多功能數字鐘的設計方案比較研究

羅國棋 繆馥陽 鄧金睿 吳鳳蘭

摘要：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和時序電路。在這次設計中，采用六位 LED 數碼管顯示時、分、秒，以 24 小時計時方式根據數碼管動態顯示原理來進行顯示。采用 555 定時器構成的多諧振蕩電路作為時鐘源，利用純數字電路，實現數字電子時鐘功能，時間重置功能。此次數字鐘的理圖設計，利用 proteus7.8 軟件進行仿真，最終本設計實現 24 小時的時鐘計時、時間重置功能。

關鍵詞：時序電路;邏輯電路;時鐘;校時

引言：

數字鐘是一種用數字電路技術實現時、分、秒計時的裝置，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，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。由于數字鐘的精確度較高，因此它又被人們大量運用在一些車站、碼頭和機場等場所中。數字鐘已成為人們日常生活中：必不可少的必需品，廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。

一、設計背景

20 世紀末，電子技術獲得了飛速的發展，在其推動下，現代電子產品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產力的發展和社會信息化程度的提高，同時也使現代電子產品性能進一步提高，產品更新換代的節奏也越來越快。時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大

二、方案比較

通過查閱大量相關技術資料，并結合實際所學知識，主要提出了兩種技術方案來實現系統功能。下面將首先對這兩種方案的組成框圖和實現原理分別進行說明，并分析比較它們的特點，然后闡述最終選擇方案的原因。

1、方案一

由于是數字鐘的設計，采用單片機 STC89C52 控制 LCD1602 作為顯示設備，使用鍵盤作為輸入設備，蜂鳴器作為整點報時工具。相對于純數字電路來講它具有功耗低、體積小、使用方便等優點。

2.1.2 方案二

本方案采用時鐘源、計數器、顯示器、譯碼器和整點報時組成。時鐘源是整個系統的時基信號，它直接決定計時系統的精度。將標準秒脈沖信號送入秒計時器，每累計 60S 發出一個分脈沖信號，該信號作為分計數器的時鐘脈沖。分計數器和時計數器也同理。譯碼顯示電路將時、分、秒計數器的輸出狀態經七段顯示譯碼器譯碼，通過六位 LED 顯示器顯示出來。

3、方案三

也可以由集成邏輯門與 RC 組成的時鐘源振蕩器。通過方案三得出來的邏輯框圖和方案二相同。如上圖2。門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期不僅與時間常數 RC 有關，而且還取決于門電路的閾值電壓 VTH，由于 VTH 容易受到溫度、電源電壓及干擾的影響，因此頻率穩定性較差，只能用于對頻率穩定性要求不高的場合。

三、方案論證

方案一：由于是數字鐘的設計，可以用單片機STC89C51來實現計數功能，相對于純數字電路來講它具有功耗低、體積小、使用方便等優點。但在大二下半學期初期，對單片機方面的內容知識還沒有學，加上用單片機為核心來做數字鐘還需做編程，對自身來說又是一難點。

方案二：繼而考慮到用原先學過的純數字電路來做，以74LS161來做為計數的芯片，用六片分別實現數字鐘的小時、分、秒、的計數，并用晶振加以分頻產生數字鐘所需的秒脈沖。

方案三：門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期不僅與時間常數 RC 有關，而且還取決于門電路的閾值電壓 VTH，由于 VTH 容易受到溫度、電源電壓及干擾的影響，因此頻率穩定性較差，只能用于對頻率穩定性要求不高的場合。

四、方案選擇

從以上三種方案論證中，很容易看出，采用方案二，用此法做即可以復習回顧早期學習的數電模電知識，又避免了單片機知識不足的問題，故用此法。

參考文獻

[1]閻石.數學電子技術基礎[M] .高等教育出版社.2004 年

[2]許樹玲、丁電寬、王晉.電子技術及實驗[M].內蒙古大學出版社.2005