数字电路课程设计——电子钟[精选5篇]

第一篇：数字电路课程设计——电子钟

一、设计目的：1、2、3、让学生掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法； 进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力； 初步掌握使用EDA（电子设计自动化）工具设计数字逻辑

电路的方法，包括设计输入、编译、软件仿真、下载和硬件仿真等全过程；

4、经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使学生得

到一次较全面的工程实践训练，通过理论联系实际，提高和培养创新能力，为后续课程的学习，毕业设计，毕业后的工作打下基础。

二、设计要求要求和及采用的器件和软件

1、电子钟具有下述功能：

⑴、实验台上的六个数码管显示时、分、秒；

⑵、能使电子钟复位(清零)；

⑶、能启动和停止电子钟运行；

⑷、在电子钟停止运行状态下，能够修改时、分、秒的值； ⑸、具有报时功能，整点时喇叭鸣叫。

2、所用实验箱及芯片：ispLSI1016E-80LJ44芯片，TDS系列数字电路实验系统

3、设计所用软件：ispEXPERT编程软件

三、设计思想及说明

根据实验要求，设计出两个模60计数器和一个模24计数器分别接用来显示分、秒、时的阴极数码管，秒的模60计数器的进位信号作为分的计数器的时钟信号，分的进位信号作为小时计数器的时钟信号，同时将其作为喇叭的控制信号。另外，由于TDS实验系统可以提供脉冲的最小频率是100KHZ，因此为了为电子钟提供1HZ的脉冲，必须对实验箱提供的脉冲进行分频。

四、源程序

MODULE ss

TITLE 'ss'

“inputs

clk,aclr,stop,aset1,aset2,aset3 pin;

”outputs

s7..s0 pin istype 'REG';

m7..m0 pin istype 'REG';

h7..h0 pin istype 'REG';

alarm pin;

“sets

HF=[h3..h0];HS=[h7..h4];MF=[m3..m0];MS=[m7..m4];SF=[s3..s0];SS=[s7..s4];

”Temporary Variables

Q3..Q0,P3..P0,W3..W0,U3..U0,O3..O0,cl0 node istype 'REG';

V,bcounter node istype 'REG';

clk1,clk2,malarm,salarm node;

Q=[Q3..Q0];

P=[P3..P0];

O=[O3..O0];

W=[W3..W0];

U=[U3..U0];

EQUATIONS

Q.clk=clk;

Q:=(Q+1)&!(Q==9);//100KHZ

P.clk=(Q==9);

P:=(P+1)&!(P==9);

cl0.clk=(P==9);

cl0=!cl0;

O.clk=(P==9);

O:=(O+1)&!(O==9);

W.clk=(O==9);

W:=(W+1)&!(W==9);

U.clk=(W==9);

U:=(U+1)&!(U==4);

V.clk=(U==4);

V:=!V;

bcounter.clk=(U==4);

bcounter:=stop;

SF.clk=(!V&!bcounter)#(!aset1&bcounter)#(!V&!aset1);

SF:=(SF+1)&!(SF==9);

SS.clk=!(SF==9);

SS:=(SS+1)&!(SS==5);

clk1=(SS==5)&(SF==9);

MF.clk=(!clk1&!bcounter)#(!aset2&bcounter)#(!clk1&!aset2);

MF:=(MF+1)&!(MF==9);

MS.clk=!(MF==9);

MS:=(MS+1)&!(MS==5);

clk2=(MS==5)&(MF==9);

HF.clk=(!clk2&!bcounter)#(!aset3&bcounter)#(!clk2&!aset3);

HF:=(HF+1)&!(HF==9);

HS.clk=!(HF==9);

HS:=(HS+1)&!(HS==2);

HF.aclr=aclr#(HS==2)&(HF==4);//24进制

HS.aclr=aclr#(HS==2)&(HF==4);

SF.aclr=aclr;//复位

SS.aclr=aclr;

MF.aclr=aclr;

MS.aclr=aclr;

salarm=(SS==0)&(SF==0);//报时

malarm=(MF==0)&(MS==0);

alarm=cl0&salarm&malarm;

END

五、程序分析及使用说明

将S3..S0,S7..S4,M3..M0,M7..M4,H3..H0,H7..H4从右向左分别接在BCD数码管的接口 上，SF.clk,MF.clk,HF.clk分别接秒，分，小时的时钟脉冲，从alarm引线接喇叭的输入借口，CLK接100KHZ的脉冲,stop,aclr都接开关，分别实现停止和复位的功能。Stop高电平时，正常工作，低电平是时钟暂停。Aclr高电平时，正常工作，低电平时复位清零。

刚开始做设计时，一片茫然。不知道从何下手，后来通过资料了解到电子钟的基本工作原理，然后就只剩下写程序了。但able语言我们学的都不怎么好，本来题目中提示分成好几个模块，各个模块分别实现一个功能，这样看起来程序比较有条理，思路也很清晰。但我们想这样还不如将所有的功能在一个模块中实现，这样做比较简单一些。在写程序的过程中，由于看到以前同学的设计，我们想到了可能在时钟脉冲变化时会产生竞争冒险，果然还是出现问题：在“停止-调表”状态和计时状态转换时，数码管显示的数出现无规律地跳变，而且跳变时有时无。问题出在什么地方呢？经过我们的仔细检查及同学的帮助，终于找到问题的所在原来在处理“停止-调表”状态和计时状态时存在竞争冒险，也就是这一句：

