数字钟电路的设计与制作

数字钟设计说明书

一、 数字钟的设计

（一）数字钟简介

本作品采用Atmel公司的AT89C51单片机，以汇编语言为程序设计的基础，设计一个用四位数码管显示时、分的时钟。现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具，采用延时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计数方式进行满六十秒分钟进一，满六十分小时进一，满二十四小时小时清零。从而达到计时的功能，是人民日常生活补课缺少的工具。

（二）数字钟的特点

现在高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟、石英钟、石英表都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调试，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。

（三）电子时钟的原理

该电子时钟由AT89C51，七段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能，按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一。

二、 单片机简介

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大

部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外 存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的

单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

（一）单片机型号的选择

通过对多种单片机性能的分析，最终认为AT89C51是最理想的电子时钟开发芯片。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，而且它与MCS-51兼容，且具有4K字节可编程闪烁存储器和1000写/擦循环，数据保留时间为10年等特点，是最好的选择。

一、 设计目的

1、了解并掌握电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力。

2、通过查阅手册和文献资料，进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则；进一步掌握电子仪器的正确使用方法。

3、学会使用EDA软件Multisim对电子电路进行仿真设计，并利用该软件对所设计的电子电路进行仿真测试。

4、通过对自己所设计的电子电路进行实际组装、测试，初步掌握普通电子电路的安装、布线、调试等基本技能，

5、提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力，学会撰写课程设计总结报告；培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

二、 设计内容、要求及设计方案

1、任务

利用multisim仿真软件和电子元器件设计并制作一个数字钟。

2、基本要求

1）准确计时，以数字形式显示时、分和秒的时间。

2）如真实时钟，小时的计时要求为“12翻1”，分和秒的时间要求为60进制。

3）自由校正时间。

3、扩展功能

1）定时闹钟功能。

2）仿广播电台正点报时。

4、总体方案

数字钟电路的组成方框图如下图1所示，其主体电路的工作原理如下：由555定时器产生1kHz的脉冲信号，经由74LS90构成的三级分频器后，输出1Hz的单位脉冲，为由74LS90和74LS92构成的60进制秒计数器提供时钟，秒计数器十位再向74LS90和74LS92构成的60进制分钟计数器提供时钟脉冲，其高位再向由74LS191和74LS74构成的12进制小时计数器提供时钟脉冲。秒、分和时计数器的输出分别接到各自的译码器的输入端，驱动数码管显示。

图1 多功能数字钟系统框图

5、可选元器件

与非门：74LS00 4片；计数器：74LS90 5片、74LS92 2片、74LS191 2片；

译码器：74LS47 6片；数码管4只；555定时器：NE555 2片；

发光二极管4只；触发器：74LS74 2片；

范文范例参考

WORD格式整理 目 录

摘 要 ........................................................................ 1

1数字钟的结构设计及方案选择 .................................................. 2

1.1振荡器的选择 .......................................................... 2

1.2计数单元的构成及选择 .................................................. 3

1.3译码显示单元的构成选择 ................................................ 3

1.4校时单元电路设计及选择 ................................................ 4

2 数字钟单元电路的设计 ........................................................ 4

2.1振荡器电路设计 ........................................................ 4

2.2时间计数单元设计 ...................................................... 4

2.2.1集成异步计数器74LS390 ........................................... 5

2.2.2 用74LS390构成秒和分计数器电路 .................................. 5

多功能数字钟电路设计

一 功能要求

1 基本功能：

⑴ 准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间；

⑵ 小时的计时要求为24进位，分和秒的计时要求为60进位；

⑶ 校正时间，时、分快校（1HZ）。

2 扩展功能：

⑴ 定时报，时间自定，闹1分钟（1KHZ）；

⑵ 仿广播电台正点报时；

⑶ 报整点时数；

二 主体电路设计

数字钟电路系统由主体电路和扩展电路两大部分组成。其中，主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能。其组成框图如下：

显示器及译码器部分为板载，因此只需要设计计数器，校时电路和扩展电路。

1. 小时计数器

时计数器是一个24进制计数器，其计数规律为00—01—…—22—23—00…即当数字钟运行到23时59分59秒时，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为00时00分00秒。

原理图如下：

使用了两片74LS161（4位二进制同步加法计数器）来实现小时计数，即模24的计数器。HOUR[0]~HOUR[3]为小时个位，HOUR[4]~HOUR[7]为小时十位。

2. 分秒计数器

分和秒计数器都是模60的计数器。其计数规律为00—01—…—58—59—00… 其原理图如下：

秒计数器与上图相同，图略。

分别使用了两片74LS161来实现分和秒的计数，均为。其中MIN[0]~MIN[3]为分个位，MIN[4]~MIN[7]为分时位，SEC[0]~SEC[3]为秒个位，SEC[4]~SEC[7]为秒时位。

3. 校时电路

当数字钟接通电源或者计数出现误差时，需要校正时间（或称校时）。校时是数字中应具备的基本功能。为使电路简单，这里只进行分和小时的校时。对校时电路的要求是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数；再分校正时不影响秒和小时的正常计数。校时方式有“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的校时脉冲计数。“慢校时”使用手动产生单脉冲作校时脉冲。本实验只要求实现“快校时”。其原理图如下：