第11章 可调式数码管电子钟设计
数字电子钟设计(电子集成专业类课程设计)
电子线路课程设计——数字时钟的设计与制作一、设计目标1.通过这次课程设计，进一步熟悉和掌握数电和模电知识，掌握multisim仿真软件的使用。
2.学习数字时钟的硬件设计原理，熟练各种电路应用。
3.培养独立分析问题和解决问题的能力和创新思维。
二、设计功能要求（1）时的技术要求为“24翻1”，分和秒的要求为60进制进位（2）准确计时，以数字形式显示时，分，秒的时间（3）具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校对，能校正到标准时间（4）拓展功能：整点报时三、数字钟电路系统工作原理1.数字钟的构成石英晶振为主要部件的振荡器、分频器、计数器、校时电路、数码显示、整点报时电路。
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。
2.电路设计框图如下由图可见：本数字钟电路主要由振荡器，分频器，校时电路，时分秒计数器，译码显示器及整点报时电路构成。
３、工作原理①振荡电路：由石英振荡器产生的32768HZ高频脉冲信号作为数字钟的时间基准。
石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单，易调整。
用反相器和石英晶体构成振荡电路如下图。
利用两非门Ｇ１和Ｇ２自我反馈，使他们工作在现行状态，然后利用石英晶体ＪＵ来控制震荡频率，同时用电容Ｃ１来作为两个非门之间的耦合。
两个非门输入和输出之间并联的电阻Ｒ１和Ｒ２作为负反馈元件，由于反馈作用很小，可以近似认为非门的输出输入压降相等，电容Ｃ２是为了防止寄生振荡。
电路图如下：仿真图如下：②分频电路：分频器的功能主要有产生标准秒脉冲信号和提供功能扩展电路所需的信号。
（共经过１５级２分频集成电路）我们实验用的是CD4060、74LS74,其中CD4060是14级分频器，将石英晶振的高频变为二分频，74LS74是D触发器，可以用作二分频。
可调式电子时钟
目录一、绪论.............................................................................................................................. - 2 -二、课程设计要求.............................................................................................................. - 2 -三、方案的比较.................................................................................................................. - 2 -3.1 方案一........................................................................................................................... - 2 -3.2 方案二........................................................................................................................... - 3 -3.3 方案比较....................................................................................................................... - 3 -四、系统电路图.................................................................................................................. - 3 -五、系统的软件设计.......................................................................................................... - 4 -六、附录（程序）............................................................................................................ - 10 -一、绪论简易可调式时钟是一种非常广泛的日常工具，在现代社会越来越实用。
LED数码管设计的可调式电子钟说明说
LED数码管设计的可调式电子钟说明说可调式电子钟的设计理念是提供用户多样化的时间显示和闹钟设定选项，以满足用户不同的需求和喜好。
以下是对设计的详细说明：1.数码管显示：LED数码管采用7段共阳极连接方式，每个数码管由7个LED灯组成，通过控制各个LED灯的点亮与否，可以显示0-9的数字。
数码管的显示仿真效果要清晰、鲜明，确保用户可以轻松辨认时间。