SF.clk=(!V&!stop)#(!aset1&stop)

这条语句意思是当停止stop信号无效（为0）时，秒钟的时钟信号为分频后的信号v(频率为1秒，占空比50%)；当停止stop信号有效（为1）时，秒钟的时钟信号为手动设置信号，这样每按一下单脉冲，秒钟就计数加1。同理，分钟、小时钟也如此。冒险是这样的：当!V、!aset1同时为1时，SF.clk=!stop#stop。当stop从1变到0时，电路将出现冒险于是我们想到在后面再加上一个添加项（!V&!aset1）,使SF.clk=(!V&!stop)#(!aset1&stop)#(!V&!aset1)。这样冒险就消除了。

另外我们看到以前的同学做的还提到了毛刺现象，我们一想这确实是个问题。还是脉冲变化引起的，我们想到另设一个二进制计数器bcounter取代stop,并使

bcounter.clk=(U==4)；

bcounter:=stop；

这两句代码的意思是，bcounter在下一个时钟沿（时钟周期为0.5s）到来的时候取stop的值，这样就使得调整stop时只产生一个值，不会使秒钟一瞬间发生累加，从根本上解决了问题。

六、设计心得：

这次实验之前自己很心虚，因为able语言学的实在不怎么好。我们也想到完全用硬件设计，但后来考虑到要是用硬件的话，将会用到太多的实验的仪器，这样比较麻烦。设计的目的也没有完全达到，于是我们就开始重新看书，把able语言又复习了一遍，虽然还有好多的语法，函数并没有看到。但对于设计来说已经影响不是太大，我们在总结前人的设计经验及方法上，通过改进，终于设计出了自己的电子钟。在设计的过程的中，我们在图书馆看到很多这方面的书，也在同学及老师那里了解到不少这方面的知识，在此感谢给我们提供帮助的同学和辅导老师，你们的帮助才让我们按时完成了设计。通

过这次的课程设计我们对数字逻辑有了新的认识，将自己所学的知识运用到实践中去一直是我们学习的目的。我想在今后的学习中我们要更加注重理论与实践的结合。

第二篇：电子钟课程设计

paequ 8002h

pbequ 8004h

pccequ 8001h

ORG0000HLJMP STARTORG 001BHLJMP INT

START:MOV R0,#71HMOV R1,#06H

CLEAR:MOV @R0,#00HINC R0

DEC R1

DJNZ R1,CLEARMOV 6DH,#00MOV 6CH,#00MOV 7DH,#00ACALL MIAOMOV 7EH,#00ACALL FENMOV 7FH,#00ACALL XIAOSHIINI8255:MOV DPTR ,#8003HMOV A,#81H

