數(shù)字鐘是一種用數(shù)字顯示時、分、秒的計時裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時準(zhǔn)確、顯示直觀、無機(jī)械傳動裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用，小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直?，大到車站、碼頭、機(jī)場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。多功能數(shù)字鐘由以下幾部分組成：秒脈沖發(fā)生器；校時電路；六十進(jìn)制的秒、分計數(shù)器和二十四進(jìn)制的時計數(shù)器；秒、分、時的數(shù)碼顯示部分；報時電路等。制作要求如下。（1）能直接顯示“時”、“分”、“秒”十進(jìn)制數(shù)字的石英數(shù)字鐘。（2）時間顯示為24小時制。（3）具有校時功能，可以對小時和分鐘單獨(dú)校時。（4）整點(diǎn)能自動報時，要求報時聲響四低一高，最后一響為整點(diǎn)。（5）走時精度高于普通機(jī)械時鐘（誤差不超過ls/d）。（6）畫出電路原理圖（或仿真電路圖）。（7）元器件及參數(shù)選擇焊接及調(diào)試。多功能數(shù)字鐘原理框圖多功能數(shù)字鐘原理框圖如圖1所示，由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、校時電路、整點(diǎn)報時電路六個功能模塊組成。振蕩器振蕩器是計時器的核心，主要用來產(chǎn)生時間標(biāo)準(zhǔn)信號，也叫時基信號。數(shù)字鐘的精度主要取決于時間標(biāo)準(zhǔn)信號的頻率及穩(wěn)定度。振蕩器的頻率越高，計時的精度就越高，但耗電量將增大。一般采用石英晶體振蕩器經(jīng)過分頻后得到這一信號，也可釆用由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器作為時間標(biāo)準(zhǔn)信號。分頻器振蕩器產(chǎn)生的時基信號通常頻率都很高，要使它變成能用來計時的“秒”信號，需由分頻器來完成。分頻器的級數(shù)和每級的分頻次數(shù)要根據(jù)時基頻率來定。例如，目前石英電子鐘多采用32768Hz的標(biāo)準(zhǔn)信號，將此信號經(jīng)過15級二分頻即可得到周期為1s的“秒”信號。也可選用其他頻率的時基信號，確定好分頻次數(shù)后再選擇合適的集成電路。計數(shù)器數(shù)字鐘的“秒”、“分”信號產(chǎn)生電路都由六十進(jìn)制計數(shù)器構(gòu)成，“時”信號產(chǎn)生電路由二十四進(jìn)制計數(shù)器構(gòu)成?！懊搿焙汀胺帧庇嫈?shù)器用兩塊十進(jìn)制計數(shù)器來實(shí)現(xiàn)是很容易的，它們的個位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制，這樣，符合人們通常計數(shù)習(xí)慣?！皶r”計數(shù)也可以用兩塊十進(jìn)制計數(shù)器實(shí)現(xiàn)，只要做成二十四進(jìn)制計數(shù)器就行了。上述計數(shù)器均可用反饋清零法來實(shí)現(xiàn)。譯碼顯示電路因選用的計數(shù)器全部采用二-十進(jìn)制集成塊，因而計數(shù)器的譯碼顯示均釆用BCD-七段顯示譯碼器，顯示器采用共陰極或共陽極的七段顯示數(shù)碼管。校時電路在剛開機(jī)接通電源或計時出現(xiàn)誤差時，都需要對時間進(jìn)行校正。?！皶r”電路的基本原理是將周期為0.5s的脈沖信號直接引進(jìn)“時”計數(shù)器，同時將“分”計數(shù)器置零，讓“時”計數(shù)器快速計數(shù)，在“時”的指示達(dá)到需要的數(shù)字后，切斷0.5s的脈沖信號，再將0.5s的脈沖信號接到“分”計數(shù)器，同時秒計數(shù)器清零，“分”計數(shù)器快速計數(shù)，到合適值時，停止0.5s的脈沖信號輸入，實(shí)現(xiàn)校時。整點(diǎn)報時電路數(shù)字鐘整點(diǎn)報時是最基本的功能之一。