课程设计说明书

目录一．摘要二．设计目的和意义课程设计方案1.设计内容2.设计任务3.设计要求4.设计目的三．电路工作原理1.结构框图及说明2.系统原理图及工作说明3.单元工作原理四．软件仿真设计1.仿真设计2.仿真过程3.分析仿真4.仿真结果五．总结1．缺点2．改进3．结论六．致谢参考文献一：摘要：数字电路具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强、程序软件控制等一系列优点。

随着计算机科学与技术突飞猛进地发展，用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。

为了充分发挥数字电路在信号处理上的强大功能，我们可以先将模拟信号按比例转换成数字信号，然后送到数字电路进行处理，最后再将处理结果根据需要转换为相应的模拟信号输出。

本次课程设计的主题是数字电子钟。

干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、显示器、整点报时电路组成。

秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，这里用protues软件来实现。

将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。

“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。

“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。

关键词：数字电子钟；设计；时分秒；十进制。

二．设计目的和意义（1）让学生掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法；（2）进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；（3）初步掌握使用protues（电子设计自动化）工具设计数字逻辑电路的方法，包括设计输入、编译、软件仿真、下载和硬件仿真等全过程；（4）经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使学生得到一次较全面的工程实践训练，通过理论联系实际，提高和培养创新能力（5）电子钟亦称数显钟（数字显示钟），是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，数字电子钟是用数字集成电路做成的现代计时器，与传统的机械钟相比，它具有走时准确（用高稳定度石英晶体振荡器作时钟源）、显示直观（用液晶或荧光七段数码管显示器）。

无机械传动装置等优点，与机械时钟相比，直观性为其主要显著特点，且因非机械驱动，具有更长的使用寿命，相较石英钟的石英机芯驱动，更具准确性。

电子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车站、码头、剧院、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大地方便。

数字电子钟具有走时准确，一钟多用等特点，在生活中已经得到广泛的应用。

另外数字钟还具备秒表和闹钟的功能，且闹钟铃声可自选，使一款电子钟具备了多媒体的色彩。

单片机AT89C51在Proteus软件中实现数字时钟的定时、时间调整、闹正设置等功能。

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。

时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。

在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间。

（6）Protues软件不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、A VR、ARM、8086和MSP430等，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

本课题是数字电路中计数（分频）、译码、显示及时钟脉冲振荡器等组合逻辑电路、时序逻辑电路和脉冲产生电路的综合应用。

（7）时间是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常遇到的一个物理量。

测量时间的基本方法是使用秒表直接测量。

其中秒表的精度是人们最关心的，这就要求它的计时最小单位足够小，显示模块的灵敏度足够高。

随着人类科技文明的发展，人们对于秒表的要求在不断地提高。

秒表已不仅仅被看成一种用来计时的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。

高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代秒表发展的趋势。

在这种趋势下，秒表的数字化、多功能化已经成为现代秒表生产研究的主导设计方向三．课程设计方案1.设计内容（1）设计一个能显示时、分、秒的数字钟，显示时间从00:00:00到23:59:59；（2）设计的电路包括产生时基信号，时、分、秒的计时电路，显示电路。

2.设计任务（1）设计一个有“时”，“分”，“秒”（23小时59分59秒）显示的电子钟；（2）设计的电路包括产生时基信号，时、分、秒的计时电路，显示电路。

（3）用中小规模集成电路组成电子钟。

3.设计要求（1）用数字电路实验箱产生一个秒钟脉冲发生器，输入1HZ的时钟；（2）能显示时、分、秒，24小时制；（3）用同步十进制集成计数器74LS160设计一个分秒钟计数器,即六十进制计数器；（4）用同步十进制集成计数器74LS160设计一个24小时计数器；（5）译码显示电路显示时间。

4.设计目的（1）让学生掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法；（2）进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；（3）初步掌握使用EDA（电子设计自动化）工具设计数字逻辑电路的方法，包括设计输入、编译、软件仿真、下载和硬件仿真等全过程；（4）经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使学生得到一次较全面的工程实践训练，通过理论联系实际，提高和培养创新能力四．电路工作原理1结构框图及说明2 .系统原理图及工作原理由于74LS160是十进制计数器，分别将个位接成十进制计数器，十位接成六进制计数器，分别将个位的RCO 输出端接十位的9脚端，就构成60进制计数器，用两个相同的60进制计数器分别做作为秒，分计时，并在个位和十位输出端接上数码显示管显示小时计数器直接采用整体反馈清零法构成24进制计数器。

