科技信息 ０机械与电子０ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２００９年第２７期 多功能数字钟电路的设计与制作 黄 明 黄 艳 （义马煤炭高级技工学校 河南义马４７２３００】 【摘要】电子数字钟的应用十分广泛，通过计时精度很高的石英晶振，采用相应进制的计数器，转化为二进制数，经过译码和显示电路准 确地将时间“时”“分”“秒”用数字的方式显示出来。与传统的机械钟相比，它具有走时准确，显示直观，无机械传动，无需人的经常调整等优点。 它广泛用于电子表、车站、码头、广场等公共场所的大型远距离时间显示电子钟。 【关键词】电子钟；调试；制作 电子数字钟的应用十分广泛．通过计时精度很高的石英晶振ｆ也 可采用卫星传递的时钟标准信号），采用相应进制的计数器，转化为二 进制数，经过译码和显示电路准确地将时间“时”“分”“秒”用数字的方 式显示出来。与传统的机械钟相比，它具有走时准确，显示直观，无机 械传动，无需人经常调整等优点。它广泛用于电子表、车站、码头、广场 等公共场所的大型远距离时间显示电子钟。 １．数字钟电路设计思路 图ｌ是数字钟的原理框图 图１原理框图 ２．各单元电路的设计方法 ２．１秒信号发生电路这是数字钟的关键电路，它直接影响到数 字钟的走时准确。根据计时的精度确定石英晶振的频率，一般采用 ３２７６８ｎｚ的石英晶体振荡器通过１５次的分频（１５级二分频。因２ ＝ ３２７６８）来获得秒脉冲的信号，作为计时的基本单位。石英晶振的误差 很小．一般可达１Ｏ 数量级。如果需要更高精度的可以选用更高的晶 体振荡器。经过更多级的分频，可得到更加精确的秒信号，一年中的误 差不超过一秒。我们选用ＣＤ４０６０作为秒脉冲发生电路的主要器件， 它是１４级的二进制计数器，分频器，振荡器。如图２所示，Ｃｌ，Ｃ２，晶 振，Ｒ４，ＣＤ４０６０等器件构成３２７６８Ｈｚ振荡器。ＣＤ４０６０的９脚１０脚１１ 脚内含两个非门电路，１６脚为电源，８脚接地，１脚输出１２分频信号， ２脚输出１３分频信号．３脚输出１４分频信号，图中的Ｒ４是反馈电阻， 可使内部的非门电阻工作在线性放大区，Ｃ２是微调电容，可改变振荡 频率，以保证精确度。１２脚为复位功能，当为高电平１时，Ｑ１～Ｑ１４输 出为ｏ，Ｒ为低电平０时，内部计数器对９脚的脉冲进行计数且右脉冲 的下降沿进行翻转。从３脚输出的为３２７６８的第１４级二分频，即为 ２Ｈｚ，经７４ＬＳ７４（Ｄ触发器）再作二分频，从而得到秒脉冲（１Ｈｚ信号）。 Ｒ４ 图２秒信号发生电路 ２．２“时”“分”“秒”计数器电路计数器电路用来完成６Ｏ秒６Ｏ分 及２４小时的计数工作，且秒计数器的进位脉冲可以作为分计数器的 输入脉冲，同理分计数器的进位脉冲可以作为小时计数器的输入脉 冲，２４小时的输入脉冲可以作为一天的进位脉冲。“秒”、“分”、“时”计 数器电路采用双ＢＣＤ同步加法计数器ＣＤ４５１８，由图２得到的秒脉冲 送图３ａ秒计数器，由此完成６０秒计数功能。由７４ＬＳ０８的３脚输出信 号即为６Ｏ秒的进位时脉冲。 十 位 个 位 ＱＷ Ｑｃ２ Ｑ盯Ｑ ＣＰ２ ＱＤ Ｊ Ｑ卧Ｑ川 脉冲 进位脉冲 图３ ａ秒计数器 图中，Ｑ Ｑ Ｑ 。、Ｑ。。为秒个位上十进制显示的二进制ＢＣＤ码， Ｑ Ｑ 、Ｑ Ｑ 为秒十位上６进制ＢＣＤ码，当十位要显示十进制６时 即Ｏ１１０，ＱＢ２、ＱＣ２位均为１，利用此条件，经７４ＬＪｓ０８（四二输入与门） 内部与门输出为１即高电平．