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摘要2
英文摘要3
前言4
一、数字电子钟的设计方案5
1.1数字电子钟的应用意义5
1.2数字电子钟设计的要求及技术指标5
1.3设计原理5
二、器件简介6
2.1元器件清单6
2.2元器件的识别与测量6
2.3单片机芯片10
三、电路原理图及工作原理12
3.1原理图分析12
成品图13
3.2工作原理13
四、安装与调试14
4.1准备元件和工具14
4.2安装、焊接元件到电路板上14
4.3测试与调试15
总结16
参考文献17
摘要
数字钟是一个将“时”、“分”、“秒”显示与人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外有校时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器，“时”，“分”，“秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒、”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。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。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小时的累计。译码显示电路将“时”，“分”，“秒”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路是用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调成的。
数字钟是以不同的计数器为基本单元构成的，它的用途十分广泛，只要有计时、计数的存在，便要用到数字钟的原理及结构；同时在日期中，它以其小巧，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者的喜爱。
关键字：数字钟计数器方便多功能
Abstract
Digitalclockisan"alltime","sub","seconds"displayandhumanvisualorganofthetimingdevice.It'stimeforthe24-hourperiod,indicatingfullscale23:59:59,whenanotherschoolfunction.Thus,abasicdigitalclockcircuitmainlybydecodingthemonitor,"when","minute","second"counter,timingcircuit,andoscillatorcircuitcomposedoftimekeeping.Drybythesecondsignalgeneratorcircuitsystem,"hours,minutes,seconds,"thecounter,decoderanddisplay,timingcircuits,thewholepointtimekeepingcircuit.Secondsignalgeneratoristhesystemtimebasesignal,itdirectlydeterminestheprecisiontimingsystems,generallyincreasewithaquartzcrystaloscillatordividertoachieve.Thestandardsecondsignalintothe"secondcounter","secondcounter"by60binarycounter,everytotalof60secondstosenda"sub-pulse"signal,whichwillserveas"pointscounter"theclockpulse."pointscounter"isused60binarycounter,everytotalof60minutes,sendinga"thepulse"signal,thesignalwillbesentto"thecounter.""TimeCounter"24-bandtimer,youcanachieveacumulative24hoursaday.Decodingcircuitwillshow"when","minute","second"counteroutputstatetothesevensegmentdisplaydecoderdecoding,throughthesevenLEDsevensegmentdisplayisdisplayed.Wholepointoftimethecircuitisbasedontheoutputstatetimingsystemtogenerateapulsesignal,andthentotriggeranaudiogeneratortoachievetimekeeping.Timingcircuitisusedto"when","minute","second"prooffiguresshowtuneinto.
Digitalclockinadifferentformasthebasicunitcounters,anditswiderangeofuses,aslongastime,countingtheexistenceofthedigitalclockwillusetheprincipleandstructure;Atthesametimethedate,withitscompact,lowcost,traveltimeandhighprecision,easytouse,multi-function,easeofintegrationandbythemajorityofconsumers.
