摘要
现代生活的人们越来越重视起了时间观念，可以说 是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。而机械式的依赖于晶体震荡器，可能会导致误差。数字钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。
数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。在这次设计中，我们目前只采用LED数码管显示秒来显示最高秒为99秒的方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，用基于C52单片机、12MHz的晶振产生振荡脉冲。
在此次设计中，电路具有显示时间的其本功能，还可以实现对时间的调整。数字钟是其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱，因此得到了广泛的使用。
关键字：数字钟 晶振
引言
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，使其完成时间及星期的显示功能。
本次设计以数字电子为主，分别对1S时钟信号源、秒计时显示进行设计的功能，并通过本次设计加深对数字电子技术的理解以及更熟练使用计数器、触发器和各种逻辑门电路的能力。日常生活中常见的电路图有：如74ls48，LED数码管，分频器电路，CD4060，及各种门电路和基本的触发器等组成，很适合在日常生活中使用。
目录
第一章：
1.1、设计任务 ............................................................... 4
第二章：
2.1、设计方案的选择与论证 .......................................5
第三章：
3.1、系统原理 ............................................................ 6
3.2、振荡电路........................................................... .....7
3.3、单元电路的设计.................................................. 8、9
3.4、整体电路 ............................................................. 10
第四章：
4.1、电路总图................................................................ 11
4.2、元器件列表 .............................................................12
4.3、程序.......................................................................................13
4.4、总结与体会 ............................................................................18
第五章：
5.1、参考文献 ........................................................................... 19
第一章
1.设计任务 ：
设计一种多功能数字钟，该数字钟具有准确计时，以数字形式显示时秒的时间功能。在电路中，基本功能部分由主体电路实现，它们都要用到振荡电路提供的1Hz脉冲信号。为了使电路简单所设计的电路具备校秒的功能，并且要用数码管显示秒，只设计两位显示。
任务：（1）巩固和提高学过的基础理论和专业知识；
（2）提高运用所学专业知识进行独立思考和综合分析、解决实际问题的能力；
（3）培养掌握正确的思维方法和利用软件和硬件解决实际问题的基本技能；
（4）增强对实际电路的认识，掌握分析处理方法，进行试、计算等基本技能的训练，使之具有一定程度的实际工作能力。
（5）掌握科研、资料查询的基本方法以及获取新知识的能力。
（6）促使我们学习和获取新知识，掌握自我学习的能力。
（7）通过参与实际工作，使我们了解社会和工作，具备一定的实际工作能力
（8）通过设计数字电子钟，了解电子钟的工作原理和内部构造
基本要求:
（1）时间计数器电路采用100进制，从00开始到99后再回到00；
（2）用2位数码管显示秒；
（3）为了保证计时的稳定及准确，由晶体振荡器提供时间基准信号
第二章
2.设计方案的选择：
方案设计： 一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、C52、等组成。干电路系统由秒信号发生器、晶振器等电路组成。
方案一：
首先构成一个CB555定时器产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲，由74LS161采用清零法分别组成六十进制的秒计数器。使用CB555定时器的输出作为秒记数器的CP脉冲，把秒记数器地进位输出作为分记数器地CP脉冲，分记数器的进位输出作为时记数器的CP脉冲。使用74LS48为驱动器，以BS201A数码管作为显示器。