给１５脚，高电平使ＣＤ４５１８一组十位上 的计数输出全部为０并向前输出一高电平，其他时候为低电平，此脉 冲即为分脉冲的输入信号。ＣＤ４５１８ １５脚和２脚分别为清零端，当它 为高电平时，Ｑ。～Ｑ ＝０为低电乎，执行计数功能，其脉冲输入有２个方 式．从２脚１０脚输入时，为下降沿计数，此时９脚１脚接低电平才有 效，否则不能计数，计数脉冲信号从９脚１脚输入时，从脉冲的上升沿 开始计数，此时，２脚１０脚应高电乎才有效，否则不能计数。 分计数器与秒计数器完全相同。不同之处在于输出的脉冲不同， 前者是１ＨＺ，这里是１／６０ ＨＺ。图略。 时计数器为２４进制计数，基本电路与分秒计数器相同。不同的是 找出２４进制的复位脉冲即显示２４时个位及十位共８个输出端全部 清零。十位为００１０（显示２）时，个位为０１００（显示４）时全部清零即００ 点。选十位的Ｑ。＝１和个位的Ｑｃ＝１，通过与门７４ ０８给ＣＤ４５１８的１５ 脚与７脚为高电平，使输出Ｑ ～Ｑ。全为。从而实现２４进制，此进位脉 冲即为一天的计数脉冲，此设计中未使用。时计数器电路如图４： 图４时计数器 ２＿３译码显示电路设计 由计数器得到的４位二进制码的必须通 过译码后转为人民习惯的数字显示。如１２：５４：３Ｏ的二进制码为 ０００１００１０：０１ＯＬＯ１００：ＯＯｌ１００ｏｏ。译码之后再驱动７段数码管显示时、 分、秒。译码电路及驱动电路由７４ＬＳ２４８电路完成见图５： ７４ＬＳ２４８既作译码又是ＬＥＤ的驱动电路。１３．１２．１１．１０．９．１５．１４ 输出分别推动数码管的ａ．ｂ．ｃ ｄ＿ｅ＿ｆ．ｇ．字段。７４ＬＳ２４８的７、１、２、６ ７ｌ 科技信息 ０机械与电子Ｏ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２００９年第２７期 脚分别输出４位二进制ＢＣＤ码。根据计数器的输出状态由７４１￣２４８ ＱｍＱ。Ｑｍ Ｑ￣＝１００１ 译码后再驱动ＬＥＤ直观显示出来。ＬＥＤ是共阴的。在ＬＥＤ的第３或 ＱｍＱ∞ＱｍＱ￣＝ＯｌＯｌ ８脚串接一个电阻。可以改变ＬＥＤ的亮度。 ＱＤｌ Ｑｃ，ＱＢｌ ＱＡＩ＝００００ 利用ＢＣＤ码输出为ｌ的逻辑与作为控制信号Ｃ Ｃ＝Ｑ阱Ｑ ４ＱｍＱｍＱ 来控制声音集成电路（报时专用）以及声音 功放电路。 电路见图７ ７４ＬＳ３０的１、２、３、４、５、６为输入端控制信号。经与非门从８脚输 出，当输入的全为１时，８的输出才为０。经ＱｔＱ：提供启动电流，使Ｑｔ Ｑ 导通，报时音乐集成块工作输出报时信号，同时，启动功放电路，将 报时信号经放大从扬声器输出。 ７４ＬＳ３０ １６Ｖｃｃ 图５ ２＿４校时电路的设计 当出现时间误差时，可利用秒脉冲来 进行校对，具体方法是通过校时开关将秒脉冲直接输入到分计数器和 时计数器。利用微动开关进行校对。如图６所示： 图７报时电路 ３．制作与调试 ３．１根据电路制作电路板采用Ｐｒｏｔｅｌ ９９ Ｓｅ进行ＰＣＢ设计，送印刷 板工厂制作出线路板 冲 ３．２选取合格的元件进行安装 ３．３安装无误后，接通电源逐级调试。用通用计数器测出振荡器输 出频率，调节微调电容Ｃ２使振荡频率为３２７６Ｈ 分别测出ＣＤ４０６０ Ｑ。 Ｑ 各分频频率，秒脉冲正常之后，将开关拨至校对位置，对分小时 计数器进行检查。个位应是０～９变化。