多功能数字钟的设计任务书
课程设计任务书
学生姓名：专业班级：
指导教师：工作单位：信息工程学院
题目: 多功能数字钟的设计仿真与制作
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。（也可以使用单片机系统设计实现）
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周内完成对多功能数字钟的设计、仿真、装配与调试。
2、技术要求：
①设计一个数字钟。要求用六位数码管显示时间，格式为00：00：00。
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
第一章绪论 (3)
1.1 设计任务与要求 (3)
1.2 方案设计与论证 (3)
第二章仿真软件介绍 (5)
2.1 Multisim 11简介 (5)
2.2 Multisim的特点 (5)
2.3 如何用Multisim输入并编辑电路 (6)
2.3.1 设置Multisim的通用环境变量 (6)
2.3.2 取用元器件 (7)
2.3.3 将元器件连接成电路 (7)
第三章多功能数字钟单元电路的设计 (8)
3.1 数字时钟的译码显示电路 (8)
3.2 计数器电路 (9)
3.3 校时电路 (11)
3.4 1Hz标准脉冲发生器 (12)
3.5 整点报时电路 (14)
3.6 闹钟电路 (14)
第四章多功能数字钟的仿真 (16)
4.1 多功能数字钟的仿真设置 (16)
4.2 仿真结果分析 (18)
4.3 仿真过程中发现的问题 (19)
心得体会 (20)
参考文献 (22)
多功能数字钟的设计仿真与制作
第一章绪论
1.1 设计任务与要求
①设计一个数字钟。要求用六位数码管显示时间，格式为00：00：00。
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。
1.2 方案设计与论证
该设计主要由以下几部分组成:震荡器、分频器、秒计数器、分计数器、时计数器、BCD-七段显示译码/驱动器、LED七段显示数码管、时间校准电路、整点报时电路还有闹钟电路。
数字钟数字显示部分，采用译码与二极管串联电路，将译码器、七段数码管连接起来，组成十进制数码显示电路，即时钟显示。要完成显示需要6个数码管，七段的数码管需要译码器才能正常显示，然后要实现时、分、秒的计时需要60进制计数器和24进制计数器，在在仿真软件中发生信号可以用函数发生器仿真，频率可以随意调整。60进制可能由10进制和6进制的计数器串联而成，频率振荡器可以由晶体振荡器分频来提供，也可以由555定时来产生脉冲并分频为1Hz。计数器的输出分别经译码器送倒显示器显示。计时出现误差时,可以用校时电路校时、校分。
整点报时电路利用逻辑门，使当各译码器输出满足整点时，蜂鸣器导通。
闹钟电路通过比较器比较当前时间与设计的闹钟时间，相等时同样蜂鸣器导通。
图1.2.1即为本次课程设计的总体设计框图
图1.2.1总体设计框图
第二章仿真软件介绍
2.1 Multisim 11简介
Multisim 11 是美国NI公司最近推出的电子线路仿真软件的最新版本。Multisim 11 用软件的方法虚拟电子与电工元器件以及电子与电工仪器和仪表，通过软件将元器件和仪器集合为一体。它是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。
Multisim 11 的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用。同时可以新建或扩展已有的元器件库，建库所需元器件参数可从生产厂商的产品使用手册中查到，因此可很方便地在工程设计中使用。Multisim 11的虚拟测试仪器表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源等等；还有一般实验室少有或者没有的仪器，如波特图仪、数字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪, 安捷伦多用表，安捷伦示波器、以及泰克示波器等。
Multisim 11具有详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析、稳态分析等各种电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。它还可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工电路、模拟电路、数字电路、射频电路及部分微机接口电路等。Multisim 11具有强大的Help功能，其Help系统不仅包括软件本身的操作指南，更重要的是包含有元器件的功能说明。Help中这种元器件功能说明有利于使用Multisim 11进行CAI教学。
利用Multisim 11可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可以方便地对电路参数进行测试和分析；可以直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高；设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。
2.2 Multisim的特点
(1)直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元
器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。
(2)丰富的元器件库：Multisim大大扩充了EWB的元器件库，包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种部件，且用户可通过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型，还可通过liT公司网站或其代理商获得元件模型的扩充和更新服务。
(3)丰富的测试仪器：除EWB具备的数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪外，Multisim 新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。尤其与EWB不同的是：所有仪器均可多台同时调用。
(4)完备的分析手段：除了EWB提供的直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点一零点分析、传输函数分析、灵敏度分析、最坏情况分析和蒙特卡罗分析外，Multisim 新增了直流扫描分析、批处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等，基本上能满足一般电子电路的分析设计要求。
2.3 如何用Multisim输入并编辑电路
输入电路图是分析和设计工作的第一步，用户从元器件库中选择需要的元器件放置在电路图中并连接起来,为分析和仿真做准备。
2.3.1 设置Multisim的通用环境变量
为了适应不同的需求和用户习惯，用户可以用菜单Option/Preferences打开Preferences对话窗口。
通过该窗口的6个标签选项，用户可以就编辑界面颜色、电路尺寸、缩放比例、自动存储时间等内容作相应的设置。
以标签Workspace为例，当选中该标签时，在Preferences对话窗口中有3个分项：
(1)Show：可以设置是否显示网格，页边界以及标题框。
(2)Sheet size：设置电路图页面大小。
(3)Zoom level：设置缩放比例。
2.3.2 取用元器件
取用元器件的方法有两种：从工具栏取用或从菜单取用。下面将以74LS00为例说明两种方法。
