基于 计数器的电子时钟设计

[数电课程设计数字电子时钟的实现] 电子时钟课程设计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Multisim7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·······························42.1设计任务············································42.2设计要求············································4第3章系统设计··········································63.1方案论证············································63.2系统设计············································63.2.1结构框图及说明·································63.2.2系统原理图及工作原理···························73.3单元电路设计········································83.3.1单元电路工作原理·······························83.3.2元件参数选择···································14第4章软件仿真·········································154.1仿真电路图··········································154.2仿真过程············································164.3仿真结果············································16第5章安装调试··········································175.1安装调试过程········································175.2故障分析············································17第6章结论···············································18第7章使用仪器设备清单··································19参考文献·················································19收获、体会和建议·········································20第1章概述数字集成电路的出现和飞速发展，以及石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度稳定度远远超过了老式的机械表，用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的数字钟在数字显示方面，目前已有集成的计数、译码电路，它可以直接驱动数码显示器件，也可以直接采用才COMS--LED光电组合器件，构成模块式石英晶体数字钟。

基于51单片机的多功能电子钟设计1. 本文概述随着现代科技的发展，电子时钟已成为日常生活中不可或缺的一部分。

本文旨在介绍一种基于51单片机的多功能电子钟的设计与实现。

51单片机因其结构简单、成本低廉、易于编程等特点，在工业控制和教学实验中得到了广泛应用。

本文将重点阐述如何利用51单片机的这些特性来设计和实现一个具有基本时间显示、闹钟设定、温度显示等功能的电子钟。

本文的结构安排如下：将详细介绍51单片机的基本原理和特点，为后续的设计提供理论基础。

接着，将分析电子钟的功能需求，包括时间显示、闹钟设定、温度显示等，并基于这些需求进行系统设计。

将详细讨论电子钟的硬件设计，包括51单片机的选型、时钟电路、显示电路、温度传感器电路等。

软件设计部分将介绍如何通过编程实现电子钟的各项功能，包括时间管理、闹钟控制、温度读取等。

本文将通过实验验证所设计的电子钟的功能和性能，并对实验结果进行分析讨论。

通过本文的研究，旨在为电子钟的设计提供一种实用、经济、可靠的方法，同时也为51单片机的应用提供一个新的实践案例。

2. 51单片机概述51单片机，作为一种经典的微控制器，因其高性能、低功耗和易编程的特性而被广泛应用于工业控制、智能仪器和家用电器等领域。

它基于Intel 8051微处理器的架构，具备基本的算术逻辑单元（ALU）、程序计数器（PC）、累加器（ACC）和寄存器组等核心部件。

51单片机的核心是其8位CPU，能够处理8位数据和执行相应的指令集。

51单片机的内部结构主要包括中央处理单元（CPU）、存储器、定时器计数器、并行IO口、串行通信口等。

其存储器分为程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。

程序存储器通常用于存放程序代码，而数据存储器则用于存放运行中的数据和临时变量。

51单片机还包含特殊功能寄存器（SFR），用于控制IO端口、定时器计数器和串行通信等。

51单片机的工作原理基于冯诺伊曼体系结构，即程序指令和数据存储在同一块存储器中，通过总线系统进行传输。

一、设计内容该课程设计是利用MCS-51单片机内部的定时／计数器、中断系统、以及行列键盘和LED显示器等部件，设计一个单片机电子时钟。

设计的电子时钟通过数码管显示，并能通过按键实现设置时间和暂停、启动控制等。

二、电子时钟设计思想：用定时／计数器T0，工作于定时，采用方式1，对12MHZ的系统时钟进行定时计数，初值设为XXYY〔自己计算〕。

形成定时时间为50ms。

用片内RAM的7BH单元对50ms 计数，计20次产生秒计数器78H单元加1，秒计数器加到60那么分计数器79H单元加1，分计数器加到60那么时计数器7AH单元加1，时计数器加到24那么时计数器清0。