方案二：
首先构成一个由12Hz的石英晶体振荡器产生震荡周期为一秒的标准秒脉冲，由74LS161采用清零法分别组成六十进制的秒计数器使用由12Hz的石英晶体振荡器构成。
经过两人的探讨，最后决定用方案二，这是因为目前知识有限只能选择第二方案。
第三章
3.1系统原理 ：
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。
图1所示为数字钟的一般构成框图。
图1 原理框图
晶体振荡器电路
3.2振荡电路：
晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的12Ｈz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。
振荡电路由石英晶体振荡器和分频器产生 1Hz时钟脉冲，下面对石英晶体振荡器和分频器两部分进行介绍。
（1）石英晶体振荡器：
石英晶体的固有频率十分稳定。另外石英晶体的振动具有多谐性，除了基频振动外，还有奇次谐次泛音振动，对于石英晶体，既可利用基频振动，也可利用泛音振动。前者称为基频晶体，后者称为泛音晶体，晶片厚度与振动频率成反比，工作频率越高，要求晶片厚度越薄。将石英晶体作为高Q值谐振回路元件接入反馈电路中，就组成了晶体振荡器
（2）时间计数器电路：
时间计数电路由秒个位和秒十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器为99进制计数器，而根据设计要求，秒计数器为100进制计数器。
（3）译码驱动电路：
译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。
单元电路的设计
3.3单元电路：
数字电子钟的设计方法很多种，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。
在本次设计，电路是由许多单元电路组成的，因此首先必须对各个单元电路进行设计。
图2所示为一般单元电路。
图（1）
图（2）
图2 （1）、（2）、（3）单元电路图
一般电路图主要由元件符号、连线、结点、注释四大部分组成，元件符号表示实际电路中的元件，它的形状与实际的元件不一定相似，甚至完全不一样。但是它一般都表示出了元件的特点，而且引脚的数目都和实际元件保持一致。
连线表示的是实际电路中的导线，在原理图中虽然是一根线，但在常用的印刷电路板中往往不是线而是各种形状的铜箔块，就像收音机原理图中的许多连线在印刷电路板图中并不一定都是线形的，也可以是一定形状的铜膜。 结点表示几个元件引脚或几条导线之间相互的连接关系。所有和结点相连的元件引脚、导线，不论数目多少，都是导通的。
注释在电路图中是十分重要的，电路图中所有的文字都可以归入注释—类。细看以上各图就会发现，在电路图的各个地方都有注释存在，它们被用来说明元件的型号、名称等等。
整体电路
3.4整体电路
一个基本的数字钟电路系统主要有秒信号发生器、“秒、”计数器、译码器及显示器、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，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现组成一个输出1秒的标准秒脉冲,将标准秒信号送入“秒计数器” 。译码显示电路将“秒”计数器的输出状态送到两段显示译码器译码，通过两位LED两段显示器显示出来。
电源原理图为：
图3电源电路
本电源的纹波电压很小，为5V,有时甚至为0V。满足需要。能向总体电路提供电源
总体功能实现原理图
图4 实物原理图
能显示秒的时间；秒的计数为“100翻1”。
第四章
4.1 电路总图
整理了图1 原理框图、图2（1）、（2）、（3）、图3 电源电路、图4 实物原理图之后，电路总图就完整了所有的框架原理图。
图五所示为电路总图：
图（A）
图（B）
图五（A）、（B）电路总图
元器件清单列表
4.2 元器件清单列表
程序
4.3程序功能：
#include<reg52.h>
unsigned int msecond,second;
bit flag;
char hao,miao;
unsigned char code duan[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
char code duan2[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};
//unsigned char code wei[]={0,1,2,3,4,5,6,7};
sbit p20=P2^0;
sbit p21=P2^1;
sbit p22=P2^2;
sbit p23=P2^3;
unsigned char fen[8];
void delay(int z)
{
while(--z);
}
void Init_Timer0(void);
void main (void)
{
unsigned char num=0;
EX0=1;
IT0=1;
EX1=1;
IT1=1;
Init_Timer0();
while (1)
{
fen[0]=duan[hao/10];
fen[1]=duan[hao%10];