(1)从工具栏取用：Design工具栏;Multisim Master工具栏;TTL工具栏;74LS按钮
从TTL工具栏中选择74LS按钮打开这类器件的Component Browser窗口。其中包含的字段有Database name（元器件数据库），Component Family（元器件类型列表），Component Name List（元器件名细表），Manufacture Names（生产厂家），Model Level-ID （模型层次）等内容。
(2)从菜单取用：通过Place/ Place Component命令打开Component Browser窗口。
(3)选中相应的元器件
在Component Family Name中选择74LS系列，在Component Name List中选择
74LS00。单击OK按钮就可以选中74LS00。7400是四/二输入与非门，在窗口种的Section A/B/C/D分别代表其中的一个与非门，用鼠标选中其中的一个放置在电路图编辑窗口中。器件在电路图中显示的图形符号，用户可以在上面的Component Browser中的Symbol
选项框中预览到。当器件放置到电路编辑窗口中后，用户就可以进行移动、复制、粘贴等编辑工作了。
2.3.3 将元器件连接成电路
在将电路需要的元器件放置在电路编辑窗口后，用鼠标就可以方便地将器件连接起来。方法是：用鼠标单击连线的起点并拖动鼠标至连线的终点。在Multisim中连线的起点和终点不能悬空。
第三章多功能数字钟单元电路的设计
3.1 数字时钟的译码显示电路
数字时钟的译码显示电路由译码器4511BP和共阴极LED七段显示数码管组成,为避免译码器输出的电压过高，在译码器的输出和数码管的输入上串联一个100欧姆的电阻.下面是4511的功能表
表3.1.1 4511的逻辑功能表
要使译码器能正常工作，LT和BI脚要接高电平，EL要接低电平，译码器的输入接计数器的输出端，而译码器的输出端则接对应数码管的输入端。
在数字钟的设计中，一共需要6块译码显示器，分别是小时显示的2块，分钟显示的2块，还有秒钟显示的2块，它们在设置上基本相同，只不过译码器的输入接不同的计数器。
由计数器得到的4位二进制码的必须通过译码后转为人们习惯的数字显示。如12：54：30的二进制码为00010010：01010100：00110000。译码之后再驱动7段数码管显示时、分、秒。LED七段显示数码管显示时、分、秒。
下图即为其中一块译码显示电路的连接图。
图3.1.1 译码显示电路
3.2 计数器电路
在数字钟的控制电路中，分和秒的控制都是一样的，都是由一个十进制计数器和一个六进制计数器串联而成的，在电路的设计中我采用的是统一的器件74LS161的反馈置数法来实现十进制功能和六进制功能。
表3.2.1 74LS161的功能表
根据74LS161的结构把输出端的C端和A端用一个与非门74LS00引到Load端，当输出DCBA为0101（十进制为5）时，与非门输出为0，置数端有效，便可置0，这样就实现了六进制计数。同样，输出端的D端和A端用一个与非门74LS00引到Load端，当输出DCBA为1001（十进制为9）便可置0，这样就实现了十进制计数。在分和秒的进位时，用个位计数器的Load端取反接十位计数器的CLK控制时钟脉冲，个位计数器由9变0时产生一个脉冲信号给十位计数器。用秒计数器的Load端接分计数器的CLK控制时钟脉冲，脉冲在上升沿来时计数器开始计数。
U9
U33A74LS04D
图3.2.1 60进制计数器
时计数器可由两个十进制计数器串接并通过反馈接成24进制计数器。个位计数器为十进制计数，load端取反送到十位计数器，十位计数器为二进制计数器，B端取反接load端，当输出DCBA为0010（十进制为2）时，置0。用一个74LS00与非门接个位计数器的C端输出和十位计数器的B端输出。当个位计数器为0100（十进制数4）十位计数器为0010（十进制数2）时清零。这就构成了一个24进制计数器。
74LS04D
图3.2.2 24进制计数器
3.3 校时电路
时钟出现误差时，需校准。当数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间。校时是数字钟应具备的基本功能。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；在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。慢校时是用手动产生单脉冲作校时脉冲下图所示为校时电路和校分电路。校时脉冲采用分频器输出的1Hz脉冲。如果校时脉冲由单脉冲产生器提供，则可以进行慢校时。
Multisim仿真软件校时的具体设计方法是：用一个单刀双掷开关切换计数功能与校时功能，一端接计数器的进位端，另一端接计数器的脉冲输入端，开关置于函数发生器这一端便可以校时，置于计数器的进位端便是计时。
图3.1.4 校时电路
3.4 1Hz标准脉冲发生器
由于振荡电路不容易产生1HZ的脉冲信号，并且信号频率越低受干扰脉冲的影响越大，1Hz的脉冲信号发生器是由555定时器构成的1KHz振荡器以及由三片74LS90构成的十分之一分频器组成。
表3.4.1 74LS90功能表
输入输出
R0( 1)
R0(
2)
R9(
1)
R9(
2)Qd Qc Qb Qa
110X0000
11X00000
X X111001
X0X0计数
0X0X计数
0X X0计数
X00X计数
振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，一般来说，振荡器的频率较高，再经3级分频电路，将得到近似标准的秒脉冲。
多谐振荡器也称无稳态触发器，它没有稳定状态，同时无需外加触发脉冲，就能输出一定频率的矩形脉冲（自激振荡）。用555集成电路实现多谐振荡，需要外接电阻R1、
R 2和电容C ，并外接+5V 的直流电源。
脉冲频率为：
()()121
336
1.43=
+2 1.43
43.510250100.0110997f R R C Hz
-=?+????≈
在Multisim 中连接如下：
图3.1.5 555定时器构成的多谐振荡器
分频器功能主要有两个，一是产生标准秒脉冲信号，一是提供功能扩展电路所需要的信号，选用三片74LS90进行级联，因为每片为1/10分频器，三片级联好获得1Hz 标准秒脉冲。脉冲信号发生器电路图如下：
图3.1.6 1Hz脉冲信号发生器
3.5 整点报时电路
当时钟还有十秒到整点时，蜂鸣器开始响，持续时间为十秒，此电路是通过五个与门和一个蜂鸣器来实现的，每当分钟的十位为0，个位的十位为0时，蜂鸣器接高电平，开始工作。
图3.1.7整点报时电路
3.6 闹钟电路
在指定的时刻发出信号，驱动音响电路“闹时”要求时间准确，即信号的开始时刻与持续时间必须满足规定的要求。在本数字钟设计中，我选用四片74LS85三位比较器实现。
表3.6.1 74LS85的真值表
比较器输入级联输入输出
A3，B3
A
2，B2
A
1，B1
A
0，BO
CA>
B
C
