武汉理工数字电子技术课程设计

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 多功能数字电子钟的设计与实现初始条件：1.555定时器构成的多谐振荡器2.集成芯片74LS903.集成芯片74LS484.共阴极七段数码管要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）一、设计任务设计一个秒、分为六十进制，时为二十四进制计数功能并能通过数码显示器显示的正常工作的多功能数字钟。

二、设计要求1.准确计时，六个数码显示器分别以数字形式显示时、分、秒的时间；2.小时的计时要求为二十四进制进位，分和秒的计时要求为六十进制进位；3.在数字钟运行的情况下，能修改时、分的数值，且不影响数字钟正常的计数功能；4.画出框图和逻辑电路图，写出设计、实验总结报告；4.用555定时器设计一个频率为1Hz的多谐振荡器，其输出脉冲作为秒计时电路的输入脉冲。

三、发挥部分1.用计数电路和译码显示电路显示年、月、日数值或其它时间信息（如农历月、日等）；2.具有记事本或备忘录的功能，即可以设置任意时刻的报时功能；3.具有报时功能，即时间显示接近整点时，有喇叭鸣叫（或产生其他提示信号）功能。

4.仿广播台正点报时；5.触摸报整点时数。

四、课程设计报告书1.注意内容的完整和格式的规范；2.完成课程设计报告书。

时间安排：指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录一、多功能数字电子钟的设计 (6)1.1数字电子钟的基本原理 (6)1.2数字电子钟的系统组成 (6)二、数字电子钟设计方案的选择及论证 (7)2.1设计方案的选择 (7)2.2设计方案的论证 (10)三、数字电子钟单元电路设计及总体电路组成 (11)3.1单元电路的设计 (11)3.2总体电路的设计与组成 (21)四、仿真及实物图 (22)4.1数字电子正常的走时仿真图 (22)4.2数字电子钟校时仿真图 (23)4.3数字电子钟整点报时仿真图 (23)4.4实物图 (24)五、设计总结 (25)六、参考文献 (25)七、元件清单 (26)摘要数字电子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逻辑电路。

多功能数字电子钟基本部分包括脉冲产生电路，计数电路，译码电路，数码管显示电路，校时电路，报时电路。

在此基础上，我提出了一个方案。

具体实现为：用555定时器制作一个多谐振荡器产生标准的1秒的标准的秒信号，60秒为一分；同样设计，60分为一小时，并以24小时为一计时周期；各自引到显示器能显示时分秒，具有校时，校分，校秒功能。

通过调试和测量，完成了题目的基本部分和其中一个发挥部分。

关键词：计数译码显示脉冲AbstractA digital electronic clock from principle speaking is one kind of typical circuits. Including combination logic circuit and sequential logic circuits .The basic parts of multifunctional digital electronic clock include pulse circuit, counting circuit, decoding circuit, digital display circuit, timing circuit, timekeeping circuit. On the base, a kind of program is put forward. The special implementation consists of astable multivibrator made by a 555 timer produces a standard one second signal, and every sixty seconds is equal to one minute. By the same way every sixty minutes is equal to one hour, every twenty-four hours is equal to one day, thus forming a circle. Link them to the digital tube to show the time. And the design electronic clock has the function of setting hour, setting minute .By debugging and measuring, we compete the basic part and one of the exertive part .Key word: count ; decode; show; pulse.多功能数字电子钟一、数字电子钟的基本原理及系统组成1.1数字电子钟的基本原理数字电子钟是一个将“时”、“分”、“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。

多功能电子时钟实际上是一个标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。

多功能电子时钟是采用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。

具体实现为：用石英晶体振荡器或555振荡器产生1秒的标准“秒”信号；设计60进制计数器，即60秒累计为一分；同样设计，60分为1小时，并以24小时为一计时周期；各自引到显示器能显示“时”、“分”、“秒”；具有整点报时功能，要求报时声音四低一高，最后一响为整点；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时间信号必须做到标准稳定。

如果数字时钟走时有误差，应有校时电路校正。

1.2数字电子钟的系统组成数字电子钟由振荡器、计数器、译码器、显示器、校时电路等基本组成部分以及报时电路、闹钟电路等扩展部分组成。

1.2.1 振荡器电路振荡器电路（可以含分频器电路）给数字电子钟提供一个频率稳定准确的1Hz 的方波信号，可以保证数字电子钟走时准确及稳定。

1.2.2 计数器电路计数器电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器、时个位和时十位计数器电路组成，其中根据设计要求，秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器电路各自组成六十进制计数器，时个位和时十位计数器电路组成二十四进制计数器。