fen[3]=duan[miao/10];
fen[4]=duan2[miao%10];
P0=0;
P2=0xfe;
P0=fen[3];
delay(200);
P2=0xfd;
P0=fen[4];
delay(200);
P2=0xfb;
P0=fen[0];
delay(200);
P2=0xf7;
P0=fen[1];
delay(200);
}
}
void Init_Timer0()
{
TMOD |= 0x01;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
}
void Timer0() interrupt 1
{
unsigned char num;
TH0=(65536-2000)/256;
TL0=(65536-2000)%256;
if(flag)
{
num++;
if(num==5)
{
num=0;
hao++;
if (hao==100)
{
hao=0;
miao++;
if(miao==100)
miao=0;
}
}
}
}
void zhong0() interrupt 0
{
flag=!flag;
}
void zhong1(void) interrupt 2
{
if(flag==0)
{
hao=0;
miao=0;
}
}
总结与体会
4.4总结与体会：
1.遇到的问题及解决：
在连接100进制的进位及二进制的接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。
2.设计体会：
这次对数字钟的设计，让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在此次的数字钟设计过程中,我更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法，巩固和加强了课本知识，在计数模块上面有以前的经验，设计技术模块很快就得出了正确的结果，虽然跟实验室用得芯片不一样，但原理不一样，我也得出结论：不同的电路可以实现同样的功能，我们应该设计最简单，最经济，最实用的电路。当然这个不一定所有条件都符合，找到一个最大限度满足各种条件的方案是我们设计的目标。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准
通过本次课程设计,我明白了一个道理:无论做什么事情,都必需养成严谨,认真,善思的工作作风，如：自己在制作电路板时有时候会忘记加上日期或者做出来的的线路会出现断线或者两条线路联合起来。课程设计由于我们采用的是简单的数字电路来实现的,所以电路较简单易懂,也是容易理解。
通过这次设计,我还掌握了制PCB的一系列步骤，我又掌握了些元器件的用途以及它们的参数、性能。这次的设计电路我们本想加上计数器、译码器等器件，但我们自己没能更好的去分析和设计并且没能好好运用了它们。
这次设计提高了我理论和实践相结合的能力，增加了把理论用于实践的兴趣，同时也提高了我分析问题和解决问题的能力。没有最好，只有更好。我相信通过这一次的毕业设计之后，我以后会更加努力，用严谨的科学态度去面对一切。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。
我想，课程设计的过程不仅仅是一个完成一篇论文的过程，而是一个端正态度的过程，是总结大学几年的一个过程，是在踏入社会前的前提历练过程。这个过程将使我受益匪浅！
第五章
参考文献
[1]李法春、李靖，等.C51单片机应用设计与技能训练[M].广西：桂林航天工业学院出版，2014.
[2]楼然苗、李光飞，等。单片机课程设计指导[M].广西：桂林航天工业学院出版，2014.
[3]郭勇、董志刚，等.Protel 99 SE印刷电路板设计教程[M]. 广西：桂林航天工业学院出版，2014.
[4]谭浩强 著 C程序设计（第四版）；北京：清华大学出版社，2010.6
第二篇：数电秒表设计报告
目录
一、技术要求…………………………………………… 2
二、总体电路设计……………………………………… 3
三、模块电路设计……………………………………… 3
1.多谐震荡器电路……………………………… 4
2.计数器电路 ………………………………… 4
3.译码驱动显示电路………………………… 5
四、总电路原理图……………………………………… 6
五、元件清单…………………………………………… 7
六、电路板制作………………………………………… 7
1.电路板布局…………………………………… 7
2.电路板的焊接………………………………… 8
3.电路板的调试和检查………………………… 8
七、设计总结…………………………………………… 8
1.设计中遇到的问题及解决方法……………… 8
2.设计体会……………………………………… 9
八、参考资料…………………………………………… 9
一、技术要求
要求设计一个数字表，用于短时间测量，适用于计时使用。
（1）计时范围：0～59秒
（2）显示分辨率为1s。
（3）用按钮开关控制工作状态，即：暂停、清零。
（4）本身带有，工作时指示灯亮。
二、电路总体设计
实验要求设计一个用于短时间测量的电子表，根据学过的相关知识可以知道和题目的要求，电路应该分为分为四个部分，分别是多谐振荡器、计数器、译码器和数码显示器。
电子秒表电路的基本组成（方框图）