然后把秒、分、时计数器分成十位和个位放到8个数码管的显示缓冲区，通过数码管显示出来。

显示格式为小时十位、小时个位---分十位、分个位---秒十位、秒个位。

在处理过程中加上了按键判断程序，能对按键处理。

三、MCS-51单片机系统简介单片机应用系统由硬件系统和软件系统两局部组成。

硬件系统是指单片机以及扩展的存储器、I\O接口、外围扩展的功能芯片以及接口电路。

软件系统包括监控程序和各种应用程序。

在单片机应用系统中，单片机是整个系统的核心，对整个系统的信息输入、处理、信息输出进行控制。

与单片机配套的有相应的复位电路、时钟电路以及扩展的存储器和I\O接口，使单片机应用系统能够运行。

在一个单片机应用系统中，往往都会输入信息和显示信息，这就涉及键盘和显示器。

在单片机应用系统中，一般都根据系统的要求配置相应的键盘和显示器。

配置键盘和显示器一般都没有统一的规定，有的系统功能复杂，需输入的信息和显示的信息量大，配置的键盘和显示器功能相对强大，而有些系统输入/输出的信息少，这时可能用几个按键和几个LED 指示灯就可以进行处理了。

在单片机应用系统在中配置的键盘可以是独立键盘，也可能是矩阵键盘。

显示器可以是LED指示灯，也可以是LED数码管，也可以是LCD显示器，还可以使用CRT显示器。

51单片机里电子时钟设计原理单片机是一种集成电路芯片，具有微处理器的所有功能。

电子时钟是一种通过数字化方式显示时间的装置，通常由时钟芯片、计时电路、显示电路、报警电路等组成。

在51单片机中设计电子时钟，主要包括以下几个方面的原理。

1.时钟芯片选择:选择一款适合的时钟芯片非常重要。

时钟芯片提供了计时的稳定性和精度，并且具有时间数据的存储功能。

在51单片机设计中，常常使用DS3231、DS1302等高性能的时钟芯片。

2.计时电路设计:计时电路是电子时钟的核心部分，它通过计数器实现时间的累加。

在51单片机设计中，可以使用定时器和计数器来实现计时功能。

通过设定定时器的工作模式和计数值，可以实现从1ms到秒、分、时的计时。

3.显示电路设计:显示电路用于将计时电路的计时结果以数字形式显示出来。

通常使用数码管或液晶显示屏作为显示装置。

在51单片机设计中，通过控制数码管或液晶显示屏的引脚，将对应的数字段点亮，实现数字的显示。

4.按键输入设计:电子时钟通常具有设置时间、调整时间、报警等功能。

这些功能需要通过按键来实现。

在51单片机设计中，可以使用矩阵按键，通过行列扫描的方式检测按键的按下，并根据按键的不同触发不同的功能。

5.报警电路设计:电子时钟通常具有报警功能，可通过蜂鸣器或其他音频输出装置实现。

在51单片机设计中，通过控制IO口的高低电平输出，控制蜂鸣器的工作状态，从而实现报警功能。

6.软件设计:单片机的设计离不开软件的支持。

在51单片机设计中，通常使用C语言编程，通过编写程序来实现各个功能的控制。

根据需求，设计相应的算法和逻辑，实现时间的计算、显示、设置和报警等功能。

以上是51单片机中设计电子时钟的一些原理。

通过合理的硬件设计和软件编程，可以实现功能齐全、稳定可靠的电子时钟。

基于FPGA的数字电⼦钟的设计与实现背景：本实验所有结果基于Quartus II 13.1 (64-bit)实现，实验过程采⽤⾃下⽽上⽬录⼀、基本功能设计与思路基本功能：能实现秒、分钟、⼩时的计数，计数结果清晰稳定的显⽰在 6 位数码管上。

