数字时钟电路图
时钟电路设计概述-数字电路设计
时钟电路设计概述-数字电路设计本⽂⼀般性地讲解了数字电路设计中的时钟电路设计，包括有源晶振，⽆源晶振，时钟缓冲器，并探讨了有关EMC，端接电阻和信号完整性的设计要点，设计经验来⾃于⽣花通信（Signalsky）的数字电路设计⼯程师。
时钟信号产⽣电路先看图1中的两个时钟电路，不⽤我说，相信读者⼀眼就可以看得出来，左边的那个是有源晶振电路，右边的是⽆源晶振电路。
图1 两个时钟电路振荡器就是可以产⽣⼀定频率的交变电流信号的电路晶体振荡器，简称晶振，是利⽤了晶体的压电效应制造的，当在晶⽚的两⾯上加交变电压时，晶⽚会反复的机械变形⽽产⽣振动，⽽这种机械振动⼜会反过来产⽣交变电压。
当外加交变电压的频率为某⼀特定值时，振幅明显加⼤，⽐其它频率下的振幅⼤得附加外部时钟电路，⼀般是⼀个放⼤反馈电路，只有⼀⽚晶振是不能实现震荡的多，产⽣共振，这种现象称为压电谐。
晶振相对于钟振⽽⾔其缺陷是信号质量较差，通常需要精确匹配外围电路（⽤于信号匹配的电容、电感、电阻等），更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。
如果把完整的带晶体的振荡电路集成在⼀块，可能再加点其它控制功能集成到⼀起，封装好，引⼏个脚出来，这就是有源晶振，时钟振荡器，或简称钟振。
英⽂叫Oscillator，⽽晶体则是Crystal。
可以说Oscillator是Crystal经过深加⼯的产品，⽽Crystal是原材料。
好多钟振⼀般还要做⼀些温度补偿电路在⾥⾯。
让振荡频率能更加准确。
相对于⽆源晶体，有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的，需要选择好合适输出电平，灵活性较差，⽽且价格⾼。
典型⽆源晶振电路图2是典型的⽆源晶振电路。
图2 典型的⽆源晶振电路与晶振并联的电阻的作⽤与晶振并联的电阻R4是反馈电阻，是为了保证反相器输⼊端的⼯作点电压在VDD/2，这样在振荡信号反馈在输⼊端时，能保证反相器⼯作在适当的⼯作区。
虽然去掉该电阻时，振荡电路仍⼯作了。
但是如果从⽰波器看振荡波形就会不⼀致了，⽽且可能会造成振荡电路因⼯作点不合适⽽停振。
7种常见的51单片机时钟电路图
7种常见的51单片机时钟电路图01在MCS-51单片机片内有一个高增益的反相放大器，反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，由该放大器构成的振荡电路和时钟电路一起构成了单片机的时钟方式。
根据硬件电路的不同，单片机的时钟连接方式可分为内部时钟方式和外部时钟方式，如下图所示。
时钟电路：(a)内部方式时钟电路，(b)外接时钟电路在内部方式时钟电路中，必须在XTAL1和XTAL2引脚两端跨接石英晶体振荡器和两个微调电容构成振荡电路，通常C1和C2一般取30pF，晶振的频率取值在1.2MHz~12MHz之间。
对于外接时钟电路，要求XTAL1接地，XTAL2脚接外部时钟，对于外部时钟信号并无特殊要求，只要保证一定的脉冲宽度，时钟频率低于12MHz即可。
晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端送入内部时钟电路，它将该振荡信号二分频，产生一个两相时钟信号P1和P2供单片机使用。
时钟信号的周期称为状态时间S，它是振荡周期的2倍，P1信号在每个状态的前半周期有效，在每个状态的后半周期P2信号有效。
CPU就是以两相时钟P1和P2为基本节拍协调单片机各部分有效工作的。
02MCS-51片内有一个高增益反相放大器，其输入端(XTAL1)和输出端(XTAL2)用于外接石英晶体和微调电容，构成振荡器，如图所示。
电容C2和C3对频率有微调作用，电容容量的选择范围一般为30pF士10pF。
振荡频率的选择范围为1.2～12MHz。
在使用外部时钟时，8051的XTAL2用来输入外时钟信号，而XTAL1则接地。
03上图为时钟电路的原理图。
分为最小单片机系统、单片机复位电路、按键电路、数码管位选电路、数码管段选电路、数码管显示电路、蜂鸣器电路、温度采集电路。
使用单片机的P2口进行数模的输出，P1^4、P1^5、P1^6与74HC138连接实现数码管位选，按键电路接入P1^0、P1^1、P1^2、P1^3四个I\O口，通过程序控制，扫描该四个引脚的信号实现时间的调节。
VHDL数字时钟设计
VHDL数字时钟设计序⾔这个是我在做FPGA界的HelloWorld——数字钟设计时随⼿写下的，再现了数字钟设计的过程⽬标分析1. 时钟具有时分秒的显⽰，需6个数码管。
为了减⼩功耗采⽤扫描法显⽰2. 按键设置时间，需要对按键进⾏消抖3. 时分秒即为2个60进制计数器，⼀个24进制计数器。
模块设计综上所述，我采⽤模块化设计⽅法进⾏设计，绘制框图如下。
1. 时钟分频产⽣各个模块所需频率时钟。