此電路要求每當(dāng)“分”和“秒”計數(shù)器計到59分50秒時，便自動驅(qū)動音響電路，在10s內(nèi)自動發(fā)出5次鳴叫聲，要求每隔1s叫一次，每次持續(xù)時間為1s,共響5次，并且前四次為低音，最后一響為高音，此時計數(shù)器正好為整點(diǎn)（“00”分“00”秒）。圖1多功能數(shù)字鐘原理框圖表1多功能數(shù)字鐘元器件功能表序號元器件代號型號及參數(shù)1石英晶體振蕩器32768Hz產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率214位二進(jìn)制計數(shù)器/分頻器CD4060對基準(zhǔn)頻率分頻3雙D邊沿觸發(fā)器74LS74二分頻4計數(shù)器74LS90分頻、計數(shù)5四2輸入與非門74LS006雙4輸入與非門74LS207共陰極七段譯碼驅(qū)動器74LS48譯碼8RS觸發(fā)器74LS279消除校時開關(guān)抖動9數(shù)碼管BS201顯示時間三極管3DG4驅(qū)動揚(yáng)聲器330kO510010pf、39pf揚(yáng)聲器8Q、0.5W報時按鍵開關(guān)、校時萬能板15X20秒信號產(chǎn)生電路秒信號產(chǎn)生電路分為振蕩電路和分頻電路兩部分，如圖2所示。振蕩電路由32768Hz的石英晶體和電容、電阻構(gòu)成，產(chǎn)生32768Hz的振蕩頻率，32768Hz的頻率不能用來作為數(shù)字時鐘的輸入信號，必須將它變?yōu)?s的脈沖信號。32768Hz晶振的輸出送到U1芯片分頻，U1芯片選用CD406014級二分頻器，由輸出端Q14=32768Hz/214=32768Hz/16384=2Hz.再經(jīng)U2（選用74LS74）芯片進(jìn)行2分頻，由輸出端Q0可得到周期為1s的脈沖信號?？梢杂肬1芯片的Q5、Q6端為整點(diǎn)報時提供頻率分別為1024Hz和512Hz的信號，因?yàn)閒Q5=32768/25Hz=32768/32Hz=1024Hz,fQ6=32768/26Hz=32768/64Hz=512Hz。圖2秒信號產(chǎn)生電路時、分、秒計數(shù)電路有了秒脈沖信號，則可按照60秒為1分，60分為1小時，24小時為一天來設(shè)定時、分、秒計數(shù)電路。分和秒計數(shù)器都是模為60的計數(shù)器，采用中規(guī)模集成電路十進(jìn)制計數(shù)器至少需要兩片?！懊搿眰€位計數(shù)器的時鐘CP信號是由分頻器提供的周期為1秒的脈沖信號，“分”個位計數(shù)器的CP信號是由秒計數(shù)器提供的進(jìn)位信號，“分”計數(shù)器的進(jìn)位信號送至“時”個位計數(shù)器的CP端。它們的個位是十進(jìn)制計數(shù)器，而十位是六進(jìn)制計數(shù)器，其計數(shù)規(guī)律為00—01...58—59—00...,當(dāng)計滿60時產(chǎn)生一個進(jìn)位信號。因此，可選用二-十進(jìn)制計數(shù)器74LS90。采用反饋清零的方法實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計數(shù)器.其電路如圖3所示。圖3時、分、秒電路譯碼顯示電路譯碼顯示電路的功能是將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器輸出的4位代碼翻譯并顯示相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)的狀態(tài)，通常譯碼器和顯示器是配套使用的，如果選用共陰極發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器BS201,則譯碼顯示電路可采用74LS48七段譯碼驅(qū)動器。譯碼電路如圖4所示。校時電路當(dāng)電子鐘出現(xiàn)走時誤差時，需要對時間進(jìn)行校準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)校時電路的方法很多，如圖5即可作為對時計數(shù)器或分計數(shù)器的校時電路。該電路作為分計數(shù)器的校時電路，圖5中采用RS觸發(fā)器作為無抖動開關(guān)。通過開關(guān)S的接入位置，可以選擇是將“2Hz信號”還是將“來自秒計數(shù)器的進(jìn)位信號”送至分計數(shù)器的CP端。