数码管数字时钟电路的设计
[数电课程设计数字电子时钟的实现] 电子时钟课程设计
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[数电课程设计数字电子时钟的实现] 电子时钟课程设计课程设计报告设计题目：数字电子时钟的设计与实现班级：学号：姓名：指导教师：设计时间：摘要钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，大大的扩展了原先钟表的报时。
诸如，定时报警、按时自动打铃、时间程序自动控制等，这些，都是以钟表数字化为基础的。
功能数字钟是一种用数字电路实现时、分、秒、计时的装置，与机械时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。
从原理上讲，数字钟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。
因此，此次设计与制作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使用方法。
通过此次课程设计可以进一步学习与各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。
通过仿真过程也进一步学会了Multisim7的使用方法与注意事项。
本次所要设计的数字电子表可以满足使用者的一些特殊要求，输出方式灵活，如可以随意设置时、分、秒的输出，定点报时。
由于集成电路技术的发展，，使数字电子钟具有体积小、耗电省、计时准确、性能稳定、维护方便等优点。
关键词：数字钟，组合逻辑电路，时序电路，集成电路目录摘要 (1)第1章概述············································3第2章课程设计任务及要求·······························42.1设计任务············································42.2设计要求············································4第3章系统设计··········································63.1方案论证············································63.2系统设计············································63.2.1结构框图及说明·································63.2.2系统原理图及工作原理···························73.3单元电路设计········································83.3.1单元电路工作原理·······························83.3.2元件参数选择···································14第4章软件仿真·········································154.1仿真电路图··········································154.2仿真过程············································164.3仿真结果············································16第5章安装调试··········································175.1安装调试过程········································175.2故障分析············································17第6章结论···············································18第7章使用仪器设备清单··································19参考文献·················································19收获、体会和建议·········································20第1章概述数字集成电路的出现和飞速发展，以及石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度稳定度远远超过了老式的机械表，用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的数字钟在数字显示方面，目前已有集成的计数、译码电路，它可以直接驱动数码显示器件，也可以直接采用才COMS--LED光电组合器件，构成模块式石英晶体数字钟。
数字电路数字时钟课程实验报告
数字时钟设计实验报告一、设计要求：设计一个24小时制的数字时钟。
要求：计时、显示精度到秒；有校时功能。
采用中小规模集成电路设计。
发挥：增加闹钟功能。
二、设计方案：由秒时钟信号发生器、计时电路和校时电路构成电路。
秒时钟信号发生器可由振荡器和分频器构成。
计时电路中采用两个60进制计数器分别完成秒计时和分计时；24进制计数器完成时计时；采用译码器将计数器的输出译码后送七段数码管显示。
校时电路采用开关控制时、分、秒计数器的时钟信号为校时脉冲以完成校时。
三、电路框图：图一数字时钟电路框图四、电路原理图：（一）秒脉冲信号发生器秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。
由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。