MOVX @DPTR,AINIT1:MOV TMOD ,#20HMOV TL1, #06HMOV TH1,#06HSETB TR1SETB ET1SETB EA

LOOP1: LCALL DISPLAYLCALL YMYJZLOOP1MOV R1,#70H

LCALL DDCJNE A ,#0FH,LOOP1CLRTR1

LOOP2:LCALL DIR

LCALL YMYJZLOOP2;清零;8255初始化;T1初始化;判断有无键按下;判断到底哪个键按下;判断有无键按下

LCALL DD;判断到底哪个键按下，并写进存储单元CJNE R1,#77H,LOOP;最后一位有没有输入完

SETBTR1

LCALL ZH

LJMPLOOP1

LOOP:LJMPLOOP2

INT:PUSH ACC;中断子程序

PUSH PSW

INC 6DH

MOV A,6DH

JNZ BJ

INC 6CH

BJ:MOV A,#0A0H

CJNE A,6DH,RETURN

MOV A,#0FH

CJNE A,6CH,RETURN

MOV 6DH,#00H

MOV 6CH,#00H

MOV A,#01H

ADD A,7DH

MOV 7DH,A

ACALL MIAO

MOV A,7DH

CJNE A,#60,RETURN

MOV 7DH,#0

ACALLMIAO

INC7EH

ACALL FEN

MOV A,7EH

CJNE A,#60,RETURN

MOV7EH,#00H

ACALL FEN

INC 7FH

ACALL XIAOSHI

MOV A,7FH

CJNE A,#24,RETURN

MOV 7FH,#00H

ACALL XIAOSHI

RETURN: POP PSW

POP ACC

RETI

MIAO: MOV A,7DH

DIV AB

MOV 75H, A

MOV 76H,B

RET

FEN:MOV A,7EH

MOV B,#10

DIV AB

MOV 73H,A

MOV 74H,B

RET

XIAOSHI: MOV A,7FH

MOV B,#10

DIV AB

MOV 71H,A

MOV 72H,B

RET

ZH:;输入值转换并送入相应存储单元

MOVA, 75H

MOVB,#10

MULAB

ADD A,76H

MOV7DH,A

MOVA, 73H

MOVB,#10

MULAB

ADD A,74H

MOV 7EH,A

MOVA, 71H

MOVB,#10

MULAB

ADD A,72H

MOV 7FH,A

RET

DISPLAY: MOVA,7DH;显示子程序

MOVB,#10

DIVAB

MOV75H,A

MOV76H,B

MOVA,7EH

DIVAB

MOV73H,A

MOV74H,B

MOVA,7FH

MOVB,#10

DIVAB

MOV71H,A

MOV72H,B

DIR:MOV R0,#76H

MOV R2,#01H

CLR C

DIR1:MOV A,R2

MOV DPTR,#pa

MOVX @DPTR,A

MOV A,@R0

MOV DPTR,#TAB

MOVC A,@A+DPTR

MOV DPTR, #pb

MOVX @DPTR,A

ACALL DELAY

DEC R0

MOV A,R2

RL A

MOV R2,A

CJNE R0,#70H,DIR1

RET

TAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,40H

YMY:MOV DPTR,#pa;判断有无键按下子程序

MOV A,#00H

MOVX @DPTR ,A

INC DPTR

mov DPTR,#pcc

MOVX A,@DPTR

CPL A

ANL A,#0FH

RET

DD:MOV R2,#0DFH;判断到底哪个键按下并送入相应单元子程序MOV R5,#4

MOV R4,#00H

LK4:MOV DPTR,#pa

MOV A,R2

MOVX @DPTR,A

INC DPTR

mov DPTR,#pcc

MOVX A,@DPTR

JB ACC.0,LINE1

MOV A,#00H

AJMP LKP

LINE1:JB ACC.1,LINE2

MOV A,#04H

AJMP LKP

LINE2:JB ACC.2,LINE3

MOV A,#08H

AJMP LKP

LINE3:JB ACC.3,NEXT

MOV A,#0CH

LKP:ADD A,R4

ACALL KEYIN

PUSH ACC

LK3:ACALL YMY

JNZ LK3

POP ACC

RET

NEXT:INC R4

MOV A,R2

RR A

MOV R2,A

DJNZ R5,LK4

KEND:RET

KEYIN:

MOVDPTR,#KEYTAB

MOVCA,@A+DPTR

MOV@R1,A

INCR1

RET

DELAY: MOV R7,#02H

DE:MOV R6,#0FFH

DJNZ R6, $

DJNZ R7,DE

RET

KEYTAB: DB 00H,0FH,0EH,0DH

DB 01H,02H,03H,0CH

DB 04H,05H,06H,0BH

DB 07H,08H,09H,0AH

END

;本程序用到的8255是这样接的：PA口接位选信号，也是列信号，;PB口接七段数码管，PC口只用到其低四位，接行信号。

;通过改变8255的初始化，接法不固定。

;运行时，F键可设置时间值（先停后设置）

第三篇：数字电路课程设计

一、设计报告书的要求： 1.封面

2.课程设计任务书（题目，设计要求，技术指标等）

3.前言（发展现状、课程设计的意义、设计课题的作用等方面）。3.目录

4.课题设计（⑴ 写出你考虑该问题的基本设计思路，画出一个实现电路功能的大致框图。

⑵ 画出框图中的各部分电路，对各部分电路的工作原理应作出说明。⑶ 画出整个设计电路的原理电路图，并简要地说明电路的工作原理。⑷ 用protel画原理电路图。

(5)用Multisim或者Proteus画仿真图。

5.总图。

6.课题小结（设计的心得和调试的结果）。7.参考文献。

二、评分依据：

①设计思路，②单元电路正确与否，③整体电路是否完整，④电路原理说明是否基本正确，⑤报告是否清晰，⑥答辩过程中回答问题是否基本正确。

三、题目选择：（三人一组，自由组合）（设计要求，技术指标自己选择）

1、基于DC4011水箱水位自动控制器的设计与实现

水箱水位自动控制器，电路采用CD4011四与非门作为处理芯片。要求能够实现如下功能：水箱中的水位低于预定的水位时，自动启动水泵抽水；而当水箱中的水位达到预定的高水位时，使水泵停止抽水，始终保持水箱中有一定的水，既不会干，也不会溢，非常的实用而且方便。

2、基于CD4011声控、光控延时开关的设计与实现

要求电路以CD4011作为中心元件，结合外围电路，实现以下功能：在白天或光线较亮时,节电开关呈关闭状态,灯不亮；夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态，当有人经过该开关附近时，脚步声、说话声、拍手声等都能开启节电开关。灯亮后经过40秒左右的延时节电开关自动关闭，灯灭。

3、基于CD4011红外感应开关的设计与实现

在一些公共场所里，诸如自动干手机、自动取票机等，只要人手在机器前面一晃，机器便被启动，延时一段时间后自动关闭，使用起来非常方便。要求用CD4011设计有此功能的红外线感应开关。

4、基于CD4011红外线对射报警器的设计与实现

设计一款利用红外线进行布防的防盗报警系统，利用多谐振荡器作为红外线发射器的驱动电路，驱动红外发射管，向布防区内发射红外线，接收端利用专用的红外线接收器件对发射的红外线信号进行接收，经放大电路进行信号放大及整形，以CD4011作为逻辑处理器，控制报警电路及复位电路，电路中设有报警信号锁定功能，即使现场的入侵人员走开，报警电路也将一直报警，直到人为解除后方能取消报警。

5、基于CD4069无线音乐门铃的设计与实现

音乐门铃已为人们所熟知，在一些住宅楼中都装有音乐门铃，当有客人来访时，只要按下门铃按钮，就会发出“叮咚”的声音或是播放一首乐曲，然而在一些已装修好的室内，若是装上有线门铃，由于必须布线，从而破坏装修，让人感到非常麻烦。采用CD4069设计一款无线音乐门铃，发射按键与接收机间采用了无线方式传输信息。

