數(shù)字鐘的設(shè)計與實現(xiàn)

王　冉

(西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710032)

數(shù)字鐘的設(shè)計與實現(xiàn)

王冉

(西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710032)

摘要：本文充分利用電子技術(shù)知識，設(shè)計了一款簡單實用的數(shù)字鐘。詳細介紹了電路的設(shè)計、仿真及實現(xiàn)的全過程，提出了二套可行的設(shè)計方案：方案1用晶體振蕩器產(chǎn)生秒信號電路，譯碼驅(qū)動及顯示單元電路采用HC390及CD4511；方案2采用555定時器構(gòu)成秒信號產(chǎn)生電路，譯碼驅(qū)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(shè)計、仿真及實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘；編碼；譯碼；顯示

本文所設(shè)計的數(shù)字鐘是用數(shù)字電子技術(shù)知識實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，比機械鐘更加美觀、輕巧，易于實現(xiàn)，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(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。目前，數(shù)字鐘的功能越來越強，并且有多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇[1-4]。

1設(shè)計要求

1.1秒信號產(chǎn)生電路

秒信號產(chǎn)生電路是用來產(chǎn)生時間標(biāo)準(zhǔn)的電路。時間標(biāo)準(zhǔn)信號的準(zhǔn)確度與穩(wěn)定性，直接關(guān)系到數(shù)字鐘計時的準(zhǔn)確度與穩(wěn)定性。所以秒信號產(chǎn)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(jīng)過若干次分頻后獲得每秒鐘一次的秒信號。

1.2時間計數(shù)器電路

時間計數(shù)器電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為12進制計數(shù)器。

1.3校時電源電路

當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)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(shù)通路，然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。

1.4譯碼驅(qū)動電路

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

1.5數(shù)碼管

數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管(LED)數(shù)碼管和液晶(LCD)數(shù)碼管，本設(shè)計提供的為LED數(shù)碼管。

2設(shè)計方案實施

2.1數(shù)字鐘框圖

數(shù)字鐘組成框圖如圖1所示。

圖1　數(shù)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(shù)字鐘仿真圖

2.3方案2

2.3.1信號產(chǎn)生電路

555定時器可以構(gòu)成多諧振蕩器，能周期性地產(chǎn)生方波信號。方波信號的周期為T=0.7(R1+2R1)C。通過調(diào)節(jié)電阻值可以調(diào)節(jié)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(yīng)≥1 kΩ，但求R1+R2應(yīng)≤3.3 MΩ。

2.3.2譯碼顯示電路

計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，為了將計數(shù)器輸出的8421BCD碼顯示出來，需用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)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(qū)動器。常用的7段譯碼顯示驅(qū)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(chǎn)生電路仿真

秒信號產(chǎn)生電路仿真如圖4所示。

圖4　秒信號產(chǎn)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(shù)

2)仿真電路記錄數(shù)據(jù)如圖6所示。

4Protel設(shè)計

4.1原理圖

1)秒信號產(chǎn)生電路如圖7所示。

圖6　顯示00時00分51秒

圖7　秒信號產(chǎn)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(jié)語

通過試驗結(jié)果顯示，方案2基本符合要求，實現(xiàn)了相關(guān)功能，能正常顯示時間。通過這次課程設(shè)計，筆者感覺整體規(guī)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(shè)計題目時，第1步要根據(jù)設(shè)計要求，思考原理以及實現(xiàn)方案。第2步要根據(jù)自己所選定的方案確定選用哪些元器件，然后查閱相應(yīng)芯片的資料，掌握其引腳分布以及用法。第3步將整體的設(shè)計分成各個子模塊，然后一個模塊一個模塊地進行設(shè)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(yù)想的結(jié)果。

參考文獻

[1] 張銘生，徐超明，徐瑞華.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗[M]. 北京：人民郵電出版社，2007.

[2] 徐超明，張銘生.電子技術(shù)項目教程[M].北京：北京大學(xué)出版社，2012.

[3] 謝自美.電子線路設(shè)計·實驗·測試[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006.

[4] 黃培根，任清褒. Multisim10計算機虛擬仿真實驗室[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[5] 江思敏，陳明.Protel電路設(shè)計教程[M]. 2版.北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[6] 蘇麗萍.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 2版. 成都：電子科技大學(xué)出版社，2006.

[7] 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，1997.

[8] 高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[9] 黃智瑋.基于NI Multisim的電子電路計算機仿真設(shè)計與分析[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2008.

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

責(zé)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(yè)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(yù)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(fā)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(wù)，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(yù)計將同比減少2%，減至1.71萬億日元。其中，預(yù)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(wǎng)

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(xué)與研究。

中圖分類號：TN 79

文獻標(biāo)志碼：A