A C A=B P A>B P A P A=B A3>B3X X X X X X100 A3 A3=B3 A 2>B2X X X X X100 A3=B3 A 2 A3=B3 A 2=B2 A 1>B1X X X X100 A3=B3 A 2=B2 A 1 A3=B3 A 2=B2 A 1=B1 A 0>BO X X X100 A3=B3 A 2=B2 A 1=B1 A 0 A3=B3 A 2=B2 A 1=B1 A 0=B0100100 A3=B3 A 2=B2 A 1=B1 A 0=BO010010 A3=B3 A 2=B2 A 1=B1 A 0=B1001001 比较器的一对输入接小时和分钟四计数器的输出，另外一对接四位拨码开关，当小时和分钟计数器的输出与拨码开关的值完全相等时，四片比较器输出都为高电平，经四位与非门后输出到蜂鸣器，在一分钟内蜂鸣器导通，例如，拨码开关依次为0000,0111,0011,1001.此时表示为7点59分，当计数器的输出也为7点59分时，OAEQB 输出都为高电平。经过四位与非门输出为低电平，为了配合整点报时电路，要使满足条件时蜂鸣器一端为高电平，还要将这个信号取反。用或门和整点报时信号连在一起。 图3.1.9 闹钟电路 第四章多功能数字钟的仿真 4.1 多功能数字钟的仿真设置 在实际仿真中，因为Multism仿真时间是以毫秒计数，所以为了使仿真有明显的变化效果，我没有使用分频器，仅使用555构成的多谐振荡器产生的1KHz作为脉冲信号。而为了观察蜂鸣器的工作情况，在蜂鸣器上加一个探针，当蜂鸣器上有高电压时，探针亮。即表示蜂鸣器工作 表4.1.1 元器件清单 型号编号 数量 计数器74LS161N U1, U3, U5, U7, U9, U116与非门74LS00D U13, U16, U17, U34, U35, U366 SPDT J1, J22与非门74LS00N U18, U19, U23, U244与门74LS08N U20, U21, U25, U264或门74LS32N U22, U27, U533 LM555CM U281非门74LS04D U14, U15, U29, U31, U32, U336与门74LS08D U37, U38, U39, U40, U415 BUZZER 200 Hz U431译码器4511BP_5V U6, U10, U42, U44, U46, U486 SPST J31比较器74LS85N U30, U49, U50, U514四输入与非门 74LS20N U521 DSWPK_4J4, J5, J6, J74七段显示数码管 SEVEN_SEG_COM_K U2, U4, U8, U12, U45, U476 POWER_SOURCES, VCC VCC1 POWER_SOURCES, GROUND 01电阻RESISTOR, 10M Ω R1, R2, R3, R44电阻RESISTOR, 40Ω 5% R51电阻RESISTOR, 50Ω 5% R61 电容CAPACITOR, 10μF C11电容CAPACITOR, 100nF C21 电阻RESISTOR, 100Ω 5% R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18, R19, R20, R21, R22, R23, R24, R25, R26, R27, R28, R29, R30, R31, R32, R33, R34, R35, R36, R37, R38, R39, R40, R41, R42, R43, R44, R45, R46, R47, R48, R49, R50 42 武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书 多功能数字钟仿真的总电路图如下 1S 161N 图4.1.1 多功能数字钟仿真的总电路图 4.2 仿真结果分析 1）555构成多谐振荡器的测试：用频率计连在振荡器的输出，测得频率为1.003KHz，基本满足设计要求。 图4.2.1 555构成的多谐振荡器的频率测试 2）数字钟计数功能测试：接通电源，在555多谐振荡器产生的脉冲的作用下，电路开始计数，且时、分、秒分别为24、60、60进制。计数功能符合设计要求。 3）校时功能测试：在显示时钟时间时，按动时钟调时、时钟调分按钮开关时，时、分均可以调节，且不按动时，计数电路能正常工作，校时功能符合设计要求。 4）整点报时功能测试：电路基数时，当时钟到达3时59分50秒时，电路发出整点报时信号，接在蜂鸣器一端的探针亮，持续10秒钟后，报时停止。整点报时功能符合设计要求。 图4.2.2 整点报时电路的验证 电子技术课程设计多功能数字时钟 电子技术课程设计 数字钟的设计 一、设计任务与要求 1.能直接显示“时”、“分”、“秒”十进制数字的石英数字 钟。 2.能够24小时制或12小时制。 3.具有校时功能。能够对小时和分单独校时，对分校时的时候， 停止分向小时进位。校时时钟源能够手动输入或借用电路中的时钟。 4.整点能自动报时，要求报时声响四低一高，最后一响为整点。 5.走时精度高于普通机械时钟（误差不超过1s/d）。 二、方案设计与认证 1、课题分析 数字时钟一般由6个部分组成，其中振荡器和分频器组成标准的秒信号发生器，由不同进制的计数器，译码器和显示器组成计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示出来。“时”显示由二十四进制计数器、译码器和显示器构成，“分”、“秒”显示分别由六十进制计数器、译码器构成。其原理框图如图1所示。 2、方案认证 （1）振荡器 振荡器是计时器的核心，主要用来产生时间标准信号，也叫时基信号。数字钟的精度，主要取决于时间标准信号的频率及稳定度。振荡器的频率越高，计时的精度就越高，但耗电量将增大。一般采用石英晶体振荡器经过分频后得到这一信号，也可采用由555定时器构成的多谐振荡器作为时间标准信号。 （2）分频器 振荡器产生的时基信号一般频率都很高，要使它变成能用来计时的“秒”信号，需由分频器来完成。分频器的级数和每级的分频次数要根据时基频率来定。例如，当前石英电子钟多采用32768 Hz的标准信号，将此信号经过15级二分频即可得到周期为1s的 “秒”信号。也可选用其它频率的时基信号，确定好分频次数后再选择合适的集成电路。 （3）计数器 数字钟的“秒”、“分”信号产生电路都由六十进制计数器构成，“时”信号产生电路由二十四进制计数器构成。“秒”和“分”计数器用两块十进制计数器来实现是很容易的，它们的个位为十进制，十位为六进制，这样，符合人们一般计数习惯。“时”计数也能够用两块十进制计数器实现，只是做成二十四进制。上述计数器均可用反馈清零法来实现。 （4）译码显示电路 因本设计选用的计数器全部采用二－十进制集成块，因而计数器的译码显示均采用BCD－七段显示译码器，显示器采用共阴极或共阳极的七段显示数码管。 （5）校时电路 在刚开机接通电源或计时出现误差时，都需要对时间进行校正。校“时”电路的基本原理是将周期为0.5s的脉冲信号直接引进“时”计数器，同时将“分”计数器置零，让“时”计数器快速计数，在“时”的指示达到需要的数字后，切断0.5s的脉冲信号。 （6）整点报时电路 数字钟整点报时是最基本的功能之一。此电路要求每当“分”和 EDA设计 使用Quartus II进行多功能数字钟设计 院系：机械工程 专业：车辆工程 姓名：张小辉 学号： 指导老师：蒋立平、花汉兵 时间： 2016年5月25日 摘要 本实验是电类综合实验课程作业，需要使用到QuartusⅡ软件，（Quartus II 是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件，原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware 支持Description Language）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程）。本实验需要完成一个数字钟的设计，进行试验设计和仿真调试，实验目标是实现计时、校时、校分、清零、保持和整点报时等多种基本功能，并下载到SmartSOPC实验系统中进行调试和验证。 