6、基于时基电路555“叮咚”门铃的设计与实现

用NE555集成电路设计、制作一个“叮咚”门铃，使该装置能够发出音色比较动听的“叮咚”声。

7、基于CD4511数显八路抢答器的设计与实现

CD4511是一块含BCD-7段锁存、译码、驱动电路于一体的集成电路。设计一款基于CD4511八路抢答器，该电路包括抢答，编码，优先，锁存，数显和复位。

8、基于NE555+CD4017流水彩灯的设计与实现 以NE555和CD4017为核心，设计制作一个流水彩灯，使之通过调节电位器旋钮，可调整彩灯的流动速度。

9、水位指示的设计与实现

电路的功能是检测容器内的水位。把探头分别装在容器的底部、中部和顶部。通过3根导线与电路板连接，而3个LED分别代表不同的水位。

10、基于数字电路双向炫彩流水灯的设计与实现

电路由无稳态多谢振荡器、可逆计数器、三八线译码器和发光二极管组成；实现流水灯正反向循环旋转。

11、基于数字电路六位数字钟的设计与实现

设计一款纯数字电路打造的6位数字时钟。数字钟是采用数字电路对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。

12、八路声光报警器的设计与实现

八路声光报警器中八位优先编码器CD4532将输入D0~D7的八路开关量译成三位BCD码，经BCD锁存/七段译码/驱动器CD4511译码，驱动共阴极数码管显示警报电路0—7，路输入开关中的任一路开路，显示器即显示该路号，发出数码光报警；同时优先编码器CD4532的GS段输出高电平，使开关三极管饱和导通，启动声报警电路工作。声报警电路由时基集成电路NE555和六反相器CD4069组成。

13、基于CD4060梦幻灯的设计与实现（基于proteus仿真）

设计一款电路，使其具有多种美丽的声光效果，三种颜色的LED随机组合，五彩斑斓，配有生日快乐音乐芯片，闪光的同时有生日快乐音乐播放，蜂鸣器发生，音乐芯片直接可以装到电路板上，备有电源开关，方便控制，可以外接交流电源或电池。可作生日礼物相送。

14、变音警笛电路的设计与实现 设计一款电路，该电路采用两片NE555时基集成电路构成的变音警笛电路，能发出“呜-哇-呜-哇”的警笛声。

15、魔幻LED摇摇棒的设计与制作

“摇摇棒”是一种利用我们的“视觉暂留效应”工作的高科技电子玩具。接通电源后，它上面的一列LED（发光二极管）不停地闪烁，当你摇动它时，会看见空中梦幻般的浮现一个个笑脸、爱心等图案或者文字。“摇摇棒”使用了一块单片机。通过编写程序，在它内部存储若干幅图形和文字，用一只轻触按钮来选择要显示的内容，并且使用一只动作传感器开关来确保显示正常。

16、基于数字电路NE555、CD4017LED骰子的设计与实现

由555组成的多谐振荡器和CD4017十进制计数器／脉冲分配器构成。7个发光二极管模拟骰子的点数，当按下按钮1秒以上，骰子上的发光二极管高速循环点亮，之后循环速度越来越慢并最终随机停止于某个点上。

17、数显计数器的设计与实现

不需要编程的计数器模块，有3个数码管显示，使用14553和14511芯片进行控制驱动。

18、基于555简易催眠器的设计与制作

时基电路555构成一个极低频振荡器，输出一个个短的脉冲，使扬声器发出类似雨滴的声音

19、基于数字电路电动机转速表的设计与实现

在电动机转动时，人眼无法统计电动机单位时间转转的圈数，即使电动机每秒钟只转动几圈，我们也无法准确的数数来得到电动机每分钟的转动圈数。设计一款电动机转速表来计数，最大可以显示999，如果需要显示更大的数字，还可以自行增加CD40110和数码管，每增加一级，计数可增大10倍再加上9。

20、基于CD4011路灯开关模拟电路的设计与实现

从节约用电的角度出发，路灯开关在每天傍晚时全部灯亮，后半夜行人稀少，路灯关掉一半，第二天清早路灯全部关闭。

21、数字秒表的设计与实现

单稳态触发器，时针发生器及计时器，译码显示单元电路的应用

22、基于CD4011声光控带灯头开关的设计与实现

开关选用CD4011集成块为延时电路，选用1A单向可控硅以及性能稳定的光敏电阻和优质的驻极体组成的声光控动作电路

23、基于数字电路两位计数器的设计与实现

两位自动计数器两位数码管自动显示0-99,数字可清零。电路主要由NE555,4518,4511实现。上电后,电路自动计数.由0增至99,不断循环计数.24、数字频率计的设计与实现

电路通过时基电路NE555，十进制计数/译码器CD4017，六与非门CD4011，十进制计数/译码/锁存/驱动器CD40110以及两个共阴数码管实现被测信号频率测试。

25、基于数字电路自动温控报警电路的设计与实现

现实生活中，常常需要进行温度控制。当温度超出某一规定的上限值时，需要立即切断电源并报警。待恢复正常后设备继续运行。设计一款温度控制电路，电路采用LM324作比较器，NE555作振荡器，十进制计数/译码器CD4017以及锁存/译码/驱动电路CD4511作译码显示达到上述要求。