振荡器: 通常用555定时器与RC构成的多谐振荡器，经过调整输出1000Hz脉冲。
分频器: 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74LS290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。
其电路图如下：译码器译码器译码器时计数器分计数器秒计数器校时电路秒信号发生器图二秒脉冲信号发生器（二）秒、分、时计时器电路设计秒、分计数器为60进制计数器，小时计数器为24进制计数器。
60进制——秒计数器秒的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成60进制计数器。
当计数到59时清零并重新开始计数。
秒的个位部分的设计：利用十进制计数器CD40110设计10进制计数器显示秒的个位。
个位计数器由0增加到9时产生进位，连在十位部计数器脉冲输入端CP，从而实现10进制计数和进位功能。
利用74LS161和74LS11设计6进制计数器显示秒的十位，当十位计数器由0增加到5时利用74LS11与门产生一个高电平接到个位、十位的CD40110的清零端，同时产生一个脉冲给分的个位。
其电路图如下：图三 60进制--秒计数电路60进制——分计数电路分的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成60进制计数器。
51单片机数码管时钟电路的设计
51单片机数码管时钟电路的设计设计一个51单片机数码管时钟电路，让我们开始吧。
一、设计思路该数码管时钟电路的设计主要包括以下几个方面：1.使用DS1302时钟芯片获取真实时间；2.使用I2C总线方式将DS1302时钟芯片与51单片机连接；3.使用74HC595芯片驱动数码管显示；4.使用按键控制时钟的设置和调节；5.使用蜂鸣器发出报警声；6.使用LED指示灯显示时钟状态。
二、硬件设计部分数码管显示部分：1.使用4位共阳数码管作为时分显示器，使用1位共阳数码管作为秒显示器；2.使用8片74HC595芯片级联起来，将时分秒数据传输到数码管显示；3.设置共阳数码管的通阳管为P0口，设置74HC595的DS（串行数据输入）、SH（上升沿锁存）、STCP（74HC595的8位锁存输出）引脚接到P1.2、P1.3、P1.4端口；4.设置8个控制引脚接到P1.5～P1.12端口。
实时时钟部分：1.使用DS1302时钟芯片连接到P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7端口；2.设置时钟复位引脚接到P0.1端口，时钟传输使能引脚接到P0.2端口。
按键输入部分：1.设置按键S1接到P3.2端口，按键S2接到P3.3端口；2.设置按键的上拉电阻，使其处于高电平状态；3.设置按键的下降沿触发外部中断，以便检测按键的按下事件。
其他部分：1.设置蜂鸣器接到P0.0端口，并使用普通电阻限流；2.设置LED指示灯接到P0.7端口。
三、软件设计部分1.初始化函数：初始化P0、P1、P2、P3口的状态；2.DS1302驱动函数：包括初始化DS1302芯片和读写DS1302寄存器的函数；3.74HC595驱动函数：包括初始化74HC595芯片，以及向74HC595芯片发送8位数据的函数；4.数码管显示函数：将时分秒数据按位转换为对应的数字和状态，并调用74HC595驱动函数显示；5.按键检测函数：检测按键的按下事件，并根据按键事件的不同触发不同的操作；6.报警函数：当设定时间到达时，将触发报警声，并控制LED灯闪烁；7.主函数：循环读取DS1302时间，并更新数码管显示，检测按键事件，触发报警。
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。
数字钟系统电路的设计方案与仿真分析
数字钟系统电路的设计方案与仿真分析
在电子技术实验教学中，构建学生的电路设计理念，提高学生的电路设计能力，是教学的根本目的和核心内容。
数字钟电路的设计和仿真，涉及模拟电子技术、数字电子技术等多方面知识，能够体现实验者的理论功底和设计水平，是电子设计和仿真教学的典型案例。
文中采用了555 定时器电路、计数电路、译码电路、显示电路和时钟校正电路，来实现该电路。
1 系统设计方案
数字钟由振荡器、分频器、计时电路、译码显示电路等组成。
振荡器是数字钟的核心，提供一定频率的方波信号;分频器的作用是进行频率变换，产生频率为1 Hz 的秒信号，作为是整个系统的时基信号; 计时电路是将时基信号进行计数;译码显示电路的作用是显示时、分、秒时间;校正电路用来对时、分进行校对调整。
其总体结构图，如图1 所示。
2 子系统的实现
2.1 振荡器
本系统的振荡器采用由555 定时器与RC 组成的多谐振荡器来实现，如图2 所示即为产生1 kHz 时钟信号的电路图。
此多谐振荡器虽然产生的脉冲误差较大，但设计方案快捷、易于实现、受电源电压和温度变化的影响很小。
2.2 分频器
由于振荡器产生的频率高，要得到标准的秒信号，就需要对所得到的信号进行分频。
在此电路中，分频器的功能主要有两个：1）产生标准脉冲信号;2）提供电路工作需要的信号，比如扩展电路需要的信号。
通常实现分频器的电路是计数器电路，选择74LS160 十进制计数器来完成上述功能［5］。
如图3 所示，555 定时器产生1 kHz 的信号，经过3 次1/10 分频后得到1 Hz 的脉冲信号，为秒个位提供标准秒脉冲信号。
基于数码管时钟电路的设计
LED数码管时钟电路采用24 h计时方式，时、分、秒用六位数码管显示。
该电路采用AT89C2051单片机，使用3 V电池供电，只使用一个按键开关即可进入调时、省电(不显示LED数码管)和正常显示三种状态。
