動(dòng)態(tài)掃描數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)與制作

摘 要： 給出了一種數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)的具體方法，采用石英晶體振蕩器和分頻器產(chǎn)生秒時(shí)鐘信號(hào)，以動(dòng)態(tài)掃描方式將計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行譯碼，最終在共陰極LED數(shù)碼管上顯示時(shí)、分、秒時(shí)間。電路主要采用中規(guī)模CMOS集成電路純硬件實(shí)現(xiàn)，覆蓋內(nèi)容廣泛、涉及知識(shí)點(diǎn)較多、將其列入自主實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)提高學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力、綜合運(yùn)用各種知識(shí)分析問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題的能力等方面有顯著效果。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字鐘； 動(dòng)態(tài)掃描； 電路設(shè)計(jì)； 自主實(shí)驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34； TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）10?0147?03

0 引 言

在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，構(gòu)建學(xué)生的電路設(shè)計(jì)理念，提高學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力，是教學(xué)的根本目的和核心內(nèi)容[1]。數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)包括了時(shí)序邏輯電路、組合邏輯電路、數(shù)碼管顯示電路和脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路等內(nèi)容，內(nèi)容涉及面寬、綜合性強(qiáng)，是電子技術(shù)自主性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的典型案例。文中采用了石英晶體振蕩器電路、計(jì)數(shù)電路、動(dòng)態(tài)掃描及譯碼驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路和時(shí)鐘校正電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)該電路。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒的數(shù)字顯示，周期為24 h，顯示滿(mǎn)刻度為23時(shí)59分59秒，并具有校時(shí)功能。電路主要采用中規(guī)模CMOS集成電路，采用電池作電源，通過(guò)共陰極LED數(shù)碼管顯示時(shí)鐘。該系統(tǒng)由秒脈沖產(chǎn)生模塊、計(jì)數(shù)器模塊、譯碼顯示電路模塊、動(dòng)態(tài)掃描模塊、校時(shí)模塊組成。其中秒脈沖產(chǎn)生模塊由晶體振蕩器電路和兩個(gè)分頻器電路組成，動(dòng)態(tài)掃描模塊由動(dòng)態(tài)掃描控制信號(hào)產(chǎn)生電路、計(jì)數(shù)器選通控制電路和數(shù)碼管選通控制電路三部分組成，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

1.1 秒脈沖產(chǎn)生電路

秒脈沖信號(hào)由石英晶體振蕩器產(chǎn)生，由于晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1 Hz的秒信號(hào)，需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻[2]。通常的分頻器采用多級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。將32 768 Hz的高頻方波信號(hào)經(jīng)32 768（215 ）次分頻后得到1 Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，即實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)于15級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

1.2 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

計(jì)數(shù)器電路用來(lái)完成60秒60分及24小時(shí)的計(jì)數(shù)工作，且秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖作為分計(jì)數(shù)器的輸入脈沖，同理分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖作為小時(shí)計(jì)數(shù)器的輸入脈沖。“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器電路采用同步加計(jì)數(shù)器CD4518來(lái)完成。

（1）CD4518雙BCD同步加計(jì)數(shù)器

（2）“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

分計(jì)數(shù)器與秒計(jì)數(shù)器電路完全相同，只是脈沖輸入不同，秒計(jì)數(shù)器是1 Hz，而分計(jì)數(shù)器是[160] Hz。

時(shí)計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，設(shè)計(jì)原理與分秒計(jì)數(shù)器相同，不同之處在于反饋清零的狀態(tài)不同，當(dāng)十位（顯示2）、個(gè)位為0100（顯示4）時(shí)對(duì)計(jì)數(shù)器全部清零。把QB2和QC1 通過(guò)CD4081相與送給兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的復(fù)位端即可。

1.3 數(shù)碼顯示及動(dòng)態(tài)掃描電路

采用脈沖分配器CD4022產(chǎn)生動(dòng)態(tài)掃描信號(hào)DS0～ DS5，這6個(gè)信號(hào)在同一時(shí)刻只有一個(gè)為高電平，利用DS0～DS5控制模擬開(kāi)關(guān)CD4066，當(dāng)某個(gè)掃描信號(hào)為高時(shí)，所控制的四路模擬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，從而把對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)送給譯碼驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)掃描信號(hào)要選通對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。由于采用的是共陰極數(shù)碼管，因此掃描信號(hào)通過(guò)達(dá)林頓晶體管整列MC1413才能選通對(duì)應(yīng)數(shù)碼管，當(dāng)某掃描信號(hào)為高時(shí)，經(jīng)過(guò)MC1413輸出后變?yōu)榈碗娖剿鶎?duì)應(yīng)數(shù)碼管被點(diǎn)亮。脈沖分配器CD4022的輸入脈沖CP的頻率應(yīng)該足夠高，這里選用512 Hz（由4060第13腳提供）。

1.4 校時(shí)電路

2 結(jié) 語(yǔ)

數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)，涉及模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等多方面知識(shí)，將其列入自主實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，克服了以往實(shí)踐教學(xué)形式單一、內(nèi)容簡(jiǎn)單枯燥的缺點(diǎn)[8]。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要求學(xué)生獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。學(xué)生可以采用萬(wàn)能板焊接完成數(shù)字鐘電路的制作，也可以繪制PCB電路圖采用熱轉(zhuǎn)印的方法自制PCB電路板完成該電路的制作。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生表現(xiàn)出了濃厚的興趣，紛紛表示獲益匪淺。學(xué)生的電子電路設(shè)計(jì)、調(diào)試以及故障排除能力都有較大提高。

參考文獻(xiàn)

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