26、基于数字电路两位自动计数器的设计与实现

两位自动计数器两位数码管自动显示0-99,数字可清零。电路主要由NE555,4518,4511实现。上电后,电路自动计数.由0增至99,不断循环计数.数字上升速度快慢由NE555振荡频率决定.S1为计数清零按键.NE555构成时钟信号发生器,CD4518为二/十进制加法计数器,CD4511为译码驱动器,调节R17可调节NE555的振荡频率.C1为充放电电容,电容容量愈大,充电时间愈长，则振荡频率愈低。

27、基于数字电路数字显示频率计电路的设计与实现

电路通过时基电路NE555，十进制计数/译码器CD4017，六与非门CD4011，十进制计数/译码/锁存/驱动器CD40110以及两个共阴数码管实现被测信号频率测试。

28、基于CD4017流水灯的设计与实现

CD4017流水灯由555组成的多谐振荡器和CD4017十进进制计数/译码电路组成。

29、基于CD4017六路回闪灯的设计与实现 电路通电后，六个发光管先依次点亮，再全部熄灭，然后反方向依次点亮，完成一个循环，接着进行下一个循环。电路由555组成的多谐振荡器和CD4017十进进制计数/译码电路组成。

30、基于CD4017摩托车闪灯的设计与实现

电路由多谐振荡电路和CD4017构成，实现三组发光管循环显示。

31、基于CD401712路回闪灯的设计与实现

电路由555组成的多谐振荡器和CD4017十进制计数/译码电路构成。

32、基于CD4518/4511数字钟的设计与实现

第四篇：数字电子钟课程设计

课程设计名称： 电子技术课程设计

题 目： 数字电子钟课程设计

专 业：班 级：姓 名：学 号：

电气工程及其自动化 电气10-5 曹庆春 1

1001150103

目录

1.综述……………………………………………………………………1 2.电路组成………………………………………………………………2 2.1电路原理组成………………………………………………………2 2.2振荡电路……………………………………………………………3 2.3分频电路……………………………………………………………4 2.4计数电路……………………………………………………………5 2.4.1二十四进制的实现………………………………………………5 2.4.2六十进制的实现…………………………………………………5 2.5译码与显示电路……………………………………………………6 2.6校时电路……………………………………………………………7 2.7报时电路……………………………………………………………8 3.整体电路图…………………………………………………………10 4.结论…………………………………………………………………13 5.心得体会……………………………………………………………14 6.参考文献……………………………………………………………15

1.综述

数字电子钟主要分为数码显示器，60进制和24进制计数器，频率振荡器和校时报时这几个部分。数字电子钟要完成显示需要6个数码管，七段的数码管需要译码器械才能显示，然后要实现时、分、秒的计时器需要60进制计数器和24进制计数器，60进制、24进制可以采用74LS160计数器构成。秒信号可以由555定时器产生脉冲并分频为1Hz。

2.1电路的组成原理

数字钟它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”，校时电路、报时电路和振荡器、分频器组成。秒信号是整个系统的基信号，它直接决定计时系统的精度，本设计采用555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，图示为数字电子钟钟的一般构成框图。

图2.1 数字电子钟的结构图

2.2振荡电路

数字电路中的时钟是由振荡器产生的，振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精度决定了数字钟计时的准确程度，振荡器的频率越高，计时精度越高。

本设计采用555构成的自激多谐振荡器通过调节电阻值产生1000Hz的高频信号。由

f11TR12R2Cln2，设C0.01uF,可得R15.1k,R270k.从而产生f1000Hz的信号。

2.3分频电路

要精确输出1Hz脉冲，对电容和电阻的数值精度要求很高，所以输出脉冲不够准确也不够稳定。用555直接产生1Hz的信号不准确，所以用其先产生f1000Hz的高频信号，在经过1000分频的分频电路产生1Hz的秒脉冲，这样做可以保证秒信号的准确性与稳定性。分频器是三个用十进制计数器74LS90串联而成的分频器，分频原理是在74LS90的输出端子中，从低位输入10个脉冲才从高位输出1个脉冲，这样一片74LS90就可以起分频作用，三个74LS90串联就构成了千分频电路，输出的便是1Hz的信号，从而可以实现秒脉冲的产生。

图2.3 千分频器

分频电路产生的1Hz秒脉冲：

图2.4 分频过后的秒脉冲

2.4计数电路

数字钟的计数电路是用两个六十进制计数电路和一个二十四进制计数电路实现的。数字钟的计数电路可以用反馈清零法。当技术器正常计数时，反馈门不起作用，只有当进位脉冲来到时，反馈信号将计数电路清零，实现相应的循环计数。用74LS160实现六十进制与二十四进制的计数电路。

2.4.1时计数器：用两片74LS160串行进位实现二十四进制

图2.5 二十四进制计数器

2.4.2分、秒计数器：用四片74LS160串行进位分别实现两片六十进制

图2.6 六十进制计数器

2.5译码与显示电路

译码与显示电路如图，译码是编码的相反过程，译码器是将输入的二进制代码翻译成相应的输出信号。常用的集成译码器有二进制译码器、二—十进制译码器和BCD—7段译码器。

本设计用74LS47D作为译码器与七段数码管相连接。译码与显示电路连接原理图：

图2.7 译码与七段数码管接线图

秒计数数码显示：

图2.8 秒计数显示图

2.6校时电路

校时电路如图琐事，用到的元器件有三个单刀双掷开关S1，在设计中使用1、2、3脚。脚1接从分频器出来的1Hz标准脉冲，脚2接正常的进位脉冲，脚3接输入时钟信号CLK。当正常工作时将开关打到2，进行正常的计数，即校时时不影响正常计数。