2. 按键处理模块对按键信号进⾏消抖、变长脉冲为短脉冲等处理。
3. 时间控制模块产⽣时间信号或对时间进⾏设置。
4. 数码管驱动模块负责对时间信号BCD码译码为数码管的段码并且扫描输出到数码管。
下⾯对各个模块分别详细叙述时钟分频模块我打算把时钟分频模块做成“数控N分频器”，通过给分频器传⼊数值N来对时钟信号进⾏N分频。
得到的信号频率为原时钟信号的频率/N,占空⽐为1/N。
稍微考虑下其他模块所需时钟：按键处理模块100Hz ，时间控制模块1Hz，数码管驱动50Hz。
⽽输⼊时钟为33.8688MHz。
我不想传⼊的N数值过⼤，我打算先对时钟进⾏两次：第⼀次调⽤时钟分频模块得到1Mhz，第⼆次得到1Khz。
这样N的位数为10可以满⾜需求。
代码如下library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.all;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.all;entity ClkDiv isport(clk_i:IN STD_LOGIC;N_i: IN STD_LOGIC_VECTOR(9 DOWNTO 0);clk_o:OUT STD_LOGIC);end ClkDiv;architecture behavior of ClkDiv issignal count:STD_LOGIC_VECTOR(9 DOWNTO 0):="0000000001";signal clk_temp:STD_LOGIC:='0';beginprocess(clk_i)beginif(clk_i'EVENT and clk_i='1')thenif (count=N_i)thencount<="0000000001";clk_temp<='1';elsecount<=count+1;clk_temp<='0';end if;end if;end process;clk_o<=clk_temp;end behavior;仿真结果如下：2分频：输出信号为f/2Hz，占空⽐1：23分频：输出信号为f/3Hz，占空⽐1：3按键处理模块去抖动根据以往的经验，按键按下弹起电平会有⼀⼩段⽑刺，可能会引起电路误操作，所以要对按键进⾏消抖处理使变为⼲净的矩形信号。
多功能数字钟电路设计
多功能数字钟电路设计1设计内容简介数字钟是一个简单的时序组合逻辑电路，数字钟的电路系统主要包括时间显示，脉冲产生，报时，闹钟四部分。
脉冲产生部分包括振荡器、分频器；时间显示部分包括计数器、译码器、显示器；报时和闹钟部分主要由门电路构成，用来驱动蜂鸣器。
2设计任务与要求Ⅰ以十进制数字形式显示时、分、秒的时间。
Ⅱ小时计数器的计时要求为“24翻1”，分钟和秒的时间要求为60进位。
Ⅲ能实现手动快速校时、校分；Ⅳ具有整点报时功能，报时声响为四低一高，最后一响为整点。
Ⅴ具有定制控制（定小时）的闹钟功能。
Ⅵ画出完整的电路原理图3主要集成电路器件计数器74LS162六只；74LS90三只；CD4511六只；CD4060六只；三极管74LS191一只；555定时器1只；七段式数码显示器六只，74LS00 若干；74LS03(OC) 若干；74LS20 若干；电阻若干，等4设计方案数字电子钟的原理方框图如图（1）所示。
该电路由秒信号发生器、“时，分，秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路、闹钟定时等电路组成。
秒信号产生器决定了整个计时系统的精度，故用石英晶体振荡器加分频器来实现。
将秒信号送入“秒计时器”，“秒计时器”采用六十进制计数器，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”也采用六十进制计数器，每60分钟，发出一个“时脉冲”，该信号经被送到“时计数器”作为“时计数器”的时钟脉冲，而“时计数器”采用二十四进制计数器，实现“24翻1”的计数方式，可实现对一天二十四小时的累计。
译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态通过七段式显示译码器译码，通过刘伟LED 七段显示器显示出来。
整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后触发一音频发生器实现整点报时，定时电路与此类似。
校时电路是用“时”、“分”、“秒”显示数5电路设计5.1秒信号发生器秒信号发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，通常用晶体整荡器产生的脉冲经过整形、分频获得1 Hz的秒脉冲。
ds1302时钟数码管显示时分秒