关键字：电类综合实验 QuartusⅡ数字钟设计仿真 Abstract This experiment is electric comprehensive experimental course work and need to use the Quartus II software, Quartus II is Altera integrated PLD / FPGA development software, schematic and VHDL, Verilog HDL and AHDL (Altera hardware description language support) etc. a variety of design input form, embedded in its own synthesizer and simulator can complete hardware configuration complete PLD design process from design entry to). The need to complete the design of a digital clock, and debug the design of experiment and simulation, the experimental goal is to achieve timing, school, reset, keep and the whole point timekeeping and other basic functions, and then download to the smartsopc experimental system debugging and validation. Key words: Electric power integrated experiment Quartus II Digital clock design Simulation 湖北大学物电学院EDA课程设计报告（论文） 题目：多功能数字钟设计 专业班级: 14微电子科学与工程 姓名：黄山 时间：2016年12月20日 指导教师：万美琳卢仕 完成日期：2015年12月20日 多功能数字钟设计任务书 1．设计目的与要求 了解多功能数字钟的工作原理，加深利用EDA技术实现数字系统的理解 2．设计内容 1，能正常走时，时分秒各占2个数码管，时分秒之间用小时个位和分钟个位所在数码管的小数点隔开； 2，能用按键调时调分； 3，能整点报时，到达整点时，蜂鸣器响一秒； 4，拓展功能：秒表，闹钟，闹钟可调 3．编写设计报告 写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 4．答辩 在规定时间内，完成叙述并回答问题。 目录（四号仿宋_GB2312加粗居中） （空一行） 1 引言 (1) 2 总体设计方案 (1) 2.1 设计思路 (1) 2.2总体设计框图 (2) 3设计原理分析 (3) 3.1分频器 (4) 3.2计时器和时间调节 (4) 3.3秒表模块 (5) 3.4状态机模块 (6) 3.5数码管显示模块 (7) 3.6顶层模块 (8) 3.7管脚绑定和顶层原理图 (9) 4 总结与体会 (11) 多功能电子表 摘要:本EDA课程主要利用QuartusII软件Verilog语言的基本运用设计一个多功能数字钟，进行试验设计和软件仿真调试，分别实现时分秒计时，闹钟闹铃，时分手动较时，时分秒清零，时间保持和整点报时等多种基本功能 关键词:Verilog语言，多功能数字钟，数码管显示； 1 引言 QuartusII是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL 以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程，解决了传统硬件电路连线麻烦，出错率高且不易修改，很难控制成本的缺点。利用软件电路设计连线方便，修改容易；电路结构清楚，功能一目了然 2 总体设计方案 2.1 设计思路 根据系统设计的要求，系统设计采用自顶层向下的设计方法，由时钟分频部分，计时部分，按键调时部分，数码管显示部分，蜂鸣器四部分组成。这些模块在顶层原理图中相互连接作用 3 设计原理分析 3.1 分频器 分频模块：将20Mhz晶振分频为1hz，100hz,1000hz分别用于计数模块，秒表模块，状态机模块 module oclk(CLK,oclk,rst,clk_10,clk_100); input CLK,rst; output oclk,clk_10,clk_100; 哈尔滨工业大学(威海) 电子学课程设计报告带有整点报时的数字钟设计与制作 姓名: 蒋栋栋 班级: 0802503 学号: 080250331 指导教师: 井岩 目录 一、课程设计的性质、目的和任务 (3) 二、课程设计基本要求 (3) 三、设计课题要求 (3) 四、课程设计所需要仪器 (4) 五、设计步骤 (4) 1、整体设计框图 (4) 2、各个模块的设计与仿真 (4) 2.1分频模块 (4) 2.2计数器模块 (6) 2.3控制模块 (10) 2.4数码管分配 (13) 2.5显示模块 (14) 2.6报时模块 (16) 六、调试中遇到的问题及解决的方法 (18) 七、心得体会 (18) 一、课程设计的性质、目的和任务 创新精神和实践能力二者之中，实践能力是基础和根本。这是由于创新基于实践、源于实践，实践出真知，实践检验真理。实践活动是创新的源泉，也是人才成长的必由之路。 通过课程设计的锻炼，要求学生掌握电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力，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，培养学生的创新精神。 二、课程设计基本要求 掌握现代大规模集成数字逻辑电路的应用设计方法，进一步掌握电子仪器的正确使用方法，以及掌握利用计算机进行电子设计自动化(EDA)的基本方法。 三、设计课题要求 （1）构造一个24小时制的数字钟。要求能显示时、分、秒。 （2）要求时、分、秒能各自独立的进行调整。 （3）能利用喇叭作整点报时。从59分50秒时开始报时，每隔一秒报时一秒，到达00分00秒时，整点报时。整点报时声的频率应与其它的报时声频有明显区别。 #设计提示（仅供参考）： （1）对频率输入的考虑 数字钟内所需的时钟频率有：基准时钟应为周期一秒的标准信号。报时频率可选用1KHz和2KHz左右(两种频率相差八度音，即频率相差一倍)。另外，为防止按键反跳、抖动，微动开关输入应采用寄存器输入形式，其时钟应为几十赫兹。 （2）计时部分计数器设计的考虑 分、秒计数器均为模60计数器。 小时计数为模24计数器，同理可建一个24进制计数器的模块。 （3）校时设计的考虑 数字钟校准有3个控制键：时校准、分校准和秒校准。 微动开关不工作，计数器正常工作。按下微动开关后，计数器以8Hz频率连续计数(若只按一下，则计数器增加一位)，可调用元件库中的逻辑门建一个控制按键的模块，即建立开关去抖动电路(见书70页)。 （4）报时设计的考虑 多功能数字钟电路设计 一、数字电子钟设计摘要 (2) 二、数字电子钟方案框图 (2) 三、单元电路设计及相关元器件的选择 (3) 1.6进制计数器电路的设计 (3) 2.10进制计数器电路的设计 (4) 3.60进制计数器电路的设计 (4) 4.时间计数器电路的设计 (5) 5.校正电路的设计 (6) 6.时钟电路的设计 (7) 7.整点报时电路设计 (8) 8. 译码驱动及单元显示电路 (9) 四、系统电路总图及原理 (9) 五、经验体会 (10) 六、参考文献 (10) 附录A:系统电路原理图 附录B:元器件清单 一、数字电子钟设计摘要 数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，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。 此次设计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实用方法。且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路。通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。 