图2.9 单刀双掷开关图

下图示为分校时电路：

图2.10 分校时电路

2.7报时电路

2.7.1蜂鸣器工作原理图：

给高电平工作通过调节蜂鸣器的频率与电压来实现蜂鸣器的声音的大小与品质。

图2.11 蜂鸣器接线图

2.7.2报时电路图

电路应在整点前5秒开始报时，即在59分55秒到59分59秒期间时，报时电路控制信号。

当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位保持不变，分别为5、9、5，因此可将计数器十位的Qc和Qa，个位的Qd和Qa及秒计数器十位的Qa和Qc相与，从而产生报时控制信号。

由于与门容易产生竞争冒险现象，故采用与非门和非门串接。电路如下图所示：

图2.12 报时电路示意图

由于使用的是TTL门电路，所以允许悬空。

图2.13 报时电路实际接线图

3.整体电路图 3.1 进位脉冲

图3.1 进位脉冲

图3.2整体电路图

图3.3 秒计数与报时电路整体电路图

图3.4 秒计数与报时电路整体电路图

图3.5 分计数整体电路图

结论

数字电子钟的实现方法很多，根据我所学的知识，选择恰当的计数器和振荡电路来控制其信号的稳定性。数字电子钟电路的振荡电路，分频电路，计数器电路，译码与数码管显示电路，校时电路，报时电路都是息息相关的。其中每一个部分都得做到准确性来保证数字电子钟的精确性。本设计采用555多谐振荡产生1000Hz信号，在经过分频器产生1Hz的秒信号，其实采用石英晶振振荡电路，这样产生的信号更加的稳定与精确。

课程设计体会

这学期期末我们做了数字电子技术课程设计，我设计的是数字电子钟。个人觉得这是一次将理论应用与实践的活动，在设计过程中不仅锻炼了我们积极思考的好习惯，而且培养了我们一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神。

由于拥有模拟电子技术基础和数字电子技术基础的理论知识，加之这次的课程设计，使我对以往的一些知识有了更深入的理解。

我在设计过程中认真的翻阅大量的书籍，去网上搜寻资料，在看了很多思路之后形成了一套我自己的思路。所谓博览群书，而后了然于胸。一旦形成了自己的思路，在设计过程中可以说是得心应手，泉思涌动。当然在设计过程中，我学会了Multism这个软件进行仿真，感觉用的挺好的，仿真是数字电子钟运行的良好。我感觉这增强了我以后设计的信心，我也喜欢上了设计，很好的培养了我对设计的兴趣，启蒙了我。I will remember it forever！

参考文献及资料

【1】Multism9在电工电子技术中的应用/董玉冰主编.—北京：清华大学出版社，2008.11 【2】数字电子技术基础/阎石主编；清华大学电子学教研组编.—5版.—北京：高等教育出版社，2006.5 【3】模拟电子技术基础/童诗白，华成英主编；清华大学电子教学教研组编.—4版.—北京：高等教育出版社，2006.5 【4】数字电子技术实验与实践/吴慎山主编.—北京：电子工业出版社，2011.4 【5】Multism7电路设计及仿真应用/熊伟等主编.—北京：清华大学出版社，2005.7 【6】数字电子技术基础/范文兵主编.—北京：清华大学出版社，2007.12 【7】数字逻辑电路实验/候传教等编.—北京：电子工业出版社，2009.7 【8】数字电子技术基础实验教程/张秀娟，薛庆军主编.—北京：北京航空航天大学出版社，2007.10

第五篇：智能仪表课程设计 电子钟

目录

1.设计任务与要求 1 1.1设计目的 1 1.2设计要求 1 2.方案设计原理及方案论证 2 2.1系统整体设计思路 2 2.2系统方案论证 2 2.2.1 时钟系统方案选择 2 2.2.2单片机的选择 2 2.2.3显示系统的方案比较 2 2.2.4测温系统方案选择 3 2.2.5串口通信方案选择 3 3.硬件设计 4 3.1硬件总体结构简介 4 3.2 单片机选择 4 3.2.1 单片机概述 4 3.2.2 STC89C54单片机的引脚说明 5 3.2.3 STC89C54单片机最小系统 7 3.3显示模块的选择 7 3.3.1 LCD12864概述 8 3.3.2 LCD12864基本参数及引脚功能 8 3.4温度传感器的选择 9 3.5硬件线路设计分析 10 3.5.1 单片机最小系统 10 3.5.2 LCD12864连线图 10 3.5.3 按键连线图 12 3.5.4 DS18B20及蜂鸣器驱动 12 3.5.5 串口通信模块 12 3.5.6 直流稳压模块 13 4.系统工作流程图 14 5.电路图的绘制 15 6.个人心得 16 7.参考文献 17

1.设计任务与要求 1.1设计目的

1、掌握数字电子钟的设计方法；

2、掌握常用数字集成电路的功能和使用；

3、掌握小型单片机系统的开发。1.2设计要求 基本功能要求

1、可动态左右、上下显示“欢迎使用”；

2、在5秒按钮无操作则以24h（小时）计时方式显示时、分、秒；

3、使用按键开关可实现时分调整；

4、具有闹钟功能，声光提示。扩展功能

1、显示日期与星期；

2、实时温度的采集与显示；

3、可232通讯显示计算机传送字符；

4、液晶屏的背光控制。

2.方案设计原理及方案论证 2.1系统整体设计思路

按照系统的设计功能要求，本时钟温度系统的设计必须采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力配合温度传感器来控制时钟和温度的调整显示，并可实现闹钟及串口通信功能，获得时钟温度数据信息，单片机对其进行一系列的处理，最后通过液晶显示出来。2.2系统方案论证