1 两个方案：方案一 555定时器做的，方案二 石英晶体构成石英晶做的。
方案一、
用一个555定时器做出多谐振荡电路为计数电路提供计数脉冲，通过调节外围电阻R1、R2和电容C的值使振荡电路产生1Hz的计数脉冲（即周期为1秒的信号）。用74LS90计数器做成60进制的秒计数电路，并用7408配合反馈清零，4511三线七线译码器通过开关态控制数码管暂停。
方案二、
用石英晶体构成石英晶振脉冲发生器。计数电路是74LS90串接构成的60进制计数器可以计数到60秒（1分钟）这样控制起来比较方便、控制电路同方案一。
最终方案：
方案一。由于对方案二的石英晶振电路原来不是很熟悉，并且方案二的计数显示不符合人的一般思维方式，因此选用方案一作为最终方案。
2 元器件选择
4511 74ls08 74ls90 555
3 参数计算
充电时间 T1
T1=0.7(R1+R2)C=0.7*1210*0.001=0.847s
放电时间T2
T2==0.7 R2 C=0.7*210*0.001=0.147s
电路震荡周期T
T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C
电路震荡频率
f=1/T=1.43/(R1+2R2)C
三、模块电路设计
1. 多谐震荡器电路
为由555构成的多谐振荡器电路，根据实验的要求需要获得１HZ的时间信号，则令f=1HZ，由上面的公式推算出：R1=5.1kΩ， R2为5KΩ微调电阻约为4592欧，C1=100uF。就能得到１HZ的秒脉冲信号‘实验时其3管脚输出脉冲为1Hz。 下图为555构成多谐振荡器电路
555构成多谐振荡器电路
2. 计数器电路
秒信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了时信号发生器和分信号发生器的精度。“秒”计数器为60进制计数器。实现此100模数的计数器是由两片中规模集成计数器74LS90构成的。首先分别将两片74LS90设置成10进制加法计数器。即将两片的74LS90的置数端R0和R9都接地，将INA端接到QA端，以QD为进位输出端，则构成了10进制加法计数器。再将其中一片74LS90计数器的进位输出端QD接到另一片74LS90的进位输入端INA端。如此，两片计数器最大的即可实现100进制的计数器。接下来，利用74LS90的反馈置数的方法实现60进制。74LS90属于异步置数，所以计数器输出“2QD2QC2QB2QA、1QD1QC1QB1QA=0110、0000”时，通过置数脉冲使计数器清零，也就是此时QB，QC发出置数脉冲送至清零端R0，则R0使计数器清零[4- 6]。“秒”计数器电路图如图所示
计数器电路图
3. 译码器电路
计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出，为了将计数器输出的8421BCD码显示出来，需用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，一般这种译码器通常称为7段译码显示驱动器。为了减小流经数码管的电流，以便保护数码管，所以在数码管与地线之间联一个200欧姆电阻。
四、总电路原理图
五、元件清单
六 电路板的制作
1. 电路板的布局
2. 电路板的焊接
电路板的焊接是一项技术活，焊接的时候要很小心加很细心加很有耐心，应尽量避免虚焊和焊接短路的出现，需要跳线的地方，应选择小一些的电线当跳线。
焊接时一定要注意安全，不要让焊烙铁烫到手。
如果真的不幸被烫了，要保持冷静，不要慌，尽快用冷水浸泡伤口三到五分钟，之后可抑制水泡的产生。
焊接好之后，可以用专门的剪刀剪掉那些长出来的管脚。
3. 电路板的调试和检查
电路板焊接好之后，就可以安装上元件，进行调试检查了。这是课程设计的最后一步，需要耐心。调试时电源一定要量调好电压再接入电路板，不然会烧坏电路板。
调试时观察数码管的显示是否正确，振荡电路是否正常工作。
如果工作不正常，就要用万用表检查线路是否短路和虚焊，如果有，就要重新焊过。有些地方铜膜线断开了，要特别注意检查，因为这些地方，一般肉眼很难分辨。
调试和检查完成了，数字秒表正常工作了，这次课程设计才算圆满完成。
七 设计总结
1 实验中遇到的问题及解决方法
实验中遇到了很多意想不到的问题，从一开始的设计原理图到最后的电路板焊接，一直都是在发现问题和解决问题中度过。还好自己一路坚持了下来，把问题一一解决。
设计的时候，画原理图经常会连错线，元件的位置摆放得不好，经常出现线交叉的情况，这样就要从整个原理图出发去放置元件，以及连线。刚开始不知道数码管的管脚排列的顺序，问了好几个人，再加上自己用万能表测了才搞清楚。
还有其它的问题，比如，仿真时候，元件的值选多少；焊板时烫到了，怎么办；调试时，数码管没反应，又该怎么办……
其实这些都不是问题，只要我们有耐心，够细心，都可以把它们解决。
2 设计体会
以前看别人的一个电子秒表卖十几块钱，心里面有点愤愤不平，现在，自己做过一个电子秒表，才发现，其中的不容易，还有艰辛。其实做其他的事情也是一样，都会经过很多的困难，才能成功。突然想起一句话“不经历风雨，怎么见彩虹”。
通过这次设计让我真正体会到了，有付出，才会有收获。
八、设计参考资料
[1]. 孙丽霞.数字电子技术. 北京：高等教育出版社， 2010.
[2] .王港元.电子电工实践指导.江西：江西科学技术出版社.2009.