二、数字电子钟方案框图 图1 数字电子钟方案框图 三、单元电路设计和元器件的选择 1. 6进制计数器电路的设计 现要设计一个6进制的计数器，采用一片中规模集成电路74LS90N芯片，先接成十进制，再转换成6进制，利用“反馈清零”的方法即可实现6进制计数，如图2所示。 图2 2. 10进制电路设计 图3 3. 60 进数器电路的设计 “秒”计数器与“分”计数器都是六十进制，它由一级十进制计数器和一级六进制计数器连接而成，如图4所示，采用两片中规模集成电路74LS90N串接起来构成“秒”“分”计数器。 题目_________数字钟的设计___________ 班级_______机设12（4）班____________ 学号___________201210310422_________ 姓名___________卞旺武_______________ 指导____________鲁老师______________ 时间__________2014.6.16--2014.6.19____ 景德镇陶瓷学院 电工电子技术课程设计任务书 目录 1、数字钟的总体方案与原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 2、555定时器构成的多谐振荡器电路图. . . . . . . . . . . . . . . . . . .a 3、秒、时计数器电路图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .b 4、译码器芯片与逻辑符号图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .c 5、秒、分、时校时电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .d 6、总体电路原理相关说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .e 7、总体电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .f 8、元件清单；. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .g 9、参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .h 10、设计心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i 课程设计任务书 学生姓名： XXX 专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 多功能数字钟电路设计 初始条件：74LS390，74LS48，数码显示器BS202各6片，74LS00 3片，74LS04，74LS08各 1片，电阻若干，电容，开关各2个，蜂鸣器1个，导线若干。 要求完成的主要任务: 用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分秒的数字电子钟，要求如下： 1.由晶振电路产生1HZ标准秒信号。 2.秒、分为00-59六十进制计数器。 3.时为00-23二十四进制计数器。 4.可手动校正：能分别进行秒、分、时的校正。只要将开关置于手动位置。可分别对秒、分、时进行连续脉冲输入调整。 5.整点报时。整点报时电路要求在每个整点前鸣叫五次低音（500HZ），整点时再鸣叫一次高音（1000HZ）。 时间安排： 第20周理论设计、实验室安装调试，地点：鉴主15楼通信实验室一 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 多功能数字钟电路设计 摘要 (1) Abstract (2) 1系统原理框图 (3) 2方案设计与论证 (4) 2.1时间脉冲产生电路 (4) 2.2分频器电路 (6) 2.3时间计数器电路 (7) 2.4译码驱动及显示单元电路 (8) 2.5校时电路 (8) 2.6报时电路 (10) 3单元电路的设计 (12) 3.1时间脉冲产生电路的设计 (12) 3.2计数电路的设计 (12) 3.2.1 60进制计数器的设计 (12) 3.2.2 24进制计数器的设计 (13) 3.3译码及驱动显示电路 (14) 3.4 校时电路的设计 (14) 3.5 报时电路 (16) 3.6电路总图 (17) 4仿真结果及分析 (18) 4.1时钟结果仿真 (18) 4.2 秒钟个位时序图 (18) 4.3报时电路时序图 (19) 4.4测试结果分析 (19) 5心得与体会 (20) 6参考文献 (21) 附录1原件清单 (22) 附录2部分芯片引脚图与功能表 (23) 74HC390引脚图与功能表 (23) 基于VHDL的多功能数字钟 设计报告 021215班 卫时章 02121451 一、设计要求 1、具有以二十四小时制计时、显示、整点报时、时间设置和闹钟的功能。 2、设计精度要求为1秒。 二、设计环境：Quartus II 三、系统功能描述 1、系统输入：时钟信号clk采用50MHz；系统状态及较时、定时转换的控制信号为k、set，校时复位信号为reset，均由按键信号产生。 2、系统输出：LED显示输出；蜂鸣器声音信号输出。 3、多功能数字电子钟系统功能的具体描述如下： （一）计时：正常工作状态下，每日按24h计时制计时并显示，蜂鸣器无声，逢整点报时。 （二）校时：在计时显示状态下，按下“k”键，进入“小时”待校准状态，若此时按下“set”键，小时开始校准；之后按下“k”键则进入“分”待校准状态；继续按下“k”键则进入“秒”待复零状态；再次按下“k”键数码管显示闹钟时间，并进入闹钟“小时”待校准状态；再次按下“k”键则进入闹钟“分”待校准状态；若再按下“k”键恢复到正常计时显示状态。若校时过程中按下“reset”键，则系统恢复到正常计数状态。 （1）“小时”校准状态：在“小时”校准状态下，显示“小时”的数码管以2Hz 闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。 （2）“分”校准状态：在“分”校准状态下，显示“分”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。 （3）“秒”校准状态：在“秒复零”状态下，显示“秒”的数码管以2Hz闪烁，并以1Hz的频率递增计数。 （4）闹钟“小时”校准状态：在闹钟“小时”校准状态下，显示“小时”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。 （5）闹钟“分”校准状态：在闹钟“分”校准状态下，显示“分”的数码管以2Hz闪烁，并按下“set”键时以2Hz的频率递增计数。 （三）整点报时：蜂鸣器在“59”分钟的第“51”、“53”、“55”、“57”秒发频率为500Hz的低音，在“59”分钟的第“59”秒发频率为1000Hz的高音，结束时为整点。 （四）显示：采用扫描显示方式驱动4个LED数码管显示小时、分，秒由两组led灯以4位BCD 码显示。 （五）闹钟：闹钟定时时间到，蜂鸣器发出频率为1000Hz的高音，持续时间为60秒。 四、各个模块分析说明 1、分频器模块(freq.vhd) （1）模块说明：输入一个频率为50MHz的CLK，利用计数器分出 1KHz的q1KHz，500Hz的q500Hz，2Hz的q2Hz和1Hz的q1Hz。 （2）源程序： library ieee; EDA技术课程设计 多功能数字钟 学院：城市学院 专业、班级： 姓名： 指导老师： 20XX年12月 目录 1、设计任务与要求 (2) 2、总体框图 (2) 3、选择器件 (2) 4、功能模块 (3) （1）时钟记数模块 (3) （2）整点报时驱动信号产生模块 (6) （3）八段共阴扫描数码管的片选驱动信号输出模块 (7) （4）驱动八段字形译码输出模块 (8) （5）高3位数和低4位数并置输出模块 (9) 5、总体设计电路图 (10) （1）仿真图 (10) （2）电路图 (10) 6、设计心得体会 (11) 一、设计任务与要求 1、具有时、分、秒记数显示功能，以24小时循环计时。 