AT89C2051单片机的应用意义采用ATMEL的AT89C2051微处理器,是基于以下几个因素：1)89C2051为51内核,仿真调试软硬件资源丰富；2)性价比高,货源充足；3)DIP20封装,体积小,便于产品小型化；4)为EEPROM程序存储介质,1000次以上擦/写周期,便于编程调试；5)具有IDLE和POWER-DOWN两种工作模式,便于进行低功耗设计；6)工作电压范围宽:2.7～6V,便于交直流供电。
AT89C2051主要特点1）指令与MCS-51芯片兼容。
2）内含2K字节的可反复电气烧录及可擦除内存。
3）工作电压2.7V至6V。
4）工作频率最高至24MHZ。
5）内含128字节RAM。
6）15条可编程控制I/O线。
7）一个模拟电压比较器关键字：数码管脉冲定时计数单片机简介 3 8051单片机介绍 4 8051单片机内部定时器/计数器简介 6 时钟电路硬件设计7 系统主要程序的设计8 主程序流程图9 T0中断服务程序10 AT89C2051时钟程序11 计数初值19 学习心得20 参考文献20单片机简介单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。
不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC 机。
它由主机、键盘、显示器等组成。
还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。
这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微型控制器）。
AT89C2051数字电子钟的设计
AT89C2051数字电子钟的设计一、设计任务与要求1．通过单片机技术使 LED 数码管输出显示时间。
2. 可通过按键设置闹钟功能，且停闹无须手工操作。
3. 提高计时精度，使计时误差最小。
4. 通过键盘 2 个键，从左到右依次标名为 SET,DOWN,UP,ENTER, 用来修改和设置系统时钟。
二、方案设计与论证其主要设计思想是：整个系统用单片机为中央控制器，由单片机执行采集时钟芯片的时间信号并通过显示模块来输出信号及相关的控制功能。
时钟芯片产生时钟信号，利用单片机的 I/O 口传给单片机；并通过 I/O 口实现 LCD 的显示。
系统设有 4 个按键可以对时间星期年月日进行调整，还可以设置闹钟。
本电路以一片AT89C2051 单片机为主体，其显示数据从P3.0-P3.7 口输出，P1 口输出对应的六位位选信号。
电子钟程序设计时使用了 T0 作为计时，T1 为调整时显示用。
只要对程序稍加更改，可以很容易的实现 8 路定时功能。
电子钟只用一个轻触式按键来完成所有的设置。
为了使闹钟音量足够大，采用了 PNP 型三极管 8550 来驱动蜂鸣器，驱动电阻用 1K 的，蜂鸣器为 5V 小型蜂鸣器。
若用 NPN 来驱动蜂鸣器音量要小一点。
LED 数码管位驱动用8850，电子钟采用自制的 3A 开关电源供电。
AT89C205 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 2k bytes 的可反复擦写的只读 Flash 程序存储器和 128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大。
但它只有 20 个引脚，15 个双向输入/输出（I/O）端口，其中 P1 是一个完整的 8 位双向 I/O 口，两个外中断口，两个 16 位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。
数字电子钟的设计 数电数字电子钟课程设计
数字电路课程设计报告课程名称数字电路技术基础设计题目数字电子钟的设计所学专业名称电子信息工程班级2008级电信（2）班学号2008210139学生姓名司浩指导教师吕承启2010年6月20 日数字电子技术课程设计报告一、设计目的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。
因此，我们此次设计与制做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、设计要求（1）设计指标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，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；④计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时；⑤为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。
（2）设计要求①画出电路原理图（或仿真电路图）；②元器件及参数选择；（3）制作要求：自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。
（4）编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。
三、原理框图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。
（a）数字钟组成框图2．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。
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程序如下： ORG 0000H AJMP MAINT NOP ORG 000BH AJMP INT01 NOP ORG 001BH AJMP INT11 NOP
；转主程序 ；转定时器T0中断程序 ；转定时器T1中断程序
******主程序******
MAINT：
MOV R0，#7FH
；00H～7FH单元清零
开始
内存单元清零 T0， T1为 16位 计 数 器
