课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 多功能数字钟的设计仿真与制作初始条件：利用集成译码器、计数器、定时器、数码管、脉冲发生器和必要的门电路等数字器件实现系统设计。

（也可以使用单片机系统设计实现）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周内完成对多功能数字钟的设计、仿真、装配与调试。

2、技术要求：错误！未找到引用源。

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。

错误！未找到引用源。

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。

时间安排：1、2009 年6 月20~22 日，查阅相关资料，学习设计原理。

2、2009 年6 月23~24 日，方案选择和电路设计仿真。

3、2009 年6 月25~27 日，电路调试和设计说明书撰写。

4、2009 年6 月28 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.绪论 (3)2.Proteus软件介绍 (4)3.总体方案的设计与实现 (6)3.1 数字钟的原理框图 (6)3.2 各模块功能分析 (6)3.2.1晶体振荡器 (6)3.2.2分频器 (7)3.2.3时间计数单元 (8)3.2.4译码驱动及显示单元 (10)3.2.5校时电源电路 (10)3.2.6整点报时电路 (11)4.数字钟的安装与调试 (12)5.数字钟的工作状态分析 (13)5.1数字钟的工作过程及结果分析 (13)5.2数字钟工作过程中出现的问题及解决方法 (13)6.元件清单 (15)7.数字钟仿真图 (16)8.心得体会 (17)9.参考文献 (18)10.课程设计成绩评定表 (19)1. 绪论计算机尤其是以微细加工技术支持的微型计算机技术飞速发展，其应用渗透到了各行各业。

以单片机、嵌入式处理器、数字信号处理器（DSP）为核心的计算机系统，以其软硬件可裁剪、高度的实时性、高度的可靠性、功能齐全、低功耗、适应面广等诸多优点而得到极为广泛的应用。

目前计算机硬件技术向巨型化、微型化和单片机化三个方向告诉发展[1]。

自1975年美国德州仪器公司（Texas Instruments）第一块微型计算机芯片TMS-1000问世以来，在短短的20年间，单片机技术已发展成为计算机领域一个非常有前途的分之，它有自己的技术特征、规范和应用领域。

单片机是自动控制系统的核心部件，主要用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器中。

它具有体积小、性能突出可靠性高（某些方面的性能指标大大优于通用微机中央处理器）、价格低廉等一系列优点，应用领域不断扩大，除了工业控制、智能化仪表、通信、家用电器外，在智能化高档电子玩具产品中也大量采用单片机芯片作为核心控制部件，已经渗入到人们工作和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，前景广阔。

数字钟具备单片机最小系统的基本组成，对于我们了解单片机有很大的帮助。

2.Proteus软件介绍Proteus软件是一种低投资的电子设计自动化软件，提供可仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件和多达30多个元件库。

Proteus软件提供多种现实存在的虚拟仪器仪表。

此外，Proteus还提供图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来。

这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗，尽可能减少仪器对测量结果的影响，Proteus软件提供丰富的测试信号用于电路的测试。

这些测试信号包括模拟信号和数字信号。

提供Schematic Drawing、SPICE仿真与PCB设计功能，同时可以仿真单片机和周边设备，可以仿真51系列、A VR、PIC等常用的MCU，并提供周边设备的仿真，例如373、led、示波器等。

Proteus提供了大量的元件库，有RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，编译方面支持Keil和MPLAB等编译器。

一台计算机、一套电子仿真软件，在加上一本虚拟实验教程，就可相当于一个设备先进的实验室。

以虚代实、以软代硬，就建立一个完善的虚拟实验室。

在计算机上学习电工基础，模拟电路、数字电路、单片机应用系统等课程，并进行电路设计、仿真、调试等。

(1)proteus 的工作过程运行proteus 的ISIS 程序后，进入该仿真软件的主界面。

在工作前，要设置view 菜单下的捕捉对齐和system下的颜色、图形界面大小等项目。

通过工具栏中的p(从库中选择元件命令)命令，在pick devices 窗口中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相对位置，元件参数设置，元器件间连线，编写程序；在source 菜单的Definecode generation tools 菜单命令下，选择程序编译的工具、路径、扩展名等项目；在source 菜单的Add/removesource files 命令下，加入单片机硬件电路的对应程序；通过debug 菜单的相应命令仿真程序和电路的运行情况。

