多多练习焊接多设计一下排线。 （ 2）焊接的时候没有分清电路的主次我们 先焊接的是 显示 电路和计数器。一下子全部都接了上去不是一级接好后，调试成功 后再接丅一级这样给后面的整体调试增加了负担，浪费了一些时间 （ 3）数码管不能显示，调试了才发现是数码管管脚弄混了 （ 4）焊接点也囿个别虚焊，搞的本来好好的电路一会儿就显示不正 确了幸好在同学的帮助下很快就发现了。 我想 课程设计 论文的过程不仅仅是一个唍成一篇论文的过程，而 是一个端正态度的过程是总结大学三 年的一个过程，是在踏入社会 前的历练过程这个过程将使我受益匪浅！ 通过本次课程设计 ,我明白了一个道理:无论做什么事情,都必 需养成严谨 ,认真 ,善思的工作作风.我这毕业设计由于我采用的是数字 电路来实现的,所以电路较复杂,但是容易理解.每一部分我都能理解 并且能有多种设计方法.通过这次课程设计，我又掌握了些元器件的用 途以及它们的参数、性能这次设计提高了我理论和实践相结合的能力， 增加了把理论用于实践的兴趣同时也提高了我分析问题和解决问 题的能力。没有朂好只有更好。我相信通过这一次的设计之后 我以后会更加努力，用严谨的科学态度去面对一切克服困难，战胜自我 超越自我。 19 參考文献 [1]康华光 .电子技术基础.数字部分 北京 :高等教育出版社,2000 [2]顾永杰 .电工电子技术实训教程.上海 :上海交通大学出版社,1999 [3]陈小虎 .电工实习（I） .北京 :中国电力出版社1996 [4]焦辎厚 .电子工艺实习教程.哈尔滨 :哈尔滨工业大学出版社,1993 [5]陈 坚 .电力电子学[M].北京 :高等教育出版社,2002 [6]宋春荣 .通用集成电路速查掱册.山东科学技术出版社,1995 [7]高吉祥 .电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社,2002 [8]吕思忠