KeyWords:digitalclock，counter，easy，multifunction
前言
20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且扩展了中标原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开关、通断动力设备、甚至各种定时嗲你的自动启用等，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。
数字集成电路的出现和飞速的发展，以及石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度稳定度远远超过了老式的机械表，用数字电路实现对：“时”、“分”、“秒"数字显示的数字钟在数字显示方面，目前已有继承的技术、译码电路，它可以直接驱动数码显示器件，也可以直接采用COMS-LED光电组合器件，构成模块式石英晶体数字钟。是由晶振电路产生1HZ标准信号，分、秒为00-59六十进制计数器，时为00-23二十四进制计数器，周显示七进制计数器。可手动校正，且具有整点报时功能。
一、数字电子钟的设计方案
1.1数字电子钟的应用意义
数字电子钟是用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置，主要由振捣器、分频器、计数器、译码显示器、校时电路、报时电路等六部分组成。这些都是数字电路中应用最广的基本电路。数字电子钟具有及时准确的功能。
1.2数字电子钟设计的要求及技术指标
1.涉及数字电子钟实现准确计时，由六位数码管分别显示“时”、“分”、“秒”。
2.时与分与秒数字显示模块间各设置一对发光二极管，时间单位数字变化闪烁一次。
3.及时误差不超过0.05秒。
4.既有整点报时、手动设置修改时间功能控制功能。
1.3设计原理
石英晶体振荡器产生的时脉冲送到分频器，分频电路将时标信号分成每秒一次的方波信号。秒脉冲器产生频率稳定很高的秒脉冲，秒脉冲被送到一个六十进制秒计数器计数，将计数结果送至秒个位和十位译码器，结果分别由两只七段半导体数码管以十进制数式显示来。当秒六十进制计数器累积到59秒时，若再来一个秒脉冲，秒计数器的进位输出就产生进位脉冲（分计数脉冲），同时，秒计数器的十位和个位都复位到零。分计数脉冲又被送到分六十进制计数器，经译码电路译码后数码管显示相应的分数。当计满59分59秒时，若再来一个秒脉冲，则分计数器便向时计数脉冲，同时，分、秒计数器骏复位到零。时计数器是一个二十四进制计数器，当计数显示23时59分59秒时，若再来一个秒脉冲，则时、分、秒计数器都应回到零，并显示（000000）表示已到达午夜零点，第二天开始继续计数。
二、器件简介
2.1元器件清单
如图所示元器件清单表：
2.2元器件的识别与测量
电阻：导体对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻
电阻器简称电阻（Resistor，通常用“R”表示）是所有电子电路中使用最多的元件。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。电阻的种类很多，a.按阻值特性：固定电阻、可调电阻、特种电阻（敏感电阻）。
不能调节的，我们称之为固定电阻。而可以调节的，我们称之为可调电阻。常见的例如收音机音量调节的，主要应用于典雅分配的，我们称之为电位器。
电阻都有一定的阻值，它代表这个电阻对电流流动阻挡力的大小。在国际单位制中，电阻的单位是Ω（欧姆），此外还有KΩ（千欧），MΩ（兆欧）。其中：
1MΩ=1000KΩ，1KΩ=1000Ω。
组织和误差的标注方法
a.直标法——将电阻器的主要参数和技术性能用数字或字母直接标注在电阻体上
b.文字符号法——将文字、数字两者有规律组合起来表示电阻器的主要参数
c.色标法——用不同颜色的色环来表示电阻器的阻值及误差等级。普通电阻一般有4环表示，精密电阻用5环
d.数码位——用三位数字表示元件的标称值。从左至右，前两位表示有效数位，第三位表示10^n(n=0~8)
当n=9时为特例，表示10^(-1).
塑料电阻器的103表示10*10^3=10k。片状电阻多用数位法标示，如512表示5.1kΩ。电容上数码标示479为49*10^（-1）=4.7pF。而标志是0或00的电阻器，表示是跳线，组织为0Ω。数码法标示时，电阻单位为欧姆，电容单位为pF，电感一般不用数码标示。
色环电阻第一环如何确定如下：
黑棕红橙黄绿蓝紫灰白
0123456789
电容：电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。
电容的符号是C。
电容的识别：电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，分指标法，色标法和数表法3种。
半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或N区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。
晶体三极管的三种工作状态：
截止状态：当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。一般将IB≤0的区域称为截止区,在图中为IB＝0的一条曲线的以下部分。此时IC也近似为零。由于各极电流都基本上等于零,因而此时三极管没有放大作用。