ds1302时钟数码管显示时分秒单片机原理课程设计课题名称：基于DS1302的数码管显示数字钟专业班级：电子信息工程学生学号：0414070126学生姓名：张向阳指导教师：张云马崇霄设计时间：2010年6月21日--2010年6月25日目录摘要 ...................................................................................1 设计任务和要求 ...........................................................2 方案论证 .......................................................................3 系统硬件设计 ...............................................................3.1................................................................. 系统总原理图3.2元器件清单...................................................................................... ................................................3.3 PCB板图...................................................................................... .................................................3.4................................................................ P roteus仿真图3.5.......................................................... 分电路图及原理说明3.5.1 主控部分(单片机MCS-51)..............................................................................3.5.2 计时部分（实时时钟芯片DS1302）..................................................................3.5.3 显示部分（共阳极数码管）................................................................................3.5.4 调时部分（按键）................................................................................................4系统软件设计 ...............................................................4.1................................................................... 程序流程图4.2........................................................... 程序源代码5心得体会 ....................................................................... 6参考文献 ....................................................................... 7结束语 ...........................................................................基于DS1302的数码管显示数字钟设计摘要本次课程设计的是使用专门的时钟芯片DS1302在数码管上显示的数字电子钟，并能通过按键对其进行调时和校准。
LM8361 和 TMS3450 电子数字钟
LM8361 和TMS3450 都是70 －80 年代LED 数码管数字钟的代表品种。
这两种芯片的用户功能基本一样。
但是，LM836X 系列驱动的是一种静态共阴屏幕，TMS3450 驱动的是一种双阴极的屏幕，驱动引脚比静态的少一半（这种专用屏幕很难用其他数码管替代）。
它们的主要功能是：1.12 小时AM,PM 或者24 小时制式显示，50HZ 或者60HZ 时基输入（可以通过引脚选择），供电DC6V - DC12V （最大极限供电DC15V！），秒闪烁（冒号闪烁）。
