一種多功能數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)

摘 要：鐘表的數(shù)字化給人們帶來(lái)了極大的方便，而且使得鐘的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了老式鐘表，校時(shí)、定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、定時(shí)自動(dòng)打鈴等多種功能變得十分容易，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。

關(guān)鍵詞：振蕩器；分頻器；計(jì)數(shù)器；譯碼器；顯示器

1 引言

時(shí)間對(duì)人們來(lái)說(shuō)總是那么寶貴，時(shí)鐘，是人們生活中一種必不可少的工具，在當(dāng)今世界，工作忙碌和繁雜的同時(shí)，使得人們對(duì)效率的要求越來(lái)越高，時(shí)鐘在人們的生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。設(shè)計(jì)一種數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實(shí)的意義。

本電路主要運(yùn)用數(shù)字電子技術(shù)的知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，用中規(guī)模電子集成塊74LSXX實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘功能，包括計(jì)時(shí)、較時(shí)、等功能。

2 總體設(shè)計(jì)方案

數(shù)字電路系統(tǒng)由一個(gè)主體電路所組成。主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能。數(shù)字電子鐘的邏輯框圖如圖1所示，它由石英晶體振蕩器，分頻器，計(jì)數(shù)器，譯碼器，顯示器和校時(shí)電路所組成。

2.1 設(shè)計(jì)思路

3 設(shè)計(jì)原理分析

整個(gè)電路是由功能部件或單元電路組成的。在設(shè)計(jì)這些電路或選擇部件時(shí)，盡量選用同類(lèi)型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成電路或都采用CMOS集成電路。整個(gè)系統(tǒng)所用的器件種類(lèi)應(yīng)盡可能少。下面介紹各功能部件與單元電路的設(shè)計(jì)。

3.1 振蕩器

振蕩器是數(shù)字鐘的核心，振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度。一般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率高，計(jì)時(shí)精度越高。本電路采用集成電路（5C702）中的晶體振蕩器電路，常取晶振的頻率為32768Hz，因其內(nèi)部有15級(jí)2分頻集成電路，所以輸出端正好可得到1Hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖。

3.2 分頻器

3.3 分/秒計(jì)數(shù)器

3.4 時(shí)計(jì)數(shù)器的實(shí)設(shè)計(jì)

3.5 譯碼顯示電路

譯碼顯示電路的作用是將時(shí)分秒計(jì)數(shù)器輸出的4位二進(jìn)制代碼翻譯并顯示出相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)，通常譯碼器與顯示器是配套使用的。在此選擇共陰極發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器BS202，譯碼驅(qū)動(dòng)選配74LS48。7448七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動(dòng)共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個(gè)輔助控制端，以增強(qiáng)器件的功能。

3.6 校時(shí)電路設(shè)計(jì)

當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間（或稱(chēng)校時(shí)） 校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能，一般電子手表都具有時(shí)、分、秒等校時(shí)功能，為使電路簡(jiǎn)單，這里只進(jìn)行分和小時(shí)的校時(shí)。對(duì)校時(shí)電路的要求是：在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)，在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)，校時(shí)方式有“快校時(shí)”和“慢校時(shí)”兩種：“快校時(shí)”是通過(guò)開(kāi)關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器對(duì)1Hz的校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)；“慢校時(shí)”是用手動(dòng)產(chǎn)生單脈沖作為校時(shí)脈沖。S1為校“分”用的控制開(kāi)關(guān)，S2為校“時(shí)”用的控制開(kāi)關(guān)，校時(shí)脈沖采用分頻器輸出的1Hz脈沖，S1和S2分別為零時(shí)可以進(jìn)行快校對(duì)。要注意的是，校時(shí)電路是由與非門(mén)構(gòu)成的組合邏輯電路，開(kāi)關(guān)S1或S2為“0”或“1”時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，接電容C1、C2可以緩解抖動(dòng)。

4 電路的裝調(diào)

由數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖按照信號(hào)的流向分級(jí)安裝，逐級(jí)級(jí)聯(lián)，這里的每一級(jí)是指組成數(shù)字鐘的各功能電路級(jí)聯(lián)時(shí)如果出現(xiàn)時(shí)序配合不同步，或尖峰脈沖干擾，引起邏輯混亂，可以增加多級(jí)邏輯門(mén)來(lái)延時(shí)，如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端VCC加退耦濾波電容。通常用幾十微法的大電容與0.01uF的小電容相并聯(lián)。經(jīng)過(guò)聯(lián)調(diào)并糾正設(shè)計(jì)方案中的錯(cuò)誤和不足之處后，再測(cè)試電路的邏輯功能是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：王俊賢（1983-），女，漢族，河南省扶溝縣人，本科，助講，從事電子專(zhuān)業(yè)的理論和實(shí)踐教學(xué)工作。

姜富寬（1983-），男，漢族，河南省泌陽(yáng)縣人，本科，講師，從事電子專(zhuān)業(yè)的理論和實(shí)踐教學(xué)工作。