2.2.1 时钟系统方案选择 方案1：

通过单片机内部的定时器/计数器，用软件实现，直接用单片机的定时器编程以实现时钟； 方案2：

用专门的时钟芯片实现时钟的计时，再把时间数据送入单片机，由单片机控制显示。为节约成本，我们选用方案1。2.2.2单片机的选择

实现对于单片机的选择，如果用8031 系列，由于它没有内部RAM，系统又需要大量内存存储数据，因而不可用；51 系列单片机的ROM 为4K，对于我们设计的系统可能有点小；54 系列单片机与51 系列的结构一样，而ROM 扩大为16K，对我们设计系统提供充足的空间进行功能的扩展。再有51 系列单片机与54 系列的单片机价格差不多。因此，我们选择54系列的单片机。2.2.3显示系统的方案比较

方案1：用数码管或点阵LED 显示。方案2：用液晶1602 显示。方案3：用液晶12864 显示。

时钟和温度的显示可以用数码管或LED，而且价格便宜。但是数码管的只能显示简单的设计的系统，与我们设计要求也不相符。因为有很多东西需要显示，还是用显示功能更好的液晶显示器比较好，它能显示更多的数据，用1602 液晶显示数据有限，1602不能够显示指针时钟，只能够显示一些基本的西文字符，显示数据的可读性不好，用可以显示汉字的12864液晶显示器还可以增加显示信息的可读性，用12864的绘图功能即可绘制出指针时钟的框架，让人看起来会很方便。虽然它们在价格上差距很大，但是1602不能够实现我们的要求，所以我们选择LCD12864显示屏。2.2.4测温系统方案选择 方案1：

用热敏电阻等测温元件测出电压，再转换成对应的温度。需要比较多的外部元件（A/D 转换）支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。方案2：

用温度传感器DS18B20 直接测温。DS18B20 温度传感器是美国DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12 位的数字值读数方式。经比较，我们选择方案2。2.2.5串口通信方案选择

方案1：RS485，传输距离远，抗干扰能力强，但只普遍用于工业现场，在普遍民用中很少使用。

方案2：RS232，传输范围有限，比较容易受干扰，但普遍民用计算机都设有该接口，所以相对普及且易操作。

经过比较选择方案2以能满足该实验要求。

3.硬件设计

3.1硬件总体结构简介

带秒表、时钟计时器，万年历的显示屏设计设计硬件结构图如下所示：

图1-1系统总体硬件连接图

此系统包括单片机主控模块、温度检测模块、12864显示模块、按钮设置模块、串口通信模块、稳压模块、蜂鸣器模块共7大部分。3.2 单片机选择 3.2.1 单片机概述

单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子计算机。它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器叶数器集成在一块芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点，因此，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。正是由于这一原因，国际上逐渐采用微控制器(MCU)代替单片微型计算机(SCM)这一名称。“微控制器”更能反映单片机的本质，但是由于单片机这个名称已经为国内大多数人所接受，所以仍沿用“单片机”这一名称。

1、单片机的主要特点有:(1)具有优异的性能价格比。

(2)集成度高、体积小、可靠性高。(3)控制功能强。(4)低电压，低功耗。

2、单片机的主要应用领域:(1)工业控制(2)仪器仪表(3)电信技术

(4)办公自动化和计算机外部设备(5)汽车和节能(6)制导和导航(7)商用产品(8)家用电器

因此，在本课题设计的温湿度测控系统中，采用单片机来实现。在单片机选用方面，由于STC89系列单片机与MCS-51系列单片机兼容，所以，本系统中选用STC89C54单片机。3.2.2 STC89C54单片机的引脚说明

图1-2 STC89C54单片机引脚图 芯片引脚如图1-2所示： VCC : 电源。GND: 地。

P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

P1口： 是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。

P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。

RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。

PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。

XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。

程序存储器：如果EA引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。对于89C54，如果EA 接VCC，程序读写先从内部存储器（地址为0000H～1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：2000H~FFFFH。数据存储器：STC89C52 有256 字节片内数据存储器。高128 字节与特殊功能寄存器重叠。定时器2：定时器2是一个16位定时/计数器，它既可以做定时器，又可以做事件计数器。3.2.3 STC89C54单片机最小系统

图1-3 晶振电路

图1-4 复位电路

如图1-

3、图1-4所示，复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。单片机最小系统是在以51单片机为基础上扩展，使其能更方便地运用于测试系统中，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被测试的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，称为在实时检测和自动控制领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。3.3显示模块的选择 3.3.1 LCD12864概述

带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16 点汉字，和128个16*8 点ASCII 字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4 行16×16 点阵的汉字，也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。图形液晶模块。

图1-5 LCD1602实物图

3.3.2 LCD12864基本参数及引脚功能 引脚功能如表1-1所示： 编号 符号 方向 引脚说明 1 VSS模块的电源正端 3 V0背光源正极（LED+5V）20 LED_K-背光源正极（LED+5V）表1-1 LCD12864引脚功能 3.4温度传感器的选择

传感器是能够感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称。通常被测量是非电物理量, 输出信号一般为电量。