(2)Proteus 软件所提供的元件资源Proteus 软件所提供了30 多个元件库，数千种元件。

元件涉及到数字和模拟、交流和直流等。

(3)Proteus 软件所提供的仪表资源对于一个仿真软件或实验室，测试的仪器仪表的数量、类型和质量，是衡量实验室是否合格的一个关键因素。

在Proteus 软件包中，不存在同类仪表使用数量的问题。

Proteus 还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似但功能更多。

(4)Proteus 软件所提供的调试手段Proteus 提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。

这些测试信号包括模拟信号和数字信号。

对于单片机硬件电路和软件的调试，Proteus 提供了两种方法：一种是系统总体执行效果，一种是对软件的分步调试以看具体的执行情况。

对于总体执行效果的调试方法，只需要执行debug 菜单下的execute 菜单项或F12 快捷键启动执行，用debug菜单下的pause animation 菜单项或pause 键暂停系统的运行；或用debug 菜单下的stop animation 菜单项或shift-break 组合键停止系统的运行。

其运行方式也可以选择工具栏中的相应工具进行。

对于软件的分步调试，应先执行debug 菜单下的start/restart debugging 菜单项命令，此时可以选择stepover 、step into 和 step out 命令执行程序(可以用快捷键F10、F11 和ctrl+F11)，执行的效果是单句执行、进入子程序执行和跳出子程序执行。

在执行了start / restart debuging 命令后，在debug 菜单的下面要出现仿真中所涉及到的软件列表和单片机的系统资源等，可供调试时分析和查看。

3.总体方案的设计与实现3.1数字钟的原理框图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。

数字钟的原理框图如图1.图1 数字钟的原理框图3.2各模块功能分析3.2.1 晶体振荡器晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。

图2所示电路通过ＣＭＯＳ非门构成的输出为方波的数字式晶体振荡电路，这个电路中，ＣＭＯＳ非门Ｕ１与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，Ｕ２实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。

输出反馈电阻Ｒ１为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。

电容Ｃ１、Ｃ２与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个１８０度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。

由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。

晶体XTAL的频率选为32768HZ。

该元件专为数字钟电路而设计，其频率较低，有利于减少分频器级数。

从有关手册中，可查得C1、C2分别为20pF，和200PF当要求频率准确度和稳定度更高时，还可接入校正电容并采取温度补偿措施。

由于CMOS电路的输入阻抗极高，因此反馈电阻R1可选为20MΩ。

较高的反馈电阻有利于提高振荡频率的稳定性。

晶体振荡器电路如图2.图2 晶体振荡器电路图3.2.2分频器电路通常，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到１Ｈz的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。

通常实现分频器的电路是计数器电路，一般采用多级2进制计数器来实现。

例如，将32767Ｈz的振荡信号分频为１ＨZ的分频倍数为32767（2１５），即实现该分频功能的计数器相当于１5极2进制计数器。

本实验中采用CD4060来构成分频电路。

CD4060在数字集成电路中可实现的分频次数最高，而且CD4060还包含振荡电路所需的非门，使用更为方便。

CD4060计数为最高为１4级2进制计数器，可以将32767ＨZ的信号分频为2ＨZ，而经过74LS90可以将它分为1HZ的信号。

如图3所示，可以直接实现振荡和分频的功能。

图3 CD4046和74LS90的分频电路图3.2.3时间计数单元时间计数单元有时计数、分计数和秒计数等几个部分。

时计数单元一般为24进制计数器计数器，其输出为两位8421BCD码形式；分计数和秒计数单元为60进制计数器，其输出也为8421BCD码。

本实验采取了74LS90 用两块芯片进行级联来产生60进制和24进制秒个位计数单元为10进制计数器，无需进制转换，只需将Ｑ0与CP1（下降沿有效）相连即可。

CP0（下降没效）与1HZ秒输入信号相连，Ｑ3可作为向上的进位信号与十位计数单元的CP1相连。

秒十位计数单元为6进制计数器，需要进制转换。

将10进制计数器转换为6进制计数器的电路连接，其中Ｑ2可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的CP相连。

分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，也是分个位计数单元的Ｑ3作为向上的进位信号应与分十位计数单元的CP相连，分十位计数单元的Ｑ2作为向上的进位信号应与时个位计数单元的CP相连。