2.时间调节功能：可调式电子钟具备时间调节的功能，用户可以通过按钮或旋钮调整时间。
其中旋钮可以实现小时和分钟的调节，而按钮可以实现小时和分钟的增加或减少。
设计时需考虑人机交互的便利性，确保时间调节操作简单明了。
3.闹钟设定：可调式电子钟还具备闹钟功能，用户可以设定一个或多个闹钟时间点。
用户可以通过按钮或旋钮设置闹钟的小时和分钟，还可以设定是否重复响铃。
闹铃可以通过声音、震动或LED灯闪烁等方式提醒用户。
为了避免误操作，设计时需要考虑设置闹钟的过程，确保用户能够轻松设置闹钟。
4.电源供应：可调式电子钟可采用外部电源或内置电池供电。
设计时需考虑到电源的稳定性和可靠性，确保时钟长时间准确运行。
当外部电源断开时，内置电池可以提供备用电源，防止时间设置的丢失。
5.背光功能：可调式电子钟还可以考虑添加背光功能，在光线不好的情况下，用户可以通过按下按钮或通过传感器自动点亮背光。
背光的亮度可以根据用户偏好进行调节。
6.美观设计：除了功能性，可调式电子钟的外观设计也很重要。
设计时可以考虑采用简约设计风格，以及时尚的外壳材料。
同时，数字显示的对齐和间距，以及按钮和旋钮的位置、大小都需要细致推敲，确保整体外观美观大方。
总之，可调式电子钟的设计需要满足用户对时间显示和闹钟功能的需求。
通过合理的控制功能，人性化的设计以及简洁好看的外观，可为用户提供一台方便、易用的电子钟。
电子钟的设计说明书及电路图
设计报告是电子技术综合训练课程的重要内容，是在设计完成后提交的技术报告，是对完成的设计系统性的总结和说明。通过设计报告的撰写，培养和锻炼学生科技文档写作的能力，培养和提高学生的计算机应用能力。
第二章
一、
按照基本要求设计的数字钟，数字形式显示时、分、秒，在分和秒之间显示“：”，并按1次/秒的速度闪烁；每日以24小时为一个记时周期；并且有校正功能，能够在任何时刻对电子钟进行方便的校正；要求在在电源方面是220V/50HZ的工频交流电供电。
5）、按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告。
2、发挥部分：
1）、有定时闹叫功能，能够按照任意预先设置的时间闹叫，驱动小型扬声器工作，并要求在闹叫状态能够手动消除闹叫；
计时电路用以实现分、秒的分别计时，其中需要设计进制的转换，置数或者清零操作，芯片级联进位，显示信号输出，报时信号输出，校正电路的接入等。
如下图是秒、分计数器电路图和电路仿真结果图3.5分、秒计数器的设计，图3.6分、秒计数器的波形仿真
图3.6分、秒计数器的设计
图3.7分、秒计数器的波形仿真
3.4
时计数器同样和秒、分的计数器所用芯片和具备条件都是一样，只是把同样的两篇74LS160N计数器接成二十四进制的计数器，使得输出为~这二十四个数即可，在低位片的c端的输出于高位片的b端经过与非门74LS00N送给两片的清零信号端CLR,低位片的进位RCO端与高位片的使能端ENT和ENR相连构成进位信号。时计数器功能及接线图如下图3.7，时计数器的波形仿真图如下图3.8
摘要
数字电子钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。它将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时功能和报时等附加功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器，校时电路、报时电路和振荡器组成。主电路系统由秒信号发生器、“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，一般用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，译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。
自制可调式数字时钟完整版
《综合设计实训I》可调式数字时钟姓名：学号：班级：实训地点：指导教师：通信与电子学院编制年月日一、设计要求数字时钟是采用数字电路实现对年，月，日，时，分，秒数字显示的计时装置，广泛用于个人，家庭，车站，码头，办公室等公共场所，成为人们日常生活中的必需品。
1,、设计时可以利用单片机内部定时器，也可以利用外部实时时钟芯片。
（I/O,I2C总线）2、有年，月，日，时，分，秒功能，而且要能够校正前面五项。
3、显示时可以用8位数码管，也可以用LCD液晶屏。
（年只需显示后2位）4、可选功能：闹钟功能。
二、设计方案1、芯片分析AT89C51引脚图管脚说明：VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
可调数字电子钟设计
综合案例项目1 可调数字电子钟设计一、设计目的1.掌握六十进制，二十四进制计数器的设计方法。
2.掌握用元件例化语句实现多位计数器相连的设计方法。
3.掌握多位共阳数码管动态扫描显示驱动及编码。
4.掌握CPLD技术的层次化设计方法。
5.学习VHDL基本单元电路的综合设计应用二、设计要求1.设计功能要求：图1（Clock.gdf）如图所示，具有：1）具有时、分、秒计数显示功能，以二十四小时循环计时。
2）具有清零，使能，调节小时，分钟的功能。