1.2.3 译码、显示电路译码电路和显示器可作为一个整体，将六个计数器芯片的输出经译码器译码输入到数码管，显示成十进制数，符合人们的日常计数习惯。

1.2.4 校时电路当需要校时时，将校时信号输入，即可改变秒、分、时的数值，且不影响正常的计数功能。

其组成框图如图1.1所示：图1.1 数字电子钟系统框图二、数字电子钟设计方案的选择及论证2.1设计方案选择方案一：采用10进制计数器74LS192来实现时间计数单元的计数功能。

秒个位为十进制，无需转换。

秒十位为六进制，需用与非门实现异步置数。

分显示电路与秒显示电路类似。

如图2.1所示。

图2.1 秒、分计时电路时十位为3进制，当时十位为0、1时，时个位为10进制；当时十位为2，时个位为4时，即需要一与非门将整体电路置数为0.如图2.2所示。

图2.2 时计数电路采用石英晶体振荡器（含分频器）产生1Hz时钟脉冲。

方案一总原理图如2.3所示。

图2.3 方案一总原理图方案二：采用异步二—五—十进制计数器74LS90实现计时功能。

秒个位为十进制，无需转换。

秒十位为六进制，可直接用导线实现异步清零。

分显示电路与秒显示电路类似。

时十位为3进制，当时十位为0、1时，时个位为10进制；当时十位为2，时个位为4时，也可直接用导线将整体电路置数为零。

计数电路无需使用门电路。

秒脉冲电路采用555定时器构成的多谐振荡器。

其基本原理图如图2.4所示。

图2.4 方案二的总原理图方案三：采用单片机STC89C52RC芯片以及相关的芯片来实现多功能数字电子钟。

该设计选用一线制温度计DS18B20作为温度传感器，实时时钟芯片DS1302提供当前日期和时间数据，并将实时的日期和温度数据在字符型液晶显示器LCD1602上显示出来。

本方案设计了一种基于STC公司的STC89C52单片机，使用Dallas 的一线制数字温度计DS18B20作为温度传感器。

本方案的多功能数字电子钟采用数字电路对日期和温度进行控制设置，采用LCD液晶显示，以二十四小时的计时方式，根据LCD液晶显示原理进行显示，定时器计数。

在多功能数字电子钟中，电路具有显示日期、时间、温度的基本功能，还可以实现对它们的调整。

本方案要达到的设计目的有：具有时间显示和手动校对功能，二十四小时制；具有年、月、日的显示和手动校对功能；具有显示当前星期的功能；具有闹铃功能；具有环境温度采集功能；掉电后无需重新设置时间和日期。

其总原理图如图2.5所示。

图2.5 方案三原理框图2.2 设计方案论证方案一可实现基本功能，但其计数电路多次使用门电路。

晶体振荡器虽然频率稳定性好，但价格较高，且制作时分频元件用的较多，无疑会增加成本。

方案二也可实现基本功能，且其计数电路不使用门电路，秒脉冲产生电路采用广泛使用的555振荡器，成本较低。

方案三系统不但接口设计简单、便于控制，而且具有很好的人机界面，可以通过几个按键对当前的时间进行调整，对闹钟进行随意设置，已经温度超过上下限会自动报警等功能。

但其成本会远高于前两个方案。

综上所述，我选择方案二。

三、 数字电子钟单元电路设计及总体电路组成3.1单元电路设计3.1.1 振荡器的设计振荡器是计时器的核心，其作用是产生一个标准频率的脉冲信号。

石英晶体振荡器的稳定度性好，精度高，但分频电路元件较多，且价格昂贵，故不采用。

因此采用集成电路555定时器与RC 组成的多谐振荡器。

输出的脉冲频率为=2)2+(1=121In C R R f 1KHz ，周期T =1=f S 1ms 。

取电阻为千欧级，电容0.01uF 和0.1uF 。

但需用三片74LS90级联做分频电路，其单元电路如图3.1.1，图3.1.2所示。

图3.1.1 555定时器构成的振荡器电路图3.1.2 三片74LS90构成的分频电路图考虑到三片74LS90集成芯片的成本，我采用555振荡器直接产生输出脉冲频率为1Hz 的方波。

其中，19.019R K =Ω，2721.5R K =Ω，100l R =Ω，电容C 为C=1uF ,电容=0.01uF f C ,输出的脉冲频率为=2)2+(1=121In C R R f 1Hz,单元电路图如图3.1.3所示。

图3.1.3 555定时器构成的输出为1Hz 的脉冲的振荡器 工作原理：接通电源V CC 后，V CC 经电阻R 1和R 2对电容C 冲电，其电压C U 按由0按指数规律上升。