多功能数字钟数电课设.docx

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多功能数字钟数电课设

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《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。

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

摘要

钟表一直以来都是国人钟爱的商品之一。

新中国成立以来，国家投入大量资金发展钟表工业，使这一产业得以快速发展，此后，中国的改革开放以及经济全球化发展给中国钟表业带来了繁荣。

经过几十年的发展，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大扩展了钟表原来的功能如：

按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。

因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

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，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电子钟，也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟，还可以利用单片机来实现电子钟等等。

关键词：

数字钟时序电路计数器译码器

Abstract

Watcheshavealwaysbeenafavoriteofgoodspeople.SincethefoundingofNewChina,thestateinvestedheavilyinthedevelopmentofthewatchindustry,sothattherapiddevelopmentoftheindustry,afterthereformandopeningupandglobalizationofChina'seconomicdevelopmenttotheChinesewatchindustrybroughtprosperity.Afterdecadesofdevelopment,digitalwatchestopeoplelivingandproductionhasbroughtgreatconvenience,butalsogreatlyexpandedtheoriginaltimepiecefeaturessuchas:

automaticbellschedule,automaticallycontrolledtime,regularbroadcast,regularopeningandclosingthecircuit,opentheoventimer,poweroffthedeviceandevenavarietyoftimedelectricalautomaticallyenabled,allofwhicharebasedondigitalclocksintobase.Therefore,thestudyofdigitalclocksandexpanditsapplication,hasaveryrealsense.

DigitalClockisadigitalcircuittechnologytorealize,minutes,secondschronographwatch.Comparedwithmechanicalclockwithhigheraccuracyandintuitive,withalongerlife,hasbeenwidelyused.DigitalclockdesignTherearemanyways,suchassmallandmediumscaleintegratedcircuitsavailableelectronicclock,youcanalsouseadedicatedchipwithelectronicclockdisplaycircuitanditsperipheralcircuitscomposedofelectronicbellneeded,youcanalsousethemicrocontrollertoachievetheelectronicclockandsoon.

Keywords:

digitalclocktimingcircuitcounterdecoder

绪论

集成电路是信息产业和高新技术的核心，是推动国民经济和社会信息化的关键技术。

集成电路的产业规模和技术水平已成为国家综合国力的一个重要标志.集成电路有体积小、功耗小、功能多等优点，因此在许多电子设备中被广泛使用。

电子钟是人们日常生活中常用的计时工具，而数字式电子钟又有其体积小、重量轻、走时准确、结构简单、耗电量少等优点而在生活中被广泛应用，因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路来设计一个数字式电子钟，使其完成时间的显示及闹钟等功能。

本次设计以数字电子为主，分别对一秒时钟信号源、秒计时显示、分计时显示、小时计时显示、整点报时、校时电路及闹钟电路进行设计，然后将它们组合，来完成时、分、秒的显示并且有整点报时和闹钟的功能。

并通过本次设计加深对数字电子技术的理解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以及更熟练使用计数器、触发器和各种逻辑门电路的能力。

电路主要使用集成计数器，例如74LS160、译码集成电路，74ls48，LED数码管，CD4060，及各种门电路和基本的触发器等，很适合在日常生活中使用。

1仿真软件Proteus介绍

1.1Proteus概述

Proteus软件是英国LabCenterElectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。

虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。

在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。

1.2Proteus功能特点

在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：

*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。

PROTEUS是单片机课堂教学的先进助手。

PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。

前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。

它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。

这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：

元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。

课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。

由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台

随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。

它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。

可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。

相信在单片机开发应用中PROTEUS也能茯得愈来愈广泛的应用。

使用Proteus软件进行单片机系统仿真设计，是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力；在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中，我们使用Proteus开发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。

实践证明，在使用Proteus进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。

因此，Proteus有较高的推广利用价值。

目前Proteus的最新版为8.0,ARMcortex处理器被增加，在7.10中已经增加DSP系列（TMS320）。

2方案论证

2.1方案一：

采用中小规模集成电路模块实现

采用中小规模集成电路如译码器、计数器、定时器、脉冲发生器和必要的门电路等搭建数字钟，实现24进制的时计数，60进制的分计数和秒计数。

同时用7段数码管显示出来。

计时数据的更新每秒自动进行一次，不需程序人工干预。

2.2方案二：

采用单片机构建数字钟系统

近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用越来越普及了，并且由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，使单片机在电子和一些自动化行业中应用也越来越广泛了。

数字钟的组成模块主要由一个AT89C51单片机模块、用于放大信号来驱动数码管显示的SN74LS244N、用于显示时间的数码管显示模块、还有用于复位的按键部分，还有电源等部分组成。

2.3方案选择

比较以上两种方案，发现方案一较为灵活，可扩展性好，电路功能稳定。

能完整实现题目的要求。

同时制作起来比较方便。

因此决定采用方案一完成此次任务。

3总体电路设计

3.1电路原理分析与设计

该设计主要由以下几部分组成:

震荡器、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，采用译码器与二极管串联电路，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。

计数器模块，60进制可由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、