2.设计内容(1) 根据电路特点，用层次设计概念。
将此设计任务分成若干模块，规定每一模块的功能和各模块之间的接口。
可以多人分别编程和调试，然后再将各模块联机联试。
以培养同事之间的合作精神，同时加深层次化的设计概念。
(2) 了解软件的元件管理深层含义，以及模块元件之间的连续概念。
3.设计步骤(1) 根据系统设计要求，采用自顶向下设计方法，由秒计数模块、分计数模块、时计数模块、动态扫描显示模块和7段译码模块五部分组成。
画出系统的原理框图，说明系统中各主要组成部分的功能。
(2) 选用QuartusⅡ软件编写各个模块的VHDL源程序。
(3) 根据选用的软件编好用于系统的仿真测试文件。
(4) 根据选用的软件及选用的硬件芯片编好用于硬件验证的管脚锁定文件。
(5) 记录系统仿真、硬件测试结果。
(6)记录实验过程中出现的问题及解决办法。
三．硬件要求：1.主芯片Altera Cyclone II EP2C35F672C6N。
2.6位8段共阳数码管动态扫描显示。
3.四个按键开关（清零、使能、调小时、调分钟）。
4.组合时钟源模版。
5.电源模版。
四．相关知识点：1．静态和动态显示原理：点亮LED显示器有静态和动态两种方法。
所谓静态显示，就是显示某一字符时，相应的发光二极管恒定得导通或截止，这种方法，每一显示位都需要一个8位的输出口控制，占用的硬件较多，一般仅用于显示位数较少的场合。
而动态就是一位一位地轮流点亮各位显示器，对每一位显示器而言，每隔一段时间点亮一次，利用人的视觉留感达到显示的目的。
数码管时钟电路的设计
前言单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。
单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。
由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。
这次毕业设计通过对它的学习、应用，以AT89C205芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由直流电源供电，通过数码管能够准确显示。
.数字时钟是现代社会应用广泛的计时工具，在航天、电子等科研单位，工厂、医院、学校等企事业单位，各种体育赛事及至我们每个人的日常生活中都发挥着重要的作用。
本系统是基于AT89C2051单片机设计的一个具有六位LED显示的数字时实时钟，采用独立式按键进行时间调整，该系统同时具有硬件设计简单、工作稳定性高、价格低廉等优点。
目录摘要时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。
怎样让时钟更好的为人民服务，怎样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。
现今，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，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，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显示器代替显示器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。
本文利用单片机实现数字时钟计时功能的主要内容，其中AT89C2051是核心元件同时采用数码管动态显示“时”，“分”，“秒”的现代计时装置。
与传统机械表相比，它具有走时精确,显示直观等特点。
它的计时周期为24小时，显满刻度为“23时59分59秒”，另外具有校时功能，断电后有记忆功能，恢复供电时可实现计时同步等特点。
多功能数字钟-电子设计
多功能数字钟-电子设计设计一个多功能数字钟，可以显示时间、日期、温度，并能设置闹钟和倒计时功能。
电子设计：1.采用LED数码管显示时间、日期、温度，可以选择7段数码管或者共阳共阴的数码管。
2.采用实时时钟芯片，能够准确读取时间和日期。
3.通过温度传感器读取室内温度，并在数码管上显示。
4.设计按钮控制系统，包括设置时间、日期、闹钟和倒计时功能。
5.设置闹钟功能，可以设定每天重复或只响一次，并能够自定义铃声。
6.设置倒计时功能，可以设定倒计时时间，并能够显示剩余时间。
7.设计电源接口，可以使用电池或外部电源供电。
硬件设计：1.使用微控制器作为控制中心，控制LED数码管的显示和按钮的输入。
2.将实时时钟芯片连接到微控制器，通过I2C或SPI协议读取时间和日期。
3.连接温度传感器与微控制器，通过模拟输入端口读取温度值。
4.设计按钮接口，将按钮连接到微控制器的GPIO引脚，用于接收用户的操作。
5.设计蜂鸣器接口，通过微控制器生成不同频率的信号，作为闹钟铃声。
软件设计：1.编写微控制器的固件程序，实现读取时间、日期、温度的功能。
2.实现LED数码管的驱动程序，将时间、日期、温度的数值转换成相应的LED显示。
3.编写按钮的中断服务程序，实现按钮的响应和功能切换。
4.设计闹钟功能的逻辑，根据用户的设定时间和铃声选择，启动闹钟。
5.设计倒计时功能的逻辑，根据用户设定的倒计时时间，显示剩余时间并发出提醒。