1、动态显⽰模块该模块主要功能是通过数码管的动态扫描实现 6 位数码管显⽰计数结果，本模块由扫描模块scan_cnt6，位选控制模块 dig_select，数据选择控制模块 seg_select 以及译码模块 decoder 构成扫描模块 scan_cnt6模块功能：产⽣ 位选控制端dig_select 和数据选择端 code_select 模块所需要的地址信息，扫描时钟决定位选信号和数据切换的速度。

设计思路：利⽤74390芯⽚（P160 TTL 双⼗进制异步计数器）构建⼀个模六计数器，就是6进制计数器，利⽤计数到6（110）时，“q2”和“q1”为⾼电平，产⽣ ⼀个复位信号，加到74390的⾼电平有效的异步清0端“1CLR”上，使计数器回0，从⽽实现模六计数。

设计结果：cnt6模块设计图波形仿真：（默认为时序仿真）cnt6模块波形仿真图位选模块 dig_select模块功能：在地址端的控制下，产⽣位选信号。

设计思路：利⽤74138芯⽚（3线-8线译码器），当选通端输⼊端G1为⾼电平，选通端输⼊端G2AN和G2BN为低电平时，将扫描信号cnt6的输出作为输⼊信号，dig[5..0]是译码输出，输出低电平有效。

设计结果：dig_select模块设计图波形仿真：dig_select模块波形仿真图数据选择模块 seg_select模块功能：输⼊ 6 组数据，每组数据 4bit，本模块完成在地址端的控制下从6 组数据当中选择 1 组输出。