2、要求数字钟具有清零、调节小时、分钟功能。 3、具有整点报时，整点报时的同时输出喇叭有音乐响起。 二、总体框图 多功能数字钟总体框图如下图所示。它由时钟记数模块（包括hour、minute、second 三个小模块）、驱动8位八段共阴扫描数码管的片选驱动信号输出模块（seltime）、驱动八段字形译码输出模块（deled）、整点报时驱动信号产生模块（alart）。 系统总体框图 三、选择器件 网络线若干、共阴八段数码管4个、蜂鸣器、hour(24进制记数器)、minute(60进制记数器)、second(60进制记数器)、alert(整点报时驱动信号产生模块)、 seltime(驱动4位八段共阴扫描数码管的片选 驱动信号输出模块)、deled(驱动八段字形译 码输出模块)。 四、功能模块 多功能数字钟中的时钟记数模块、驱动8位八段共阴扫描数码管的片选驱动信号输出模块、驱动八段字形译码输出模块、整点报时驱动信号产生模块。 (1) 时钟记数模块： <1.1>该模块的功能是：在时钟信号（CLK）的作用下可以生成波形；在清零信号（RESET）作用下，即可清零。 VHDL程序如下： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity hour24 is port( clk: in std_logic; reset:instd_logic; qh:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); ql:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)); end hour24; architecture behav of hour24 is begin process(reset,clk) begin if reset='1' then qh<="000"; ql<="0000"; elsif(clk'event and clk='1') then if (qh<2) then if (ql=9) then ql<="0000"; qh<=qh + 1; else ql<=ql+1; end if; else if (ql=3) then ql<="0000"; qh<="000"; else ql<=ql+1; end if; end if; end if; end process; end behav; 仿真波形如下： 东北石油大学课程设计 2012年6月10日 东北石油大学课程设计任务书 课程硬件课程设计 题目数字钟设计 专业 主要内容、基本要求等 一、主要内容： 利用EL教学实验箱、微机和QuartusⅡ软件系统，使用VHDL语言输入方法设计数字钟。可以利用层次设计方法和VHDL语言，完成硬件设计设计和仿真。最后在EL教学实验箱中实现。 二、基本要求： 1.具有时，分，秒，计数显示功能，以24小时循环计时。 2.具有清零功能。 三、扩展要求： 1.调节小时、分钟功能。 2.整点报时功能，整点报时的同时LED灯花样显示。 四、参考文献： [1] 潘松，王国栋，VHDL实用教程〔M〕.成都:电子科技大学出版社，2000.(1) [2] 崔建明主编，电工电子EDA仿真技术北京：高等教育出版社，2004 [3] 李衍编著，EDA技术入门与提高王行西安：西安电子科技大学出版社，2005 [4] 侯继红, 李向东主编，EDA实用技术教程北京：中国电力出版社，2004 [5] 沈明山编著，EDA技术及可编程器件应用实训北京：科学出版社，2004 完成期限2周 指导教师 专业负责人 2012年7 月 6 日 东北石油大学课程设计成绩评价表 指导教师：年月日 摘要 本文对EDA的概念，技术及其应用进行了概述并利用VHDL语言在EDA平台上设计一个电子数字钟，它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外还具有校时功能和闹钟功能。总的程序由几个各具不同功能的单元模块程序拼接而成，并且使用Quartus7.2-II软件进行电路波形仿真，下载到EDA实验箱进行验证。根据系统设计要求,系统设计采用自顶向下设计方法,由时钟分频部分、计时部分、按键部分调时部分和显示部分五个部分组成。这些模块都放在一个顶层文件中。 首先下载程序进行复位清零操作,电子钟从00：00：00计时开始。sethour可以调整时钟的小时部分, setmin可以调整分钟,步进为1。 用6位数码管分别显示“时”、“分”、“秒”,通过OUTPUT( 6 DOWNTO 0 ) 上的信号来点亮指定的LED七段显示数码管。 手动调节分钟、小时，可以对所设计的时钟任意调时间，这样使数字钟真正具有使用功能。我们可以通过实验板上的键7和键4进行任意的调整，因为我们用的时钟信号均是1HZ的，所以每LED灯变化一次就来一个脉冲，即计数一次。 reset为复位键，低电平时实现清零功能，高电平时正常计数。可以根据我们自己任意时间的复位。 关键词：EDA（电子设计自动化）；VHDL（硬件描述语言），数字钟。 多功能数字钟电路的设计与制作 一、设计任务与要求 设计和制作一个多功能数字钟，要求能准确计时并以数字形式显示时、分、秒的时间，能校正时间，准点报时。 二、方案设计与论证 1．数字钟设计原理 数字电子钟一般由振荡器、译码器、显示器等几部分电路组成，这些电路都是数字电路中应用最广的基本电路。振荡器产生的1Hz的方波，作为秒信号。秒信号送入计数器进行计数，并把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“秒”的计数、显示由两级计数器和译码器组成的六十进制计数电路实现；“分”的计数、显示电路与“秒”的相同；“时”的计数、显示由两级计数器和译码器组成的二十四进制计数电路实现。所有计时结果由七段数码管显示器显示。用4个与非门构成调时电路，通过改变方波的频率，进行调时。最后用与非门和发光二极管构成整点显示部分。 2．总体结构框图如下： 图14 总体框图 三、单元电路设计与参数计算 1．脉冲产生电路 图15 晶振振荡器原理图 图16 555定时器脉冲产生电路原理图 振荡器可由晶振组成(如图15)，也可以由555定时器组成。图16是由555定时器构成的1HZ 的自激振荡器，其原理是： 第一暂态2、6端电位为Vcc 3 1 ，则输出为高电平，三极管不导通，电容C 充电，此 时2、6端电位上升。当上升至大于Vcc 3 2 时，输出为低电平，三极管导通，电容C 放电， 11 21 C 1 R C 2 R O 此时2、6端电位下降，下降至Vcc 3 1 时，输出高电平，以此循环。根据公式C R R f )2(43.121+≈ 得，此时频率为0.991。 图17 555定时器波形关系 图18 555定时器产生1Hz 方波原理图 2．时间计数电路 图19 74LS161引脚图 74LS161功能表 v V 2 3 V 1 3 v U 1 74L S 161D Q A 14Q B 13Q C 12Q D 11R C O 15A 3B 4C 5D 6 E N P 7E N T 10 ~L O A D 9~C L R 1 C L K 2 《多功能数字钟电路的设计、制作》 课程设计报告 班级：(兴) 2008级自动化 姓名：胡荣 学号：2008960623 指导教师：刘勇 2010年11月13日 目录 一、设计目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 二、设计内容及要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 三、总设计原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 四、主要元件及设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 五、单元电路的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 1、数字电子计时器组成原理．