數字電子鐘的設計

摘 要：數字鐘實際上是一個對標準頻率（1Hz）進行計數的計數電路。該數字鐘具有對時、分、秒進行顯示的功能，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更長的使用壽命，同時節省了電能，因此得到了廣泛的使用。

關鍵詞：數字鐘；石英晶體振蕩器；計數；校時電路

隨著科學技術的發展，人們對時間的計量精度要求也是越來越高。高精度計時裝置大多數都使用了石英晶體振蕩器的設置，因此走時精度高，穩定性好，使用方便，不需要經常調校，數字電子鐘用集成電路計時、譯碼代替機械式傳動，用數碼管、發光二級管顯示代替指針顯示，減小了計時誤差。

1 整體設計思路

數字鐘實際上是由一個對標準頻率（1HZ）進行計數的計數電路為主要部分構成的。由于計數的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩定。通常使用石英晶體振蕩器電路來構成數字鐘的標準時間基準信號。數字鐘總體結構框圖如圖1所示。

2 單元電路設計

2.1 秒發生電路的設計

秒發生電路由振蕩電路和分頻電路共同組成。其電路連接如圖2所示。

2.2 分時間形成電路與顯示電路的設計

分時間形成電路與顯示由IC2-IC6等組成，其中IC2為分形成電路，IC3-IC5為分計數與顯示電路，IC6組成控制門。其電路連接如圖3所示。

3 整機電路設計

整機電路電路連接如圖4所示。

該設計主要使用石英晶體振蕩器電路構成數字鐘的基準秒脈沖發生電路，以雙二-十進制計數器CD4518來實現時間計數單元的計數功能，采用CD4511作為顯示譯碼電路，選擇LED數碼管和發光二極管作為顯示單元電路，采用COMS與或非門實現時或分校時電路。另外數字鐘還具有整點報時的功能，報時電路選用74HC30構成，時間以12小時為一個周期。

顯示電路部分主要由秒顯示電路、分顯示電路、時顯示電路構成。秒顯示電路采用發光二極管閃爍的形式進行顯示；分顯示電路由CD4511將8421BCD碼轉換成七段LED數碼管顯示十進制數字的信號，再由數碼管顯示出來；小時顯示電路主要利用CD4017數字集成芯片進行控制，用來控制十二個發光二極管模仿機械表盤的形式進行顯示。

4 結束語

該數字鐘，具有時間顯示、報時功能、校正作用，計時準確、性能穩定；顯示電路采用十二個發光二級管模仿表盤的形式進行顯示，更加直觀；價格低廉，成本較低，適合大批量的生產。

參考文獻：

[1] 羅映祥.基于Multisim 9的數字電子鐘設計與仿真[J].現代電子技術，2010.

[2] 李彩娜，王智磊.基于LCD1602的數字電子鐘設計[J].無錫南洋職業技術學院論叢，2012.

[3] 黃克亞.基于液晶顯示器的數字電子鐘設計[J].科學之友，2010.

[4] 段立峰.基于EWB軟件的可擴展數字電子時鐘設計[J]. 電子設計工程，2014.

基金項目：

黑龍江省高等教育教學改革項目，項目編號：JG2014010749；

黑龍江省高等教育學會“十二五”教育科學研究青年專項課題，項目編號：14Q205

作者簡介：張昌玉，出生于1982年10月，碩士學位、講師，主要研究方向電氣工程及其自動化。