其实IB＝0时,IC并不等于零,而是等于穿透电流ICEO。
一般硅三极管的穿透电流小于1μA,在特性曲线上无法表示出来。锗三极管的穿透电流约几十至几百微安。
当发射结反向偏置时,发射区不再向基区注入电子,则三极管处于截止状态。所以,在截止区,三极管的两个结均处于反向偏置状态。对NPN三极管,UBE＜0,UBC＜0。
放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β＝ΔIc/ΔIb，这时三极管处放大状态。此时发射结正向运用,集电结反向运用。在曲线上是比较平坦的部分,表示当IB一定时,IC的值基本上不随UCE而变化。在这个区域内,当基极电流发生微小的变化量ΔIB时,相应的集电极电流将产生较大的变化量ΔIC,此时二者的关系为
ΔIC＝βΔIB
该式体现了三极管的电流放大作用。
对于NPN三极管,工作在放大区时UBE≥0.7V,而UBC＜0。
饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。曲线靠近纵轴附近,各条输出特性曲线的上升部分属于饱和区。在这个区域,不同IB值的各条特性曲线几乎重叠在一起,即当UCE较小时,管子的集电极电流IC基本上不随基极电流IB而变化,这种现象称为饱和。此时三极管失去了放大作用,IC＝βIB或ΔIC＝βΔIB关系不成立。
一般认为UCE＝UNE,即UCB＝0时,三极管处于临界饱和状态,当UCE＜UBE时称为过饱和。三极管饱和时的管压降用UCES表示。在深度饱和时,小功率管管压降通常小于0.3V。
三极管工作在饱和区时,发射结和集电结都处于正向偏置状态。对NPN三极管,UBE＞0,UBC＞0。
根据三极管工作时各个电极的电位高低，就能判别三极管的工作状态，因此，电子维修人员在维修过程中，经常要拿多用电表测量三极管各脚的电压，从而判别三极管的工作情况和工作状态。
发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。 发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算：
R＝（E－UF）／IF 式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流
2.3单片机芯片
单片机的概念
单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
单片机的应用领域：
单片机在智能仪器仪表中的应用
单片机在工业测控中的应用
单片机在计算机网络和通讯技术中的应用
单片机在日常生活及家电中的应用
单片机在办公自动化方面的应用
40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和I/O引脚。
⒈电源: ⑴VCC-芯片电源，接+5V； ⑵VSS-接地端；
注：用万用表测试单片机引脚电压一般为0v或者5v，这是标准的TTL电平。但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这是万用表的响应速度没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电压仍保持在0v或者5v。
⒉时钟:XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。
⒊控制线:控制线共有4根，
⑴ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
①ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址
②PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
⑵PSEN:外ROM读选通信号。
⑶RST/VPD:复位/备用电源。
①RST（Reset）功能：复位信号输入端。
②VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。
⑷EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
①EA功能：内外ROM选择端。
②Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。
⒋I/O线
80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。
P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）
P3口第二功能
P30RXD串行输入口
P31TXD串行输出口
P32INT0外部中断0（低电平有效）
P33INT1外部中断1（低电平有效）
P34T0定时计数器0
P35T1定时计数器1
P36WR外部数据存储器写选通（低电平有效）
P37RD外部数据存储器读选通（低电平有效）
三、电路原理图及工作原理
3.1原理图分析
电路特点：
这里介绍的电子钟，电路图可称得上极简，它仅适用单片的20引脚单片机完成电子钟的全部功能，而笔者见到的其它设计方案均采用二片以上的多片IC实现。
电路简图所示：
1.正常走时：默认为走时状态，按24小时制显示“时时：分分：秒秒”，按实际时间以秒为单位变化，同时四个秒点变化。
2.走时调整：长按K1（或K2、K3），时、分、秒会有其一快速闪动，按K1会循环，按K2和K3可以分别对闪动的数字进行加或者减。
3.闹时调整：再次长按K1（或K2、K3），时、分、秒会有其一慢速闪动，按K1会循环，按K2和K3可以分别对闪动的数字进行加或减。
