数电课程设计多功能数字钟的设计与实现

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 (5)4.1.3元件介绍 (5)4.1.4参数计算 (6)4.1.5电路设计 (7)4.2计数电路 (8)4.2.1秒电路 (8)4.2.2分电路 (10)4.2.3时电路 (12)4.3显示电路 (13)4.3.1所需元件 (13)4.3.2元件介绍 (13)4.3.3原理说明 (13)4.3.4电路设计 (13)4.4整点报时电路 (14)4.4.1设计要求 (14)4.4.2所需元件 (14)4.4.3元件介绍 (14)4.4.4参数计算 (15)4.4.5原理说明 (15)4.4.6电路设计 (15)4.5校时电路 (16)4.5.1设计要求 (16)4.5.2所需元件 (16)4.5.3元件介绍 (17)4.5.4原理说明 (17)4.5.5电路设计 (17)4.6闹钟电路 (17)4.6.1设计要求 (17)4.6.2所需元件 (17)4.6.3元件介绍 (18)4.6.4原理说明 (20)4.6.5电路设计 (20)5总电路图 (21)6心得体会 (22)7元件清单 (23)8参考文献 (25)摘要数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的钟表。

与机械钟相比具有更高的准确性和直观性，具有更长的使用寿命，如今已得到广泛的使用。

数字钟的设计方法有许多种，例如可用中小规模集成电路组成数字钟，也可以利用单片机来实现数字钟等等。

这些方法都各有其特点。

本次设计用的是中小规模集成电路,以实现数字钟的显示、校时、闹钟、报时等功能。

EWB软件，全称为ELECTRONICS WORKBENCH EDA，是交互图像技术有限公司在九十年代初推出的EDA软件，用于模拟电路和数字电路的混合仿真。

EWB是一款小巧，但是仿真功能十分强大的软件。

本次设计将用EWB软件进行仿真。

关键词:数字钟；设计；EWB；仿真AbstractDigital clock is a sort of clock which can be made to time hours、minutes and seconds through digital circuit technology. Compared with mechanical clock, digital clock has higher accuracy and intuition and longer service life. It has been widely used nowadays. There are mang kinds of methods to design the digital clock. For example, small and medium scale integrated circuit can be used to design it. Micro controller can also de used to design digital clock and etc. There are different characteristics in different methods. This time, small and medium scale integrated circuit will be used to achieve the functions of the digital clock such as display、timing、alarm clock、giving the correct time.EWB, whose full name is ELECTRONICS WORKBENCH EDA, is the Interactive Image Technology Ltd l aunched in the early ninety’s EDA software, which can be used to achieve the mixed simulation of analogous circuit and digital circuit. EWB is a small software but it has a powerful function of simulation. The simulation of this design will be made through EWB.Keywords：digital clock；design；EWB；simulation1 引言1.1 数字钟简介数字钟是日常生活中常见的一种工具，大到机场等公共场所的时间屏幕，小到我们的手表、闹钟等。

数字钟实际上是一个对标准频率进行计数的计数电路。

它的计时周期是24小时，由于计数器的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致所以采用校准功能和报时功能。

数字钟是由振荡器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路、闹钟电路组成，振荡器产生的信号作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器，计数结果通过时、分、秒译码器显示时间。

秒脉冲是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，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。

“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个时脉冲信号，该信号将被送到时计数器。

时计数器采用24进制计时器，可实现对一天24小时的计时。

译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态通过显示驱动电路，七段显示译码器译码，在经过六位LED七段显示器显示出来。

整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。

校准电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的。

闹钟电路则是通过数值比较器来实现。

1.2 EWB简介EWB是一种电子电路计算机仿真软件，它被称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室，英文全称为Electronics Workbench。

EWB是加拿大Interactive Image Technologies公司于1988年开发的。

EWB以SPICE3F5为软件核心，增强了其在数字及模拟混合信号方面的仿真功能。

SPICE3F5是SPICE的最新版本，SPICE自1972年使用以来，已经成为模拟集成电路设计的标准软件。

相对其它EDA软件而言，它是个较小巧的软件，只有16M，功能也比较单一，就是进行模拟电路和数字电路的混合仿真，但它的仿真功能十分强大，可以几乎100%地仿真出真实电路的结果，而且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等工具，它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片，器件库中没有的元器件，还可以由外部模块导入，在众多的电路仿真软件中，EWB是最容易上手的，它的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件，对于电子设计工作者来说，它是个很好的EDA工具，许多电路无需动用烙铁就可得知它的结果，而且若想更换元器件或改变元器件参数，只需点点鼠标即可，它也可以作为电学知识的辅助教学软件使用。

2 方案选择方案一：采用中小规模集成电路实现采用中小规模集成逻辑电路设计可以实现数字钟的时、分、秒计时功能、定点报时功能、校时功能、闹钟功能，计时模块采用时钟信号触发，不需要程序控制。

所有功能模块的主要部件都使用集成芯片。

此方案正是所学的知识的实际应用，可以加深对逻辑电路的了解，符合此次设计的要求。

方案二：EDA技术实现采用EDA作为主控制器外围电路进行电压，时钟控制、键盘和LED控制。

但此方案逻辑电路复杂，外围设备多，灵活性较低，不利于扩展。

且涉及的大多是未学的知识，不能达到此次设计的目的。

方案三：单片机编程实现利用AT89S51单片机和74HC573八位锁存器以及利用C语言对AT89S51进行编程来实现数字钟的时间显示。

单片机的相关知识尚未学习，而且运用单片机也不符合运用数字电路完成设计的初衷，不能达到此次设计的目的。

综上，根据自身的知识和方案比较，采用方案一，因为方案一简便灵活，扩展性好，而且正好是所学知识的应用，可以对逻辑器件的使用增加经验，同时符合此次数字电路知识设计的要求。

3 系统框图图3.1 系统框图4 分电路设计4.1 脉冲产生电路4.1.1设计要求要求设计出一个能产生一秒周期信号的电路。

用555定时器作为基础，调节外界参数R和C，使得振荡周期为1秒。

4.1.2所需元件导线若干、555定时器、1000kΩ、200kΩ、20kΩ、1kΩ、300Ω、40Ω、8Ω电阻各一个、1μF、0.01μF电容各一个。

4.1.3元件介绍555定时器：555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

内部结构图：图4-1 555定时器内部结构图引脚图：引脚功能注释：表4-1 555定时器引脚功能功能表：表4-2 555定时器功能表清零端高触发端TH低触发端 Q 放电管T功能0 × × 0 导通 直接清零 1 0 1 x保持上一状态保持上一状态 1 1 0 1 截止 置1 1 0 0 1 截止 置1 1110 导通清零4.1.4参数计算由555定时器构成的多谐振荡器由电阻R1、R2，电容C 以及旁路电容Cp 等组成。