学习情境3 数字钟的分析与制作参考图

数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与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，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

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电路和时序电路。

目前，数字钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。

从有利于学习的角度考虑，这里主要介绍以中小规模集成电路和PLD器件设计数字钟的方法。

1 数字钟的基本组成及工作原理1.1数字钟的构成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与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。

通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。

图1.1所示为数字钟的一般构成框图。

图1.1 数字钟的组成框图⑴晶体振荡器电路晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。

不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。

⑵分频器电路分频器电路将32768Ｈz的高频方波信号经32768（）次分频后得到1Hz 的方波信号供秒计数器进行计数。

分频器实际上也就是计数器。

⑶时间计数器电路时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，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12进制计数器。

⑷译码驱动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。

⑸数码管数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为LED数码管。

１.２数字钟的工作原理１）晶体振荡器电路晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。

一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用TTL门电路构成；另一类是通过CMOS非门构成的电路，如图1.2所示，从图上可以看出其结构非常简单。

数字钟的设计及制作武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书摘要基于数字电子技术基础、模拟电子技术基础和电路原理有关知识，对多功能数字钟电路进行设计和制作。

该数字钟可以实现准确显示24小时制时间，手动调节时间，随时启动、清零、置时间等功能，使用方便，制作简单。

本文针对多功能数字钟的各功能进行初步框架设计，并对多种方案进行了认真比较和验证，在此基础上，又进一步详细介绍了时间脉冲发生器、秒分计数器、时计数器、译码及驱动显示电路、校时电路的设计方法和要求。

在总体电路图组仿真与调试，逐步解装完成以后，针对设计好的电路，用Multisim软件进行了决设计过程中出现的一系列问题。

在电路设计过程中，特意将选做部分即校时电路部分作为电路设计的主要内容。

最后对应的数字钟设计方案对制作好的数字钟功能进行总体验证。

关键词:数字电子技术脉冲发生器校时电路 Multisim软件1武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书数字钟的设计及制作1. 设计目的1.1设计目的一进一步熟悉对数字电子技术基础知识的理解，加深对数电知识应用重要性地认识，掌握数字钟的设计、组装和调试方法。

1.2设计目的二掌握集成电路的使用方法，增强自己动手设计和动手操作的基本能力 1.3设计目的三加强对作图软件，仿真软件的应用，熟悉操作，掌握好电气工程及其自动化专业学生应该掌握的基本技能。

2. 设计思路2.1总体设计思路设计脉冲发生器电路产生脉冲;设计时、分、秒逻辑电路实现时间的正确显示功能;设计时、分、秒校时电路对数字钟显示时间进行基本校正。

2.2具体设计思路根据已学知识，我们可以用由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源构成我们需要的脉冲发生器;以时基电路555定时器为核心，可以直接作为计数器输入脉冲信号使其进行计数，配合译码显示电路构成多功能数字钟的主要部分，控制部分则可以通过直接用开关与74LS290、74LS90等一系列芯片的清零端相连接，直接控制清零，使系统具有随时启动、停止、清零、计时;校时电路可以通过开关通断控制各芯片脉冲信号的通断，加以手动脉冲，实现准确校时。

《数字电子钟的制作》设计报告目录一、任务与要求 (2)二、设计思路 (2)（1）时钟计数的设计 (2)（2）按键控制时间的设定和调整 (2)（3）定时器/计数器0实现1s计数 (3)三、数字钟的组成部分 (3)（1）硬件模块 (3)（2）软件模块 (3)四、数字钟程序设计流程图 (4)五、数字钟程序设计 (5)（1）数码管显示 (5)（2）时钟初始化 (5)（3）中断设计 (5)（4）按键程序 (7)六、遇到的问题 (9)（1）定时时间的控制 (9)（2）数码管的显示 (9)七、仿真效果图 (10)八、实物图 (11)九、心得与体会 (11)十、附录：程序代码 (12)一、任务与要求设计并制作一个数字电子钟，实现如下功能：(a)采用数码管或LCD屏幕显示时、分和秒时间(b)通过按键可以调整和设定当前时间(c)要求计时准确（10分钟内计时误差<1s)(d)设计原理图、PCB图，制作和调试电路（如果有现成的单片机板子，也可以直接使用）(f)编写电子钟控制软件(g)编写实训设计报告二、设计思路（1）时钟计数的设计用AT89C51单片机的定时器/计数器T0产生1s的定时时间，作为秒计数时间，当一秒产生时，秒计数加1开始计时。

显示00-00-00的时间，开始计时；（2）按键控制时间的设定和调整P1.0口控制“秒”的调整，每按一次按键加1s；P1.1口控制“分”的调整，每按一次按键加1min；P1.2口控制“时”的调整，每按一次按键加1h；计时满23-59=59时，返回00-00-00重新计时。

P1.3口用做复位键，在计时过程中，如果按下它，则返回00-00-00重新开始计时。

（3）定时器/计数器0实现1s计数单片机选择16位定时工作方式。

对T0来说，系统时钟为12MHZ，最大定时也只有65535us，无法达到所需要的1s的定时，因此必须通过软件来处理这个问题，取T0的最大定时为50ms，要定时1s需要经过20次的50ms的定时。

四川工业科技学院电子信息工程学院课程设计专业名称:电子信息工程课程名称：数字电路课程设计课题名称：自动节能灯设计设计人员：蔡志荷指导教师：廖俊东2018年1月10日《模拟电子技术课程设计》任务书一、课题名称：数字钟的设计二、技术指标：（1）掌握数字钟的设计、组装和调试方法。

（2）熟练使用proteus仿真软件。

（3）熟悉各元件的作用以及注意事项。

三、要求：（1）设画出总体设计框图，以说明数字钟由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系。

（2）设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。

（3）选择合适的元器件，设计、选择合适的输入信号和输出方式，确保电路正确性。

指导教师：廖俊东学生：蔡志荷电子信息工程学院2018年1月10日课程设计报告书评阅页课题名称：数字钟的设计班级：15级电子信息工程4班姓名：蔡志荷2018年1月10日指导教师评语：考核成绩：指导教师签名：20 年月目录摘要1第1章设计任务与要求11.1 设计指标数字钟简介11.2 具体要求21.3 设计要求2第2章元件清单及主要器件介绍22.1 元件清单22.2 主要器件介绍32.2.1 74LS90计数32.2.2 74LS4742.2.3 七段数码显示器5第3章设计原理与电路53.1 计时电路53.1.1 计秒、计分电路63.1.2 计时电路83.2 校时电路93.2.1 报时锁存信号103.2.2 报时11第4章仿真结果及误差分析124.1 实验结果124.2 实时分析12第5章设计总结13参考文献13摘要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，这里用多谐振荡器加分频器来实现。

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。