6.设计设置功能的菜单，通过按钮操作进入不同的设置界面。
7.实现电源管理功能，可以根据用户选择使用电池或外部电源供电。
8.调试和测试系统的各项功能，确保稳定性和准确性。
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11.2 硬件设计
U1
Vcc
Vcc RP1 10k×8
P10 1 P1.0
VCC 40
P11 2 P1.1
P0.0 39 A0
P12 3 P1.2
38 STC89C52 P0.1
A1
4 P1.3 5 P1.4
P0.2 37 A2 P0.3 36 A3
A0 A1 A2A3 A4A5 A6 A7
6 P1.5 7 P1.6
c
S2 21 P25
c
4 c
9 S2
P21
g
S3 20 P26
g
5 g
8 S3
P22
S4
19 b
b
P23 6 S4
7 b
b
7CC2 7CC1
P27 18
g 17
c 16
dp 15
d 14
e 13
图11-2 可调式数码管电子钟电路原理图
4
11.3 程序设计 程序清单见课程设计指导书
开始
是否为 正常模式(mode=0)？
图11-5 可调式数码管电子钟实验结果
7
P0.4 35 A4 P0.5 34 A5
XTAL1 11.0592MHz XTAL2
8 RST 9 RXD 10 TXD 11 P32 12
P1.7 RESET RXD(P3.0) TXD(P3.1) INT0(P3.2)
P0.6 33
P0.7 32 EA/Vpp 31 ALE/PROG 30
29 PSEN
P26 P25
P2.4 P2.3
25 24
P24 P23
P2.2 23 P22
P2.1 22 P21
P2.0 21 P20
Vcc 1
DIR A0 2
A0 A1 3
A1 A2 4
A2 A3 5 A3 A4 6
A4 A5 7
A5
20 Vcc
19 E
18 a B0
17 b B1
16 c B2
15 d B3 14 e B4
N
Y 正常显示时分秒
是否为 加/减分的模式
(mode=1)？
N
是否为 加/减时的模式
(mode=1)？
N
Y 分单元显示闪烁
Y 时单元显示闪烁
开始
S1键按下？
N
Y mode+1
N Mode=3?
Y mode清零
Mode=1并且 S2(增加键按下)?
N
Y 分单元加1
Mode=1并且 S3(减少键按下)?
用单片机和数码管设计可调式电子钟，采用24小时制计时方式， 要求能够稳定准确地计时，并能调整时间。电子钟显示格式为： 时、分、秒各两位，中间有两位分隔符，格式为xx-xx-xx，共8 位。采用三个按键调整时间，具体任务如下： (1) 上电自动显示初始时间12-00-00。 (2) 实现时钟走时和显示时、分、秒， (3) 当第一次按下第一个按键时进入时间调节状态，实现对显示 时间的分钟调节，按下第二个按键时实现分钟的加1调节，按下 第三个按键时实现分钟的减1调节。 (4) 当第二次按下第一个按键时进入显示时间的小时调节状态， 按下第二个按键时实现小时的加1调节，按下第三个按键时实现 小时的减1调节。 (5) 当第三次按下第一个按键时数字钟恢复正常时间显示。
结束
(a) 显示子程序
Mode=2并且 S3(减少键按下)?
N
Y 时单元减1
结束
时计数单元=24？ N
中断返回
Y 时计数器清零
(b)按键扫描子程序 (c) 定时器0中断服务子程序
图11-3 程序流程
5
11.4 仿真与实验结果
图11-4 可调式电子钟Proteus仿真电路与结果
6
11.4 仿真与实验结果
K4
Vcc
K1 P10
A6 8 A6
A7 9 A7
B5 13 f 12 g
B6
R1 RST
C3
1k
10uF
K2 P11
10 GND
11 dp B7
R2
10k
K3 P12
74LS245
Vcc
e
S1 24 P24
e
1 e
12 S1
P20
23 a
d
2 d
11 a
a
d
a
DpБайду номын сангаас
22 f
f
dp
3 dp
10 f
f
N
Y 分单元减1
Mode=2并且 S2(增加键按下)?
N
Y 时单元加1
开始
重置计数初值
中断次数计数值counter加1
中断次数=500？ N
Y Sign=1
中断次数=250？ N
中断次数=500？ Y
counter清零 秒加1
秒计数单元=60？ N
分计数单元=60？ N
Y Sign=0
N
Y 秒计数器清零，分加1 Y 分计数器清零，时加1
A6
A7
C1
Vcc
R3 1k
X1 30pF
C2 30pF
13 14
15
16 17 XTAL2 18 XTAL1 19 20
INT1(P3.3) T0(P3.4) T1(P3.5) WR (P3.6) RD (P3.7) XTAL2 XTAL1 VSS
P2.7 28 P27
P2.6 P2.5
27 26
第11章 可调式数码管电子钟设计
11.1 项目任务 11.2 硬件设计 11.3 程序设计 11.4 仿真与实验结果
1
电子钟是一种以单片机为控制核心，实现时、分、秒显示的计 时装置。与机械式时钟相比，电子钟具有更高的准确性和直观 性，无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使 用。
2
11.1 项目任务