允 许 T0中 断
调用显示子程序
N
P 2 .7 ＝ 0 ？
Y 调时程序
图10-7 主程序流程图
2) 显示子程序
数码管显示的数据存放在50H～55H内存单元中， 其中50H、51H单元存放秒数据，52H、53H单元存放 分数据，54H、55H单元存放时数据。时间数据采用 BCD码表示，对应的显示用段码表存放在ROM中。
AJMP
XYZ4
；转到XYZ4循环
KMTES: SETB ET0 ；省电状态，开T0中断
SETB TR0 ；启动T0(开时钟)
KMA: JB P2.7，$ ；无按键按下，等待
LCALL XSZCX
；通过调用显示时间程序延时消抖动
JB P2.7，KMA ；是干扰返回等待
KMA1:
JNB P2.7，$
ET1
；允许T1中断
SETB
TR1
；启动T1
XYZ2：JNB P2.7，XYZ1
；P2.7端为0，等待
CLR 01H
；置调分标志位为1
XYZ4：JB P2.7，XYZ3
；等待键按下
LCALL
YS05S
；延时0.5 s
JNB
P2.7，XYZHH
；按键时间大于0.5 s，转到调小时状态
MOV
R0，#53H
5) 调时功能程序 调整时间程序的方法是：按下功能键，当按下时间 小于1 s时，进入省电状态，大于1 s时，进入调分状态， 等待操作，此时计时器停止走动。
6) 延时程序
系统使用三个延时程序。因为系统是动态显示， 为了确保系统在有效显示时间范围内(约50 ms)必须执 行显示程序，所以0.5 s的延时程序是通过执行显示程 序约81遍实现的。
；等待键释放
LJMP MAINT1 ；返回主程序，显示时间
XYZHH: XYZ6:
JNB P2.7，XYZ5 ；等待键释放
SETB 01H ；置调小时标志位
JB P2.7，XYZ7 ；等待键按下
LCALL YS05S ；有键按下，延时0.5 s
JNB P2.7，XYZOUT
JNB P2.7，SJTZ1
SJMPMຫໍສະໝຸດ INT1；功能键没有按下，显示时间
SJTZ1:
CLR ET0 ；关闭T0中断
CLR TR0
；关闭T0
LCALL YS1S
；调用1 s延时程序
JB P2.7，KMTES
；按键时间小于1 s，进入省电状态
MOV
R2，#06H
；进入调时状态，置闪烁定时初值
SETB
3) 定时器T0中断服务程序
时钟的最小计时单位是秒，60 s进位1 min，60 min 进位1 h。定时器T0用于产生最小单位1 s，定时时间为 50 ms，中断累计20次即为1 s。计数单元中的十进制 BCD数每逢60进位。程序流程图如图10-8所示。
开始
保护现场
N
1 s到 否 ？
Y
秒单元加1
N
N
6 0 s到 ？
Y 秒 单 元 清 0， 分 单 元 加 1
N
N
6 0 m in 到 ？
Y
分 单 元 清 0， 时 单 元 加 1
N
N
24h到 ？
Y 时单元清零
恢复现场
中断返回
图10-8 T0中断服务程序
4) 定时器T1中断服务程序 进行时间调整时，正在被调整的时间以闪烁形式表 现，定时器T1用于产生闪烁的时间间隔，每隔0.3 s闪 烁一次。程序流程图略。
AT89C51
P0口
P3口 5V 10F 8.2 k
RST
5V
VCC
P1.7 P1.6 P1.5
g
f e
P1.4 d
P1.3 P1.2 P1.1 P1.0
c b a
时十位 时个位 分十位 分个位 秒十位 秒个位
g
g
g
g
g
f
f
f
f
f
e
e
e
e
e
d
d
d
d
d
c
c
c
c
c
b
b
b
b
b
a
a
a
a
a
3.9 k
3.9 k
CLR A
WZ1：MOV @R0，A
DJNZ R0，WZ1
MOV SP，#30H
；置堆栈指针
MOV 5AH，#0AH ；放入“熄灭符”数据
MOV TMOD，#11H
；设T0，T1为16位定时器
MOV MOV MOV MOV SETB SETB SETB MOV
TL0，#0B0H ；置50 ms定时初值
10.3.2 数码管数字时钟电路的设计
1. 系统硬件电路的设计
单片机控制的数码管时钟电路如图10-6所示，它采 用的是AT89C51单片机，只用了 P1口和P2口，P0、P3 口可用于扩展显示年、月、日等功能。为了简化硬件 电路，LED显示采用动态扫描方式实现，P1口输出段 码数据，P2.0～P2.5端作扫描输出控制端，P2.7作功能 转换按键输入端。LED采用共阳极数码管，由三极管 9012提供驱动电流。为了提高计时精度，所采用的晶 振频率为12 MHz。
；按键时间小于0.5 s，进入调分状态
LCALL
ADD1
；调时间加1子程序
MOV A，R3
；取要调整的单元数据
CLR C
CJNE A，#60，QWE ；调整单元数据与60比较
JC XYZ4
；小于60转到XYZ4循环
QWE：CLR
A ；大于或等于60，清零
MOV
@R0，A
DEC
R0
MOV
@R0，A
CLR C
TH0，#3CH
TL1，#0B0H
TH1，#3CH
EA
；开中断
ET0
；允许T0中断
TR0
；启动T0
R4，#14H ；用于产生1 s定时
MAINT1: LCALL
XSZCX
；调用显示子程序
JNB P2.7，SJTZ0
；功能键按下，进入调时程序
SJMP
MAINT1
SJTZ0： LCALL
XSZCX
；通过调用显示时间程序延时消抖动
3.9 k 3.9 k 3.9 k 3.9 k
P2.5
5V
12MHz XTAL2
30 pF
P2.4 P2.3 P2.2 P2.1
30 pF
P2.0 5 V
XTAL1
P2.6
10 k
VSS
P2.7
按键
图10-6 AT89C51数字时钟电路图
2. 系统软件的设计 1) 主程序 主程序功能主要是初始化、正常显示时间和判断功 能转换键。显示时间调用显示子程序。当P2.7端口按 键按下时，转入调时功能程序。主程序流程图如图107所示。