数电课设多功能数字钟

课 程 设 计题 目多功能数字钟的设计及实现学 院 信息工程学院 专 业 电子信息工程 班 级 电信1406班 姓 名 叶文岚 指导教师胡君萍2016年7月1日学号： 29课程设计任务书学生姓名：叶文岚专业班级：电信1406班指导教师：胡君萍工作单位：信息工程学院题目:多功能数字钟的设计仿真及制作初始条件：利用集成译码器、计数器、定时器、数码管、脉冲发生器和必要的门电路等数字器件实现系统设计。

要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1 周内完成多功能数字钟电路的设计、仿真、装配及调试。

2、技术要求：① 设计一个数字钟。

要求用 4 位数码管显示时间，格式为 00：00。

②具有 60 进制和 24 进制（或 12 进制）计数功能，秒、分为60 进制计数，时为 24 进制（或 12 进制）计数。

③有译码、七段数码显示功能，能显示时、分、秒计时的结果。

④设计提供连续触发脉冲的脉冲信号发生器，⑤具有校时单元、闹钟单元和整点报时单元。

⑥确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。

3、查阅至少 5 篇近 5 年参考文献。

按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。

全文用 A4 纸打印，图纸应符合绘图规范。

时间安排：1）第 1-2 天，查阅相关资料，学习设计原理。

2）第 3-4 天，方案选择和电路设计仿真。

3）第 4-5 天，电路调试和设计说明书撰写。

4）第 6 天，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要AbstractII1引言02设计方案及论证13电路原理及方案33.1 单元电路方案43.1.1振荡器的设计43.1.2时、分、秒计数器的设计53.1.2.1秒计数器电路63.1.2.2分计数器电路73.1.2.3时计数器电路83.1.3译码驱动及显示电路的设计83.1.4校时电路的设计113.1.5整点报时电路的设计133.1.6闹钟电路的设计144仿真结果及分析174.1仿真结果错误!未定义书签。

4.2仿真结果分析184.2.1时钟脉冲仿真结果184.2.2时钟显示和校时电路仿真184.2.3闹钟电路及报时电路仿真19 5实物焊接及调试186收获及体会197参考文献20附录1元件清单21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，及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，因此得到了更加广泛的使用。

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和时序逻辑电路。

目前，数字式闹钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。

数字式闹钟适用于自动打铃、自动广播，也适用于节电、节水及自动控制多路电器设备。

它是由数字钟、定时电路、放大执行电路、电源电路组成。

具有电路结构简单、动作可靠、使用寿命长、容易更改设定时间、制造成本低等优点。

本次设计的多功能数字钟需要实现计数显示、校时、整点报时以及闹钟的功能。

从有利于学习数字电路知识的角度考虑，这里主要介绍以中小规模集成电路设计多功能数字钟的方法。

关键词：多功能数字钟；数字电路；中小规模集成电路。

AbstractDigital clock is a kind of when using a digital circuit technology, minutes and seconds timer device has higher accuracy compared with the mechanical clock and intuitive, and no mechanical device, has a longer service life. So has been more widely used.Digital clock in principle is a typical digital circuit, including the combinational logic and sequential circuits. At present, the digital alarm clock function is stronger and stronger, and there are a variety of special selection of large scale integrated circuit. Digital alarm clock is suitable for automatic ringing the bell, automatic radio, can also be applied to electricity saving, water saving and automatic control multi-channel electrical equipment.With simple structure,reliable operation,long service life change the setting time for easy and low manufacturing cost etc.The multi-function digital clock design needs to implement counter display, school hours, the whole point timekeeping and alarm functions. Conducive to learning from the viewpoint of a digital circuit knowledge, here we are introduced to small and medium-scale integrated circuit design multifunction digital clock approach.Keywords: multi-function digital clock; digital circuit ; medium-scale integrated circuit多功能数字钟的设计及实现1引言多功能数字钟具有时间显示、闹钟设置、环境温度测量、电网电压、电网频率显示，闹铃控制和电网电压的过压、欠压报警等功能,深受人们欢迎。

数字钟是采用数字电路实现对时,分,秒数字显示的计时装置,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,由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, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。

诸如定时自动报警、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用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。

因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

因此，此次设计及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。

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。

它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒。

2设计方案及论证基于多功能数字钟的设计要求可知；数字钟应具有60进制和24进制的计数功能、译码显示功能、校时功能和闹钟功能，针对以上功能的实现方法，有以下三种实现方案：方案一：采用中小规模集成电路实现采用中小规模集成逻辑电路可以实现数字钟的时分秒计时功能、校时功能、整点报时功能、闹钟功能，计时模块采用时钟信号触发，不需程序控制。

所有功能模块的主要部件都使用集成芯片。

此方案正是所学的数电知识应用，可以加深对逻辑电路的理解，符合此次设计的要求。

扩展电路方案二：EDA技术实现采用EDA作为主控器外围电路进行电压、时钟控制、键盘和LED控制。

但此方案逻辑电路复杂，外围设备多，灵活性较低，不利于扩展。

且设计的大多是未学知识，不能达到此次设计的目的。

方案三：单片机编程实现利用AT89S51单片机和74HC573八位锁存器以及利用C 语言对AT89S51进行编程实现数字钟的时间显示，单片机的知识尚未学习，而且运用单片机显得数电课设意义不大，不能达到此次设计的目的。

综上，根据自身的知识贮备和方案比较，我决定采取方案一。

因为方案一简便灵活，扩展性好，而且正好是所学知识的应用，可以对逻辑器件的使用增加经验，同时符合此次数字电路设计的要求及初衷。

3 电路原理及方案扩数字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及标准时间一致，故需要在电路上加一个校时电路。

同时必需以标准的1HZ 时间信号作为时钟驱动。

通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。

图3.1.1所示为数字钟的一般构成框图。

1．振荡器电路：振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。

2．计数器电路：计数电路由秒计数器、分计数器、时计数器电路构成，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24进制计数器。

3．译码器电路：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。

4．整点报时电路：一般时钟都应具备整点报时电路功能,即在时间出现整点前数秒内,数字钟会自动报时,以示提醒.其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波,较复杂的也可以是实时语音提示。

5．校时电路：由于计数的起始时间不可能及标准时间一致，故需要在电路上加一个校时电路。

校时电路用以重新接通电源或走时出线误差时都需要对时间进行校正。

有时校正和分校正功能，在小时校正时不影响分和秒的政策计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。

3.1 单元电路方案3.1.1振荡器的设计由集成电路定时器555及RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。

多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号，便能自动产生矩形（脉冲）波。

根据555的引脚图以及其功能表，再结合数电课上所学知识，用NE555芯片以及外围电路搭建成一个多谐振荡器，通过设计外围电路的参数输出方波频率为1KHz，故称为方波发生器。

脉冲的频率计算公式为：2ln)2(121CRRf+=。

在此选择R1=100Ω，R2=1000Ω，C1=47uF，C2=0.01uF。