设计思路：利⽤74151芯⽚（P91 8选1数据选择器），在控制输⼊端GN为低电平时，将扫描信号的选择下，分别选中D[5..0]对应的输⼊信号输出为Y。

74LS161电子时钟设计首先，我们需要生成一个稳定的时钟信号，用于驱动计数器的计数。

可以使用定时器芯片或者晶振电路来生成一个准确的时钟信号。

在本设计中，我们使用一个1Hz的晶振电路来生成时钟信号。

接下来，我们需要将计数器芯片74LS161与显示模块连接起来，以显示时间数据。

我们可以使用数码管作为显示模块，利用74LS161的输出线连接到数码管的显示线上。

74LS161的输出线共有四个，分别对应四位二进制数的四个位。

我们需要将四个输出线与四个数码管的显示线相连接，使得74LS161的输出可以被数码管显示出来。

然后，我们需要将计数器的计数范围设置为12小时制。

由于74LS161是一个四位计数器，可以表示的最大数为15（二进制1111），所以我们需要在12小时范围内进行循环计数。

为了实现这一功能，我们可以将计数器的CLR端口（清零端口）与一个12小时的比较器相连，当计数器达到12时，比较器输出高电平，将CLR端口拉低，实现清零操作。

此外，我们还可以添加时间数据的设置功能，以让用户可以自由设置时间。

可以使用按钮来控制时间的设置操作。

当用户按下设置按钮时，可以通过74LS161的LOAD端口来锁存时间数据。

在锁存状态下，用户可以通过增加或减少按钮来修改时间。

当用户完成设置后，再次按下设置按钮，锁存状态解除，时间数据开始更新。

最后，为了使电子时钟更加美观，我们可以添加LED背光灯。

可以使用74LS161的输出线来驱动LED灯，使得LED灯在时间数据显示时亮起，提高可视性。

在整个设计过程中，需要注意的是信号的稳定性和准确性。

时钟信号的稳定性将直接影响时间数据的准确性。

因此，在选择晶振电路或者定时器芯片时，需要选择稳定性好的产品，保证时钟信号的准确性。

另外，还需要注意电平的匹配，避免因电平不匹配而导致显示不正确的情况发生。

以上是一个基本的74LS161电子时钟设计，通过合理的连接和功能设置，可以实现准确显示和修改时间数据的功能。

EDA设计（II）实验报告-数字电子钟实验报告：数字电子钟一、实验目的本实验旨在通过使用EDA设计软件，设计并实现一个具有时、分、秒功能的数字电子钟。

通过学习使用EDA工具，掌握数字电路设计的基本步骤和技巧，培养实践能力和创新思维。

二、实验原理数字电子钟是一种以数字形式显示时间的装置，它利用了时、分、秒的计时原理。

核心部分包括一个时钟发生器，用于产生标准时间信号，以及一个计数器，用于对时间进行计数并显示。

此外，还需要一些控制逻辑来控制时、分、秒的进位和显示。

三、实验步骤1.设计准备：在开始设计之前，首先明确设计要求和功能。

考虑到实验的复杂性和可实现性，我们采用最简单的电路结构，即基于计数器和译码器的数字电子钟。

2.绘制电路图：使用EDA设计软件（如Quartus II）绘制电路图。

首先创建新项目，然后添加必要的元件（如74LS192计数器、74LS248译码器等），并根据设计要求连接元件。

3.编写程序：使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）编写计数器和译码器的程序。

确保程序能够实现所需的功能，并进行仿真测试。

4.编译和下载：将程序编译成可下载的配置文件，然后下载到FPGA开发板上。

5.硬件测试：连接开发板到PC，启动程序，观察数字电子钟的显示情况。

检查时间是否准确，各部分功能是否正常。

6.性能评估：对数字电子钟的性能进行评估，包括计时精度、稳定性等指标。

根据评估结果对设计进行优化。

四、实验结果与分析1.设计结果：经过上述步骤，我们成功地设计并实现了一个基于FPGA的数字电子钟。

通过EDA软件和硬件描述语言，我们实现了计数器和译码器的功能，并完成了程序的编写和下载。

2.性能分析：经过测试，我们的数字电子钟具有较高的计时精度和稳定性。

时间显示准确，各部分功能正常。

这表明我们的设计是成功的。

3.优化方向：虽然我们的数字电子钟已经具有较好的性能，但仍有一些方面可以优化。

例如，可以考虑添加更多的功能，如闹钟、温度显示等；也可以进一步优化电路结构，降低成本和提高性能。

基于单片机的简易电子时钟设计1 设计任务与要求1.1 设计背景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、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。

尽管目前市场上已有现成的数字钟集成电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但鉴于单片机的定时器功能也可以完成数字钟电路的设计，因此进行数字钟的设计是必要的。

在这里我们将已学过的比较零散的数字电路的知识有机的、系统的联系起来用于实际，来培养我们的综合分析和设计电路，写程序、调试电路的能力。

单片根据以上的电子时钟的设计要求可以分为以下的几个硬件电路模块：单片机模块、数码显示模块与按键模块，模块之间的关系图如下面得方框电路图1所示。

机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。

1.2 课程设计目的(1)巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力；(2)培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力；(3)过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。

1.3 设计要求1）．时制式为24小时制。

2）．采用LED数码管显示时、分，秒采用数字显示。

3）．具有方便的时间调校功能。

4）．计时稳定度高，可精确校正计时精度。

2 总体方案设计2.1 实现时钟计时的基本方法利用MCS-51系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。

(1) 计数初值计算:把定时器设为工作方式1，定时时间为50ms，则计数溢出20次即得时钟计时最小单位秒，而100次计数可用软件方法实现。

电子时钟设计实验报告姓名：学号：班级：指导老师：一、实验基本要求利用定时计数器，设计一个电子时钟，使用前面使用过的显示子程序。

从左到右依次显示时分秒。

有两种方法实现，一种是在中断程序中计数，产生时分秒计数，送显示缓冲区。

另一种是中断程序每一秒清除一个位变量，而主程序通过监视位变量的变化来知道每秒的时间。

进而要求：1.加入时间调整程序，使用两个或三个按钮，调节当前的时间。

类似平常使用的电子表。

可以让正在调整的位闪烁显示。

2.可以加入一个闹钟钟设置，当所定的时间到时，产生断续的蜂鸣声。

可以加入日历的功能。

二、最终实现的功能1、日历（年、月、日）显示与数值的修改2、时钟（时分秒）显示及数值的修改3、闹钟设定及数值的修改、到时响铃4、秒表计时及秒表重置三、设计核心思想程序设计中设置定时器0作为基本时钟，中断每50ms进入一次，每20次中断即1秒，秒加一，在中断服务程序中执行60秒进位、60分进位。