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2、用74LS160实现12进制计数器．．．．．．．．．．．．．．6 3、校时电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 4、时基电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 六、设计总电路图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 七、设计结果及其分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 八、设计过程中的问题及解决方案．．．．．．．．．．．．．．．9 九、心得体会．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 十、附录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 多功能数字钟电路设计 一、设计目的 通过课程设计要实现以下两个目标：一、初步掌握电子线路的设计、组装及调试方法。即根据设计要求，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能要求；二、课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让我们开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际方面，运用已学过的分析和设计电路的理论知识，逐步掌握工程设计的步骤和方法，同时，课程设计报告的书写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。 二、设计内容及要求 1、功能要求： ①基本功能: 以数字形式显示时、分、秒的时间，小时计数器的计时要求为“12翻1”，并要求能手动快校时、快校分或慢校时、慢校分。 ②扩展功能: 定时控制，其时间自定；仿广播电台正点报时—自动报正点时数。 2、设计步骤与要求： ①拟定数字钟电路的组成框图，要求先实现电路的基本功能，后扩展功能，使用的器件少，成本低； ②设计各单元电路，并用Multisim软件仿真； ③在通用电路板上安装电路，只要求显示时分； ④测试数字钟系统的逻辑功能； ⑤写出设计报告。设计报告要求：写出详细地设计过程（含数字钟系统的整机逻辑电路图）、调试步骤、测试结果及心得体会。 三、总设计原理 数字电子钟原理是一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等七部分组成。石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器译码，并通过显示器显示时间。 四、主要元件及设备 1、给定的主要器件： 74LS00（4片），74LS160（4片）或74LS161（4片），74LS04（2片），74LS20（2片），74LS48（4片），数码管BS202（4只），555（1片），开关（1个），电阻47k（2个）电容10uF（1个）10nF(1个) 各元件引脚图如下图： 题目: 多功能数字钟电路设计 器材：74LS390，74LS48，数码显示器BS202， 74LS00 3片，74LS04，74LS08，电容，开关，蜂鸣器，电阻,导线 要求完成的主要任务: 用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分秒的数字电子钟，要求如下： 1.由晶振电路产生1HZ标准秒信号。 2.秒、分为00-59六十进制计数器。 3.时为00-23二十四进制计数器。 4.可手动校正：能分别进行秒、分、时的校正。只要将开关置于手动位置。可分别对秒、分、时进行连续脉冲输入调整。 5.整点报时。整点报时电路要求在每个整点前鸣叫五次低音（500HZ），整点时再鸣叫一次高音（1000HZ）。 时间安排： 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 索引 摘要 (4) Abstract (4) 1系统原理框图 (6) 2方案设计与论证 (7) 2.1时间脉冲产生电路 (7) 2.2分频器电路 (10) 2.3时间计数器电路 (11) 2.4译码驱动及显示单元电路 (12) 2.5校时电路 (13) 2.6报时电路 (14) 3单元电路的设计 (15) 3.1时间脉冲产生电路的设计 (15) 3.2计数电路的设计 (16) 3.2.1 60进制计数器的设计 (16) 3.2.2 24进制计数器的设计 (16) 3.3 译码及驱动显示电路 (17) 3.4 校时电路的设计 (18) 3.5 报时电路 (19) 3.6电路总图 (21) 4仿真结果及分析 (22) 4.1时钟结果仿真 (22) 4.2 秒钟个位时序图 (22) 4.3报时电路时序图 (23) 4.4测试结果分析 (23) 5心得与体会 (24) 6参考文献 (24) 附录1原件清单 (26) 附录2部分芯片引脚图与功能表 (27) 课程设计任务书 题目: 多功能数字钟的设计与实现 初始条件： 本设计既可以使用集成译码器、计数器、定时器、脉冲发生器和必要的门电路等，也可以使用单片机系统构建多功能数字钟。用数码管显示时间计数值。 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。 2、技术要求： 1）设计一个数字钟。要求用六位数码管显示时间，格式为00：00：00。 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篇参考文献。按《******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、2013年 3 月18 日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。 2、2013 年3 月22日至2013 年5 月10 日，方案选择和电路设计。 3、2013 年5 月25 日至2013 年7 月2 日，电路调试和设计说明书撰写。 4、2013 年7 月5 日，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 1 引言 (1) 1.1 数字钟简介 (1) 1.2 EWB简介 (1) 2 方案选择 (3) 3 系统框图 (4) 4 分电路设计 (5) 4.1 脉冲产生电路 (5) 4.1.1设计要求 (5) 4.1.2所需元件 (6) 4.1.3元件介绍 (6) 4.1.4参数计算 (7) 4.1.5电路设计 (8) 4.2计数电路 (9) 4.2.1秒电路 (9) 4.2.2分电路 (11) 4.2.3时电路 (13) 4.3显示电路 (14) 4.3.1所需元件 (14) 4.3.2元件介绍 (14) 4.3.3原理说明 (14) 4.3.4电路设计 (15) 4.4整点报时电路 (15) 大连理工大学本科实验报告题目：多功能数字时钟设计 课程名称：数字电路与系统课程设计 学院（系）：信息与通信工程学院 专业：电子信息工程 班级： 学生姓名： 学号： 完成日期：2014年7月16日 2014 年7 月16 日 题目：多功能数字时钟设计 1 设计要求 1) 具有“时”、“分”、“秒”及“模式”的十进制数字显示功能； 2) 具有手动校时、校分功能，并能快速调节、一键复位（复位时间12时00分00秒）； 3) 具有整点报时功能，从00分00秒起，亮灯十秒钟； 4) 具有秒表功能（精确至百分之一秒），具有开关键，可暂停、可一键清零； 5) 具有闹钟功能，手动设置时间，并可快速调节，具有开关键，可一键复位（复位时间12时00分00秒），闹钟时间到亮灯十秒钟进行提醒； 6) 具有倒计时功能（精确至百分之一秒），可手动设置倒计时时间，若无输入，系统默认60秒倒计时，且具有开关键，计时时间到亮灯十秒钟进行提醒，可一键复位（复位时间默认60秒）。 