十位上数字应是０－５变化或０～ 图６校时电路 ２变化（小时计数器）。然后将开关拨至计时（正常）位置。数字钟应走 校对工作过程，校对时，将开关拨到校对位置。此时秒计数器无脉 时正常在校时过程中也应该有整点的报时音乐。如果没有检查 冲输入停止计数。接下微动开关Ｓ１时。脉冲输入到７４ ３２的ｌＯ脚。 ７４ＬＳ３Ｏ没输出电路。 内部为二输入或门电路。⑨脚输入的是分脉冲，因秒计数器停止，分计 ４．结论 数器也停止（不停也可以），分脉冲用秒脉冲替代。分计数器由１分计 数字钟的设计涉及到模拟电子与数字电子技术。其中绝大部分是 数脉冲变为１秒计数脉冲，加快了调整速度。同理，按下Ｓ２开关后，小 数字部分、逻辑门电路、数字逻辑表达式、计算真值表与逻辑函数问的 时输入脉冲就以１秒脉冲代替，快速改变小时的显示，达到校时目的。 关系、编码器、译码器显示等基本原理。数字钟是典型的时序逻辑电 当时间调到与标准时间相同时将开关拨到正常位置，计时又开始。 路，包含了计数器，二进制数，六进制数，六十进制，二十四进制，十进 ２．５报时电路设计 当时间到点时．需要整点报时，报时的方式方 制数的概念。数字钟的设计与制作可以加深对数字电路的了解，通过 法有很多。本电路采用播放音乐的方式。播放时间设计为ｌ０秒，采用 这次设计与制作，为数字电路的制作提供思路和方法。 多路输入与门７４ＬＳ３０来实现。当时间为５９分５０秒时，启动控制电路 播放音乐。具体方法如下： 【参考文献】 ５９分５Ｏ秒时计数器给出ＢＣＤ码为： ［１］王明臣编著．脉冲与数字电路基础．科学技术文献出社 十位 个位 十位 个位 ［２］李大友主编擞字电路逻辑设计．清华大学出版社． ０１０５ １ｏｏ１ ０１Ｏ１ ０Ｏ００ ５ ９ ５ ０ ［责任编辑：张新雷］ 即：Ｑ ＱＣ４Ｑ Ｑ ＝０１０１ （上接第９０页）获得了教育部、中国科协、共青团中央主办的第八届 这样的学习活动中学生的自主性、主动性、创造性都得到了充分发展。 “挑战杯”全国大学生课外学术作品竞赛二等奖。在虚拟样机开放式实 总之。采用虚拟样机技术辅助的主体意识教育，是针对现行教育 践的带动下，学生可“自由”地畅想，得到“宽容”的“支持”和许多新鲜、 中弊端而进行的全面推进创造力培养的深刻改革。虚拟样机技术搭建 实际的质疑，大大“开放”和“解放’了思想．也完成了学习中角色的转 了一个开放式的交互平台，下至渐开线形成，受力分析的教学内容实 变，由“从属”变为“主体”。 施．上至新型设备的加工制造及工艺试验，学生们畅游于这个自由、宽 ３．３抓好集体教学以增强“主体意识”在教学中增加“自由”、“宽 容的、更多交互领域里，主体意识必会大大提升。ｌ 容”、“支持”、“开放”式教学环节是增强学生主体意识的极好教学方 式。充分利用学生大作业等集体教学活动，引入虚拟样机技术，完成好 【参考文献】 教学中具有“自由”、“宽容”、“支持”、“开放”因素的教学环节。例如高 ［１］董毅然．四大因素扼杀中国人的创造力［Ｊ］．发现，２００５，第１１期． 等工科院校三年级教学中有连续三周的课程设计，即综合前三年学习 ［２］姚本先．问题意识与创新精神［Ｊ］．中国教育报，２００１年２月２１日 的主要课程，完成一个轴系的大作业。充分用好这一教学环节，应用虚 拟样机工具和小组间讨论、质疑、交流、互助、答辩，最终提高了学生的 ［责任编辑：张新雷】 合作参与意识和能力，对培养学生交往的主体性起到了重要作用。在