温度实现只能通过外部的温度传感器来实现。经上网查阅资料及市场考察，DS18B20 体积小，只有3 只脚，电路接法简单。它能够直接读出被测温度。内部含有寄存器为我们设计实现上下限报警功能提供保障。用户可定义的非易失性温度报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；精度为0.5°C，也符合我们设计的要求。DS18B20 也是我们通常使用的型号，因此温度传感器用DS18B20。引脚说明见表1-2。典型应用电路如图1-6所示。

表1-2 DS18B20引脚说明 引脚号 名称 引脚说明 1 GND 电源地 DQ 数字信号输入/输出端 3 VDD 外接供电电源输入端

DS18B20 有两种接法：一是单线接法即只接DQ。这种方法应用它内部的寄生电源，因此在QT 上要用一个MOSFET 把I/O 线只接拉到电源上。二是从vdd 脚加上电源。方法一适合于远距离温度监控，不需要本地电源。而我们只是设计测温系统，选择方法二就行了，还有MOSFET 极容易烧坏，我们不用它。Vdd 接5V 电源，vss 接地，DQ 与P3.7 相连。因为DS18B20 的工作电流约为1MA，因此Qt 端还要加上拉电阻为其提供电流。若用5V 电源，则R=5/1MA=5k。R 取4.7K。

3.5硬件线路设计分析 3.5.1 单片机最小系统

CPU 为STC89 系列增强型8 位单片机，频率高达80MHz，可工作于6Clock，32 I/O，3 定时器，内置 WDT、EEPROM。支持ISP，ESD。晶振采用12M/11.0592M（可更换）。3.5.2 LCD12864连线图

第1 脚：VSS 为地电源 第 2 脚：VCC 接5V 正电源

第 3 脚：V0 为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高,对

比度过高时会产生重影,使用时可以通过一个10K 的电位器调整对比度。

第 4 脚：RS 为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第 5 脚：RW 为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。当RS 和RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS 为低电平RW为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平RW 为低电平时可以写入数据。

第 6 脚：E 端为使能端,当E 端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。第 7～14 脚：D0～D7 为8 位双向数据线。

第15脚：PSB 并/串行接口选择：H-并行；L-串行。

第19脚：背光源正极（LED+5V）由P24脚接三极管放大后驱动背光，可实现由单片机管脚控制背光亮灭。

第20脚：背光源负极（LED-0V）。

3.5.3 按键连线图

5个独立按键接P10~P14口，并由LED灯指示。实现时钟的增、减、确认、返回和闹钟设置等功能。

3.5.4 DS18B20及蜂鸣器驱动

DS18B20数据脚通过接上拉电阻接入单片机P3.7脚，蜂鸣器由P2.0控制并通过三极管放大驱动。

3.5.5 串口通信模块

RS232 接口是制定用于串行通讯的标准。该标准规定采用一个25 个脚的 DB25 连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。DB25 的串口一般只用到的管脚只有2（RXD）、3（TXD）、7（GND）这三个，随着设备的不断改进，现在DB25 针很少看到了，代替他的是DB9 的接口，DB9 所用到的管脚比DB25 有所变化，是2（RXD）、3（TXD）、5（GND）这三个。因此现在都把RS232 接口叫做DB9。3.5.6 直流稳压模块

直流电源通过插座接入，由开关控制其开关，通过稳压二极管稳压到9伏，再通过7805稳压到5伏输出，并有LED灯指示。

4.系统工作流程图

5.电路图的绘制

电路图通常是在系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择的基础上绘制的，它是电路组装、调试和维修的依据。绘制电路图时，注意以下几点：（1）元器件布局合理、排列均匀、图面清晰、便于阅读。

（2）注意信号流向。一般从输入端或信号源开始，由左至右或上至下按信号的流向依次画出各单元电路，而反馈通路的信号流向则与此相反。（3）图形符号标准，适当标注。

（4）连线应为直线，尽量少交叉和折弯。

6.个人心得

通过这次课程设计使我对课堂上的理论知识有了进一步的了解，并增强了对单片机领域的兴趣。同时也发现自对数电知识和电子设计软件掌握得不够。

这次设计仿真我们用到了仿真软件Proteus7.7和编译软件keil4.0，从软件的安装到使用，从网上查阅资料学到了很多课堂之外的专业知识。这次的设计最主要是单片机的应用，从控制到接口。这个技术是一个多学科的综合，要做到灵活应用需要自我学习各种辅助技术的应用。其次感受最深的是设计是一小步，实现成实物才是一大步。在仿真时，驱动液晶屏没有用电流放大电路，到制作实物时因为电流很小液晶屏无法显示，我们只能增加电流放大电路。设计中每一步都要细心认真，一个小的失误，都会导致后面的环节发生错误。在制作过程中虽然后来有设计上的疏忽但是我们每一步都细心焊接，一步一检查，一次成功。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题的能力，出现差错的随机应变，和与人合作的团队精神，都让我受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也能扛的起并高质量的完成项目。

这次设计中我明显体会到自己知识的匮乏，思考问题不全面，这激励我学好基础知识的同时要拓展知识面，增强自己的综合能力，从而使自己成为一个高综合素质人才从而更好地适应社会。

7.参考文献

[1] 周润景，张丽娜，基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真，北京航空航天大学出版社

[2] 万福君，潘松峰，刘芳，MCS-51单片机原理、系统设计与应用，清华大学出版社