2 设计分析及系统方案设计 2.1 模式选择模块：按键一进行模式选择，并利用数码管显示出当前模式。模式一：时钟显示功能；模式二：时钟调节功能；模式三：闹钟功能；模式四：秒表功能；模式五：倒计时功能。 2.2 数字钟的基本功能部分：包括时、分、秒的显示，手动调时，以及整点报时部分。基本模块是由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几部分组成。利用DE2硬件中提供的50MHZ晶振，经过分频得到周期为1s的时钟脉冲。将该信号送入计数器进行计算，并把累加结果以“时”“分”“秒”的形式通过译码器由数码管显示出来。 具有复位按键1，在时钟模式下按下复位键后对时钟进行复位，复位时间12时00分00秒。 进入手动调时功能时，通过按键调节时间，每按下依次按键2，时钟时针加一，按下按键2一秒内未松手，时钟时针每秒钟加十；按键1对分针进行控制，原理与时针相同并通过译码器由七位数码管显示。 从00分00秒开始，数字钟进入整点报时功能（本设计中以一个LED灯代替蜂鸣器，进行报时），亮灯10秒钟进行提示。 2.3多功能数字钟的秒表功能部分：计时范围从00分00.00秒至59分59.99秒。可由复位键0异步清零，并由开关1控制计时开始与停止。 将DE2硬件中的50MHZ晶振经过分频获得周期为0.01秒的时钟脉冲，将信号送入计数器进行计算，并把累计结果通过译码器由七位数码管显示 2.4多功能数字钟的闹钟功能部分：进入闹钟功能模式后，通过按键2（设定小时）和按键1（设定分钟）设定闹钟时间，当按下按键一秒内未松手时，可进行快速设定时间。当时钟进入闹钟设定的时间（判断时钟的时信号时针，分针分别与闹钟设定的时信号时针、分针是否相等），则以LED灯连续亮10秒钟进行提示，并由开关0控制闹钟的开和关。 2.5 多功能数字钟的倒计时功能部分：可通过按键3（设定分针）和按键2（设定秒针）设定倒计时开始，当按下按键一秒内未松手时，可进行快速设定时间。当没有手动时间设定时，系统默认为60秒倒计时。倒计时的时钟与数字钟的时钟相同，每迎到一个1s时钟上升 目录 一、课程设计的主要内容和要求 (1) 二、实现原理等知识的介绍 (2) 2.1电子时钟的设计 2.2单片机识的相关知识 三、系统的总体方案设计说明； 3.1总体设计方案 3.2总设计原理框图 四、具体实现步骤的设计说明； 五、单片机系统程序的编制； 六、测量过程的操作说明，原始测量数据的记录； 七、结论及存在问题； 八、心得体会总结； 九、参考文献。 一、主要内容和要求 1 主要内容：设计一个数字式电子钟，它具有时，分，秒的计时功能，可以通过键盘进行时间设定，并且将时间显示在LED数码管上。用按键设定时钟的时、分、秒，用扫描方式动态显示。时钟用定时中断方式工作，单片机晶体震荡器频率11.0592Mhz.。可选做双机通信实验，实现子母钟功能，即由其中一台做时钟，另一台采集时钟值并显示。 2 对于基本题目要求是： 用按键设定时钟的时、分、秒。要求用4键方式，即选择、加、减、确认键，选择键用于选择修改起始时、分、秒值，每按一次，被修改数码管顺序移动并闪烁。用+，- 键修改数值，确认键确定修改结束。 a）用扫描方式动态显示时、分、秒，第2，4 数码管加小数点，并且要求第4数码管小数点每秒闪烁一次。 b）时钟用定时中断方式工作。注意单片机晶体震荡器频率是11.0592Mhz.。 c）可选做双机通信实验，实现子母钟功能，即由其中一台做时钟，另一台采集时钟值并显示。 二、实现原理等知识的介绍 2.1电子时钟的相关知识 1电子时钟简介 电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合都用到电子时钟。 2电子时钟的基本特点 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数码管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。 3电子时钟的工作原理 该电子时钟由89C51，MAX232，LED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。用按键设定时钟的时、分、秒。通过四个按键即选择、加、减、确认键，选择键用于选择修改起始时、分值，每按一次，被修改数码管顺序移动并闪烁。用+，- 键修改数值，确认键确定后秒位清零，修改结束。 2.2单片机的相关知识 1单片机简介 单片机全称为单片机微型计算机（Single Chip Microsoftcomputer)。从应用领域来看，单片机主要用来控制，所以又称为微控制器（Microcontroller Unit）或嵌入式控制器。单片机是将计算机的基本部件微型化并集成在一块芯片上的微型计算机。 2 单片机的发展史 电子技术课程设计报告题目数字钟的设计与制作 专业班级：自动化01班 姓名： 指导教师： 2011年1月7日 数字钟课程设计任务书 数字钟是一种用数字显示秒、分、时的计时装置，与以往的机械式计时相比，它具有走时准、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用；小到人们日常生活中的电子手表，大到车船、码头、机场等公共场所的大型数显电子钟。多功能数字钟由以下几部分组成：555定时器组成的多谐振荡器构成秒脉冲发生器；校正电路；六十进制的秒、分计数器和十二进制的时计数器；秒、分、时的数码显示部分；报时电路等。 具体要求如下：钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置。通过数字钟的制作进一步了解了中下规模集成电路。 设计指示： 1、时间以12小时为一个周期； 2、显示时、分、秒； 3、具有校时功能，可以分别对时、分进行单独校时，使其校正 到标准时间； 4、计时过程具有报时功能，当时间到达正点前十秒进行蜂鸣报 时； 5、用555多振荡器提供表针时间基准信号。 设计要求： 1、画出电路原理图（或仿真电路图）； 3、电路仿真； 2、元器件及参数选择； 4、接线及调试； 目录 一、设计任务与要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 二、总体框图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 三、选择器件。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8 四、功能模块。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。21 五、总体设计电路。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。26 六、设计体会。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。28 一、设计要求及任务电子技术课程设计多功能数字时钟范文
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