2.具有秒显示，睡眠（最大2 小时倒计时），定时输出（LM8361 每天一次定时，LM8363 以上型号有2 路定时功能），日期功能（不包括年度，但是有月，日，星期功能－－仅仅LM836X 系列有日期功能），它们都使用一个数码管屏幕来显示。
3.分类说明：【a】秒显示：按住秒显示按键，屏幕显示的是当前秒数字并且会正常走动。
最大秒显示为9:59 分钟。
可以作为秒表使用。
【b】睡眠（倒计时）：按照睡眠按键，屏幕显示倒计时时间59:00 分钟，如果在此时同时按动调整小时键，会增加倒计时为1:59 小时，这时候，同时可以使用调整小时或者分钟的按键对这个中时间进行减数到0:00 小时，以方便在不需要那么长时间的时候应用。
倒计时控制属于一种“立即有效”的方式，就是当您按下睡眠按键后，控制输出端口立即输出高电平（对电源供电的负极而言），等到倒计时走到0:00 的时候，该输出回回到输出低电平状态。
倒计时功能只是当次有效，不会在以后的时间里重复执行。
每按动一次睡眠按键，就会执行一次倒计时。
说明：目前，电孵化行业就是使用这种睡眠倒计时功能来执行每次1:59 小时后。
利用其输出来进行自动翻蛋。
（利用其输出的低电平来翻蛋，然后马上又通过有关动作开关自动让其执行下一次倒计时，翻蛋时间长短不受限制）。
TMS3450 睡眠控制输出引脚：17P,定时控制输出引脚：16P.（其他引脚参考图纸）。
电子时钟完整版 有实物图
3.6 校时电路……………………………………………………………….14 3.6.1 电路结构及工作原理……………………………………………14 3.6.2 电路仿真…………………………………………………………14 3.6.3 元器件的选择及参数确定………………………………………15
3.7 整点报时电路………………………………………………………….16 4 电路总体仿真………………………………………………………………16 5 电路安装、调试与测试……………………………………………………18
7
图 3.2 由仿真图可知，该电路可以得到 5V 的直流电源，因此可以做为整个系统的电源。
3.1.3 元件的选择
电网供给交流电压（220v 50HZ）经变压器降压后，得到符合电路需要的 交流电压，然后由整流桥经整流后变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电流， 然后有滤波电容滤去其中的杂波，并且可以抵消线路的电感效应防止产生自激震 荡，但是这样的直流电压还会随电网和负载的变化而变化，因此在该电路中又使 用了稳压芯片（7805）可以得到比较理想的直流电压，输出端的滤波电容的作用 是用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态效应。
这里我用 555 定时器构成一个多谐振荡器其产生的频率为 100Hz,然后 经过整形、分频获得 1Hz 的秒脉冲。电路原理图如图 3.3
8
图 3.3 3.2.2 电路仿真结果如下图 3.4
图 3.4 由仿真图可知，产生的波形符合我们的标准，周期大约为 1 秒，大致可以做为秒 脉冲信号。
3.2.3 元件的选择
电子技术综合训练
设计报告
题目：
多功能电子钟的设计
姓名： 学号： 班级： 同组成员： 指导教师： 日期：
杜鹏 10020106 控制工程基地一班 宋峰 杨新华 2012 年 12 月 31 日星期一
智能时钟万年历（详细电路图）
《嵌入式课程设计》讲义项目1 智能数字万年历一．项目指标分析项目指标要求如下：1. 显示年、月、日、时、分、秒和星期。
2. 实时显示温度。
3. 可手动调整时间。
4. 采用LCD显示。
基于以上要求，核心控制芯片选用STC89C51；时钟芯片选用DS1302；温度传感器选用DS18B20；液晶屏选用LCD1602；设置按键，以便于调整时间。
二．电路原理系统电路功能图如图1所示：图1 智能数字万年历电路功能图由图1可知，P2口控制LCD的数据端；P3.5、P3.6和P3.7控制着LCD的片选、读/写和寄存器选择信号；可调电阻RP2用于调节屏的显示对比度。
P3.4是温度传感器DS18B20的1-wire接口，即片选、时钟和数据信号均由P3.4口控制。
P0.5、P0.6和P0.7是时钟芯片DS1302的SPI接口，为使信号控制更稳定，这三个接口上都上拉了10KΩ电阻；为获得精准的时钟信号，选用频率为32.768KHz的外部晶振对DS1302提供振荡信号。
P0.0-P0.3控制着四个按键，以便于调整时间。
三．程序设计基于这个项目，程序的设计可分成各芯片驱动程序设计和控制算法程序两部分。
1.各芯片的驱动程序设计在写驱动程序时，首先通读芯片手册，以掌握主要技术指标；然后可按照以下3个步骤进行：（1）分清楚各芯片的通信属于哪种接口方式，例如：时钟芯片DS1302按照SPI 接口进行通信；温度传感器DS18B20按照1-wire接口进行通信；液晶屏LCD1602采用常规的并行数据传输方式。