通过独立式键盘，进行各项数值调整、定时器开启和暂停以及重置。

各个功能在分立的子函数中实现，在主函数中进行调用，结构清晰。

四、设计亮点1、按键功能通过“按下时间的长短”丰富在按键消抖结束后，再次判断按键按下的同时，记录按下时间的长短。

短按实现数值的修改、计时暂停及启动，长按实现模式的切换和重置。

2、闹铃设置为一段音乐通过查阅网上资料，将蜂鸣器的响声富有变化，从而实现一段有旋律的音乐。

3、函数独立设计的程序中包含以下函数模块：延时、初始化、时间（日历、闹钟）显示、键盘扫描、秒表显示、定时器0中断函数（时钟）、定时器1中断（秒表）、音乐、闹钟及主函数。

4、各功能的实现采用模块化处理模式1：时钟显示；模式2：日历显示；模式3：秒表显示；模式4：闹钟显示。

五、实验中的问题总结LED数码管显示部分小结：（1）要设置段选（P2.6）和位选（P2.7）。

（2）段选和位选需按照书上讲的逻辑编写。

虽然P0口作为段选，P2口作为位选，但是程序设计中位选时要将值赋给P0口（打开位选→赋位选→关闭位选）。

基于单片机的电子时钟的设计基于单片机的电子时钟是一种采用单片机作为主控芯片的数字显示时钟。

它能够准确显示时间，并可以通过编程实现其他功能，如闹钟、倒计时、温湿度显示等。

本文将介绍基于单片机的电子时钟的设计原理、硬件电路和软件编程等内容。

1.设计原理基于单片机的电子时钟的设计原理是通过单片机的计时器和定时器模块来实现时间的计数和显示。

单片机的计时器可以通过设定一个固定的时钟频率进行计数，而定时器可以设定一个固定的计数值，当计数到达设定值时，会触发一个中断，通过中断服务程序可以实现时间的更新和显示。

2.硬件电路基于单片机的电子时钟的硬件电路主要包括单片机、显示模块、按键模块和时钟模块。

其中，单片机作为主控芯片，负责控制整个电子时钟的运行；显示模块一般采用数字管或液晶屏，用于显示时间；按键模块用于设置和调整时间等功能；时钟模块用于提供稳定的时钟信号。

3.软件编程基于单片机的电子时钟的软件编程主要分为初始化和主程序两个部分。

初始化部分主要是对单片机进行相关寄存器的设置，包括计时器和定时器的初始化、中断的使能等；主程序部分是一个循环程序，不断地进行时间的计数和显示。

3.1初始化部分初始化部分首先要设置计时器模块的时钟源和计数模式，一般可以选择内部时钟或外部时钟作为时钟源，并设置计时器的计数模式，如自动重装载模式或单次模式；然后要设置定时器模块的计数值，一般可以通过设定一个固定的计数值和计数频率来计算出定时时间；最后要设置中断使能，使得当定时器计数器达到设定值时触发一个中断。

3.2主程序部分主程序部分主要是一个循环程序，通过不断地读取计时器的计数值，并计算得到对应的时间，然后将时间转换成显示的格式，并显示在显示模块上。

同时，还可以通过按键来实现时间的设置和调整功能，如增加和减少小时和分钟的值，并保存到相应的寄存器中。

4.功能扩展-闹钟功能：设置闹钟时间，并在设定的时间到达时触发报警；-温湿度显示：通过连接温湿度传感器，实时显示当前的温度和湿度数据；-倒计时功能：设置一个倒计时的时间，并在计时到达时触发相应的动作。