數字鐘的設計與實現

王　冉

(西安職業技術學院，陜西 西安 710032)

數字鐘的設計與實現

王冉

(西安職業技術學院，陜西 西安 710032)

摘要：本文充分利用電子技術知識，設計了一款簡單實用的數字鐘。詳細介紹了電路的設計、仿真及實現的全過程，提出了二套可行的設計方案：方案1用晶體振蕩器產生秒信號電路，譯碼驅動及顯示單元電路采用HC390及CD4511；方案2采用555定時器構成秒信號產生電路，譯碼驅動及顯示單元電路采用74LS160及CD4511。本文采用方案2進行電路的設計、仿真及實現。

關鍵詞：數字鐘；編碼；譯碼；顯示

本文所設計的數字鐘是用數字電子技術知識實現時、分、秒計時的裝置，比機械鐘更加美觀、輕巧，易于實現，方便攜帶，且無機械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。

數字鐘從原理上講是一種典型的數字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。目前，數字鐘的功能越來越強，并且有多種專門的大規模集成電路可供選擇[1-4]。

1設計要求

1.1秒信號產生電路

秒信號產生電路是用來產生時間標準的電路。時間標準信號的準確度與穩定性，直接關系到數字鐘計時的準確度與穩定性。所以秒信號產生電路多釆用晶體振蕩器以獲得頻率較高的高頻信號，再經過若干次分頻后獲得每秒鐘一次的秒信號。

1.2時間計數器電路

時間計數器電路由秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器及時個位和時十位計數器電路構成，其中秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器為60進制計數器，而根據設計要求，時個位和時十位計數器為12進制計數器。

1.3校時電源電路

當重新接通電源或走時出現誤差時都需要對時間進行校正。通常校正時間的方法是：首先截斷正常的計數通路，然后再進行人工出觸發計數或將頻率較高的方波信號加到需要校正的計數單元的輸入端，校正好后，再轉入正常計時狀態即可。

1.4譯碼驅動電路

譯碼驅動電路將計數器輸出的8421BCD碼轉換為數碼管需要的邏輯狀態，并且為保證數碼管正常工作提供足夠的工作電流。

1.5數碼管

數碼管通常有發光二極管(LED)數碼管和液晶(LCD)數碼管，本設計提供的為LED數碼管。

2設計方案實施

2.1數字鐘框圖

數字鐘組成框圖如圖1所示。

圖1　數字鐘組成框圖

2.2方案1

方案1整體仿真圖如圖2所示。

圖2　方案1數字鐘仿真圖

2.3方案2

2.3.1信號產生電路

555定時器可以構成多諧振蕩器，能周期性地產生方波信號。方波信號的周期為T=0.7(R1+2R1)C。通過調節電阻值可以調節多諧振蕩器的輸出矩形脈沖的占空比。若R2>>R1，可得到正負脈寬接近相等的矩形波[5-7]。

如果要使方波信號的頻率為1 Hz，即秒信號，則只需選擇合適的電阻R1、R2值和電容C的值即可，LM555電路要求R1與R2值均應≥1 kΩ，但求R1+R2應≤3.3 MΩ。

2.3.2譯碼顯示電路

計數器實現了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，為了將計數器輸出的8421BCD碼顯示出來，需用顯示譯碼電路將計數器的輸出數碼轉換為數碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，一般這種譯碼器通常稱為7段譯碼顯示驅動器。常用的7段譯碼顯示驅動器有CD4511[8-10]。

2.3.3帶有消抖動的校正電路

帶有消抖動的校正電路如圖3所示。

圖3　帶有消抖動的校正電路

3Multisim仿真

3.1秒信號產生電路仿真

秒信號產生電路仿真如圖4所示。

圖4　秒信號產生電路仿真

3.2譯碼顯示電路仿真

1)主要芯片的引腳圖如圖5所示，主要芯片的功能見表1。

圖5　74ls160的引腳圖

輸入輸出CPCR———LD———PTD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0×0×××××××000010××dcbadcba×110×××××保持×11×0××××保持(C=0)1111××××計數

2)仿真電路記錄數據如圖6所示。

4Protel設計

4.1原理圖

1)秒信號產生電路如圖7所示。

圖6　顯示00時00分51秒

圖7　秒信號產生電路

2)時顯示電路如圖8所示。

3)分秒顯示電路如圖9所示。

4.2pcb板布線圖

pcb板布線圖如圖10所示。

圖8　時顯示電路

圖9　分秒顯示電路

圖10　pcb板布線圖

5結語

通過試驗結果顯示，方案2基本符合要求，實現了相關功能，能正常顯示時間。通過這次課程設計，筆者感覺整體規劃很重要，同時必須要有足夠的耐心，腳踏實地一點一點的完成。

在拿到課程設計題目時，第1步要根據設計要求，思考原理以及實現方案。第2步要根據自己所選定的方案確定選用哪些元器件，然后查閱相應芯片的資料，掌握其引腳分布以及用法。第3步將整體的設計分成各個子模塊，然后一個模塊一個模塊地進行設計，最后將各個子模塊整合在一起進行整體仿真。整個仿真過程中必須仔細認真，而且要有足夠的耐心，不厭其煩的進行測量校正修改，直到得到預想的結果。

參考文獻

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[2] 徐超明，張銘生.電子技術項目教程[M].北京：北京大學出版社，2012.

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[10] 童詩白，華成英.模擬電子技術基礎[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.

責任編輯鄭練

日本工程機械對華依賴度下降

日本大型工程機械企業小松和日立建機對華銷售額在整體銷售額中的所占比率正在下降，預計2015財年(截至2016年3月)小松的對華銷售額占比將降至7%，日立建機將降至10%左右，還不到峰值2010財年的一半。兩公司除了開拓歐美等發達國家市場之外，還計劃在全球強化零部件更換等售后服務，以提高利潤率。小松2014財年面向海外顧客的工程機械和車輛部門的銷售額預計將同比減少2%，減至1.71萬億日元。其中，預計面向中國的銷售額將大減20%，降至1 300億日元，2010財年該部門的對華銷售額比率為21%，而本財年將降低至8%。

——摘自中國機床網

Design and Realization of Digital Clock

WANG Ran

(Xi’an Vocational and Technical College, Xi’an 710032, China)

Abstract:The paper has fully used electronic technology knowledge to design a simple and practical digital clock.It introduced the design, simulation and realization of the circuit, and proposed two sets of feasible design scheme. The first，the crystal oscillato was used to create a second signal,decoding drive circuit adopted HC390 and displaying unit adopted CD4511. The second,Used 555 timer to constitute a second signal generating circuit, the decoding and driver circuit used 74LS160 and displaying unit used CD4511.

Key words:digital clock, coding, decoding, displaying

收稿日期：2015-01-05

作者簡介：王冉(1985-)，女，講師，碩士研究生，主要從事電子信息工程等方面的教學與研究。

中圖分類號：TN 79

文獻標志碼：A