（2）仔细分析芯片时序图，弄清楚片选信号是高电平有效还是低电平有效；数据是在时钟信号的上升沿还是下降沿时打入；数据前还是时钟前等。
（3）将功能程序函数化、驱动程序模块化。
2.控制算法程序设计这里的算法主要集中在如何设置按键识别程序，即便于调整时间，又不影响液晶屏的显示。
这里，提供两种思想以便参考。
（1）循环扫描方式流程图图2 循环扫描方式流程图（2图3 状态机方式流程图将图2和图3比较起来看，两种方式的最大差别在于“10ms消抖时间如何度过？”。
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1 多功能数字计时器设计 姓名：杨会章 学号: 1004220242 专业：通信工程 学院：电光学院 指导教师：
2021-9-15 2
目录 一、设计内容简介··················································3 二、电路功能设计要求··············································3 三、电路原理简介··················································3 四、各单元电路原理 1、脉冲发生电路 ···············································3 2、计时电路 ··················································4 3、译码显示电路················································4 5、校分电路····················································5 4、清零电路····················································6 6、报时电路 ···················································7 7、基本电路原理图··············································8 8、动态显示原理················································9 9、动态显示原理图················································10 10、波形图······················································11
五、实验中问题及解决办法··········································11 六、附录··························································12 1、元件清单 ····················································12 2、 芯片引脚图和功能表 ··········································12 3、参考文献 ····················································15 3
一、设计内容简介 实验采用中小规模集成电路设计一个数字计时器。数字计时器是由脉冲发生电路，计时电路，译码显示电路，和附加电路控制电路几部分组成。其中控制电路由清零电路，校分电路和报时电路组成。附加电路采用动态显示。
二、电路功能设计要求 1、设计制作一个0分00秒～9分59秒的多功能计时器,设计要求如下： 1）设计一个脉冲发生电路，为计时器提供秒脉冲（1HZ），为报时电路提供驱动蜂鸣器的高低脉冲信号（1KHZ、2KHZ）； 2）设计计时电路：完成0分00秒～9分59秒的计时、译码、显示功能； 3）设计清零电路：具有开机自动清零功能，并且在任何时候，按动清零开关，可以对计时器进行手动清零。 4）设计校分电路：在任何时候，拨动校分开关，可进行快速校分。（校分隔秒） 5）设计报时电路：使数字计时器从9分53秒开始报时，每隔一秒发一声，共发三声低音，一声高音；即9分53秒、9分55秒、9分57秒发低音（频率1kHz），9分59秒发高音（频率2kHz）； 6）系统级联。将以上电路进行级联完成计时器的所有功能。 7）可以增加数字计时器附加功能：定时、动态显示等。
三、电路原理简介 32678Hz石英晶体振荡器产生的稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再经分频器、D触发器输出标准秒脉冲。秒计数器记满60后向分计数器进位。计数器的输出经译码器送显示器。记时出现误差时可以用校时电路进行校分，校秒。利用74153四选一数据选择器和128Hz、64Hz时钟信号控制选择秒位、秒十位、分位输出到译码器，并选通相应的数码管，实现动态显示。