注意：时位01-64变化，表示64路定时；分位00-24变化，表示24小时和不闹，默认为24不闹；秒位00-59变化，表示60分钟。因此，只能以分钟为最小单位设定多路闹时。
4.误差修正：走时精度由高频石英晶振（4MHz比32.768KHz高出100倍）决定。理论上可以做到月误差小于6秒。在闹时调整状态下，长按K1（或K2、K3），时位、分位会变成全“一”或者全“三”表示变慢或者变快，按K1选择；按K2、K3秒位会在00-80中变化，数字越大，表示修正越大，00等于不变快也不变慢。
5.任何状态下：长时间（20秒以上）不按任何按键，都会自动回到正常走时状态。这时：
A、如果正逢闹铃响（会长响20秒）中，按K1、K2、K3任意键可以停止发声。
B、按K3可以启停电子钟每秒都发出短短的“嘀”声。
C、整点报时功能：按K2可以开启和关闭整点报时功能。开启后每逢整点就会听到长响两秒“嘀”声。
6、闹时开关功能：按K1可以开启和关闭定时闹铃功能。关闭闹铃时，设置的数据仍然保留，但是不输出。
成品图
3.2工作原理
C2为复位电容，在每次通电后把芯片清成初始状态：Jz为4MHz的晶振，和内部电路产生振荡，给芯片各部分提供时钟信号;K1K2/K3为功能按钮，用于调整时间、这只闹铃等；蜂鸣器的放大驱动管；六个数码管的段选共用芯片的P1.6-P1.0口，位选使用芯片的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3、P3.4、P3.5分别控制留个数码管的选通。数码管为共阴极的，工作时，给第一个数码管要显示的数字置高电平，然后再给第一个数码管的COM端置低电平（其它的数码管的COM置高电平），这样，第一个数码管显示数字，其他的五个不显示，再给第二个数码管要显示的数字的笔画置高电平，然后再给第二个数码管的COM端置低电平（其它的数码管的COM置高电平），这样，第二个数码管显示数字，其它的五个不显示。就这样一个一个的显示完留个，然后又反悔第一个继续循环显示。留个数码管是一个一个的显示数字的，但由于切换的时间很短，我们看到就像在同时显示一样。
四、安装与调试
4.1准备元件和工具————
准备好电烙铁、松香、焊锡丝、剪钳、万用表、夹子等常用工具找好试验台，打开元件包，对着元件清单，清点元件
分析电路原理图，了解工作原理，并将原理图和电路板对照，深刻印象
用万用表分别测量各个元件的好坏，进一步巩固已经学到的知识
4.2安装、焊接元件到电路板上
按照先低后高，先小后大，先卧式后立式的顺序，正确插入元件，其高低、极性要符合规定。
先从最低元件安装。应先安装、焊接跳线机及电阻，用电阻多余的脚做跳线，电阻引脚不分正负，焊接时间最好控制在2-3秒。
安装、焊接瓷片电容。瓷片电容不分正负极。
安装、焊接轻触开关。
安装、焊接三极管。三极管的外形基本一样，注意分清，且方向吆喝电路板上的方向一致。
安装、焊接4MHz晶振。晶振没有正负极。
安装、焊接电解电容，装的时候要躺着安装，立着会影响发光二极管的显示不整齐。
安装、焊接20脚IC插座，从用一小缺口或小圆点标记的地方逆时针一次为1-20脚，安装时注意缺口和电路上的缺口一致。20只引脚都插到位后，先用手按住，固定对角两只引脚，防止插入的引脚掉出，再把板放到桌面上把剩下的引脚焊接好。焊好后不要急于插入单片机芯片，因为还有其他元件焊接，防止电烙铁带静电击坏单片机芯片。
安装、焊接蜂鸣器。
安装、焊接LED。LED和普通二极管一样，有政府及之分，不能装错。
安装、焊接数码管。认识数码管内部结构。
4.3测试与调试
正常走时：默认为走时状态，按24小时制分别显示“时时：分分：秒秒“，有四个秒点动态显示，时间会按实际时间以秒为最小单位变化。
走时调整：长安K1(K2/K3)两秒内以上，时位，分位，秒位会有其一快速闪动，按K1会循环，按K2和K3可以分别对山东的数字进行加或者减，从而达到快速设定时间的目的。20秒以上长时间没有任何按键操作时，自动按变为正常走时状态。
误差修正状态：大家知道，即使是世界上最优良正统的石英晶振，频率也会有偏差，需要电容微调校正频率，不同的电容和负载会影响到频率偏移。这种情况可能会使日误差达到几十秒。当然，配备有志正品元件会使走时误差小到几秒，如果涉及微调电容的话，就可以使每天的走时误差小到1秒以内。
总结
经过大量查找资料和老师的不断指点，我将所设计的六位数码管电子钟焊接成功，在这个过程中，我们了解了各个元器件的识别跟测量，也了解了AT89C2051单片机及其引脚功能。同时明白了六位数码管电子钟的工作原理并实现了其功能。本程序设计时，只用了一个定时器T0，其他的中断全部关断，定时器中作在两个8位自动加载初始值状态。简短的定时中断程序只负责时间的计数和进位功能，只是保证走时精确。有三个轻触式按键：模式设定按键K1，加调整按键K2，减调整按键K3。此数字钟采用了一只NPN型的三极管及蜂鸣器为闹时讯响电路。
通过本次实训设计,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.我这次设计由于我采用的是数字电路来实现的,所以电路较复杂,但是容易理解.每一部分我都能理解并且能有多种设计方法.
由于这次实训时间为一个星期,所以我组在这期间焊接了一个整体电路,并进行调试,虽然焊接的不是很美观,但是它的功能基本上都能实现。
最后在我在制的印制板上都能很好的实现多功能数字钟的各相功能，都达到了预期的结果，并且很美观。通过这次设计，我掌握了些元器件的用途以及它们的参数、性能。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。克服困难，战胜自我，超越自我。