工作原理：振荡电路产生的1KHZ脉冲信号经三级十分频电路分频后产生的1HZ脉冲信号输入74LS60N连成的60进制秒计数器，再由秒计数器每60秒进位输出给60进制分钟计数器，分钟计数器满60后产生进位信号输入给24进制小时计数器，从而实现24小时制电子钟的功能，查询电子钟的功能3.单元电路工作原理（1）时功能 24进制计数器，如图所示。

24进制计数器说明：采用同步时序信号控制，用个位的进位端控制十位的使能端，当个位有进位时，芯片工作，输入十位的脉冲信号有效，当十位为2，个位为3的时候，同时给两个芯片的预置端一个有效信号，使之清零。

（2）分秒功能60进制计数器，如图所示。

60进制计数器说明：采用异步时序电路控制，在十位计数到5时，下一个脉冲一到来就置数。

74LS160构成的60进制计数器和24进制计数器如图3和图4所示。

秒、分、时分别为60、60和24进制计数器。

秒、分均为六十进制，即显示00~59，它们的个位为十进制，十位为六进制。

译码电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。

用与驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS48。

74LS48是BCD-7段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动LED 七段共阴极显示数码管。

若将秒、分、时计数器的每位输出分别送到相应七段译吗管的输入端，便可以进行不同数字的显示。

在译码管输出与数码管之间串联电阻R作为限流电阻。

四．软件仿真设计1.仿真设计仿真图如图数字电子钟仿真图2.仿真过程电路的连接与仿真是我们这次课程设计的主要任务之一，也是整个过程的最难的阶段。

仿真这部分工作在proteus仿真软件上进行。

对于电路的仿真分为几个部分，分别对电路各个部分的功能都进行仿真调试之后，每连接一部分都要调试一次，才能确保最后的成功。

Protues这个仿真软件以前用的很少，对它的基本仿真过程不是很了解，而且有些器件的位置也不是很明确，只能一边学习，一边仿真，过程很慢但收获很多。

基本过程：1、按照电路原理图将仿真分成几部分依次连接电路并调试；2、连接晶体振荡电路并调试，观察发出的是否是1KHz的信号；3、连接分频电路并调试，观察输出是否是1Hz的信号；4、连接60、24进制计数器电路并调试，观察是否符合要求；5、将分频电路输出的信号连接到计数器电路，观察时钟是否正常运行。

3.分析仿真：（1）单击右上角类似开关的按钮，即可看见显示器中的数字从从00:00:00到23:59:59不断循环变化。

再次点击按钮时，数字的显示就会停止在当时的位置上，证明电子钟控制电路的制作与仿真基本成功。

（2）分析：因为此次设计做的是交通信号灯控制电路，只要元件选择正确，连接电路图准确无误，运行仿真操作没有差错，仿真结果与理论值就应该是完全一致的，由上图的仿真结果可知其正确性。

（3）误差分析：只要操作正确，此次设计在结果上与理论值会是完全一致的，因此误差在这里不容易体现。

但是我们应该了解任何仿真软件都是不可能绝对精确，在一定程度上存在误差，而且我们无论做什么仿真的时候，都要注意提高抄作质量，避免出现误操作。

4.仿真结果电路成功实现了24小时制数字电子钟的功能，可精确计时，每60秒进1分并清零秒计数器，每60分进1小时并清零分钟计数器，每24小时清零所有计数器并重新开始计时。

仿真结果如图13五.总结1.缺点（1）由于电路排版布线的设计不足，导致线路错综交错，为接线的焊接造成很大的不便，并且影响了电路板的美观。

（2）由于焊接的技术不过关，多因温度过高和过低造成虚焊和接触不良等问题。

2.改进（1）焊接前需要设计布线，尽量要求美观。

（2）焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要时可设计一些临时电路用于调试。

（3）测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。

（4）按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。

3.结论经过此次的课程设计，我完成了这次的设计要求，成功的设计了一个数字电子时钟，完成了预想的功能。

首先提出可行的执行方案，多提出几种方案，集思广益。

然后对方案进行理论上的论证。

选择方便可行而且价格便宜的元件，进行设计，注意性价比。