四、各单元电路原理 1、秒脉冲发生电路 采用32678Hz的石英晶体多谐振荡器作为脉冲信号源。经分频器CD4060的分频，从Q14端输出的2Hz的脉冲信号经D触发器组成的二分频电路得到1Hz的秒脉冲信号。原理图如下： 4
*注：下图中4060的引脚与实验中的引脚图不一样，下图的Q13相当于实验中的Q14。
2、计时电路 用CD4518BCD码计数器实现分位计数器和秒个位计数器；用74LS161做成一个模六计数器实现秒十位计数器。1HZ脉冲信号接秒个位计数器的CP端，秒个位单元中的输出Q3通过一个非门接入74LS161的时钟端作为秒十位时钟信号秒十位记数的模六用反馈置数法，2Q0和2Q2通过一与非门接入置数端，同时数据输入端均接地，实现0000~0101的模六功能。将计数位2Q2与非后作为驱动信号送入分计数器的EN端，分位CP端接地。原理图如下：
3、译码显示电路 采用CD4511显示译码器和七段共阴数码管实现显示功能。CD4511的，分
RS11MR12Q37Q45
Q54
Q66
Q714Q813Q915Q111Q122Q133CTC9RTC10
22M20pD2Q
5
CLK3
Q6
S4
R1
74LS74
接秒位CLK
CLK1E2MR7Q03Q14Q25Q364518CLK9E10MR15Q011Q112Q213Q3144518D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1
74LS161
131211RS11MR12Q37Q45
Q54
Q66
Q714Q813Q915Q111Q122Q133CTC9RTC10R2
22M
20p20p
X1CRYSTAL
D2Q5CLK3Q6S4R174LS74VCCGND5674LS04GND
分位秒十位秒位
接清0控制端接清0控制端接清0控制端
接校分控制端
1Hz5
别接高电平LT、E接高电平， LE端接低电平，此时器件处于译码状态。电路连接过程中将各位计数器输出Qa，Qb，Qc，Qd与译码器CD4511的输入A，B，C，D连接。将译码器的输出a，b，c，d，e，f，g分别与数码管的相应端对接。数码管阴极串接一个300Ω的限流电阻。原理图如下:
4、校分电路 当开关打开，下方的与非门被选通，上方的与非门总是输出逻辑1，秒十进位产生的脉冲送至分计数器的EN端；当开关关闭，上方的与非门被选通，下方与非门总输出逻辑1，校分2Hz信号送至分计数器的时钟端。 消颤原理：用RS锁存器
A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5
QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG144511
GND+5VVCC
300GND6 5、清零电路 实现开机清零和控制清零功能。连接方法如图所示。刚开机时，由于电容上的电压不能突变，电容两端为低电平，经过第一个非门输出高电平，接到CC4518的连个清零端，实现秒个位和分位的清零。在经过非门输出低电平，接到74LS161的清零端，实现秒十位的清零。开机后，按下开关后，电容被短路，两个非门的输出端分别为高电平和低电平，实现异步清零。
12374LS00109874LS0013121174LS00131274LS04GND2QC接4518EN端123
U1:A
74LS00456
U1:B
74LS00
R1310K
SW1SW-SPDT
2Hz
GNDR1110K
1274LS043474LS04C3
22u
VCC接秒位MR
接分位MR
接秒十位MR7
6、报时电路 功能：在9分53秒、9分55秒、9分57秒各报出一个低音，在9分59秒报出一个高音。 各时刻各位对应的二进制码如下图： 时刻分位秒十位秒位 9:53 1001 0101 0011 9:55 1001 0101 0101 9:57 1001 0101 0111 9:59 1001 0101 1001 先控制分位和秒十位分别为9和5，即1001和0101。根据上表可以得出CONTROL0=3Qa & 3Qd & 2Qa & 2Qc。 当秒位为0011、0101、0111时，输出1KHz的低音调，可以得出控制发出表达式为CONTROL1=CONTROL0 & 1Qa & CLK1khz (1Qb ||1Qc) 当秒位为1001时，发出2KHz的高音调，可以得出控制表达式CONTROL2=CONTROL0 & 1Qa & 1Qd & CLK2khz， 将CONTROL1 || CONTROL2输入到NPN管的基极。 原理图如下：
124569101213
8
12456123R1
300
R1210k3QD2QA2QC
VCC
123
1QA1QD
2KHz1KHz1QA3QA3QD
2QA2QC
1QB1QC