當(dāng)開關(guān)S置于B端時，RS觸發(fā)器的輸出 Q=l,Q=0,此時“來自秒計數(shù)器的進(jìn)位信號”送至分計數(shù)器的CP端，分計數(shù)器正常工作；當(dāng)開關(guān)S置于A端時，RS觸發(fā)器輸出Q=O,Q=l,“2Hz信號”被送至分計數(shù)器的CP端，分計數(shù)器在“2Hz信號”的作用下快速計數(shù)，直至正確的時間，再將S置于B端，從而達(dá)到對分顯示的調(diào)整。同樣的電路也適用于對時計數(shù)器的校準(zhǔn)。圖5校時電路整點(diǎn)報時電路整點(diǎn)報時電路如圖7.6所示，包括控制門電路和音響電路兩部分。第一部分為控制門電路。當(dāng)“分”和“秒”計數(shù)器計到59分50秒時，從59分50秒到59分59秒之間，只有“秒”個位在計數(shù)，而“秒”的十位,“分”的個位，“分”的十位C=QC4QA4QD3QA3QC2QA2作為控信號，在每小時的最后10s內(nèi)C=l。門U5輸入端加有頻率1024Hz的信號f1（可取自分頻器CD4060的Q5端同時又受QD1和QA1的控制，即C在59s時，QD1QA1C=1,門U6被關(guān)閉，門U5打開，f1信號通過門U5；門U6輸入端加有頻率512Hz的信號f2（可取自分頻器Q6端），同時又受QD1和QA1控制，即c在51s、53s、55s、57s時,門U5被關(guān)閉，門U6打開，f2信號通過門U6,則Y=QD1QA1Cf1+QD1QA1Cf2，即可實(shí)現(xiàn)前四響為512Hz的低音，后一響為1024Hz的高音，最后一響完畢正好整點(diǎn)。第二部分為音響電路部分。該電路選用射極跟隨器，推動揚(yáng)聲器發(fā)聲。三極管選用高頻小功率管3DG4,三極管基極串聯(lián)1kΩ限流電阻，是為了防止電流過大燒壞揚(yáng)聲器。圖6整點(diǎn)報時電路多功能數(shù)字鐘電路如圖7所示。圖7多功能數(shù)字鐘電路數(shù)字萬用表一塊、數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)箱一臺、直流穩(wěn)壓電源一臺、數(shù)字頻率計一臺、示波器一臺，元器件清單如表2所示。表2多功能數(shù)字時鐘元器件清單元器件名稱型號規(guī)格數(shù)量備注石英晶體振蕩器32768Hz114位二進(jìn)制計數(shù)器/分頻器CD4060DIP161雙D邊沿觸發(fā)器74LS74DIP141計數(shù)器74LS90DIP146四2輸入與非門74LS00DIP143雙4輸入與非門74LS20DIP142六反相器74LS04DIP141RS觸發(fā)器74LS279DIP161共陰極七段譯碼驅(qū)動器74LS48DIP166數(shù)碼管BS201共陰極0.56三極管3DG41330kΩ111510Ω14139pf電解可調(diào)1揚(yáng)聲器8Ω、0.5W1開關(guān)雙向撥動2按鍵1萬能板15X201電路元器件檢測1）CD4060的檢測CD4060為14位二進(jìn)制計數(shù)器/分頻器，可以通過實(shí)驗(yàn)箱將4MHz的頻率接到CD4060的輸入端，用頻率計或示波器檢測輸出端的頻率，如果輸出參數(shù)正常，則器件可用。2）74LS00、74LS20,74LS90,74LS48的檢測對于74LS00、74LS20可以通過實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行邏輯驗(yàn)證來確定其完好與否；對于74LS90可以將其接成10進(jìn)制計數(shù)器利用實(shí)驗(yàn)箱的BCD碼型顯示部分，驗(yàn)證是否完好；74LS48可以與驗(yàn)證合格的74LS9O和實(shí)驗(yàn)箱上的數(shù)碼管配合檢測，顯示正確證明其完好可用。3）3DG4的檢測3DG4為硅NPN型超高頻小功率晶體管，可以利用數(shù)字萬用表的卜成擋測試其放大倍數(shù)等參數(shù)，若與參數(shù)對照表基本一致，則器件完好。1）安裝裝與調(diào)試將檢測合格的元器件按照秒信號產(chǎn)生電路、時、分、秒計數(shù)電路、譯碼顯示電路、整點(diǎn)報時電路和校時電路六個模塊將相應(yīng)的元件封裝底座焊接到萬能板上，然后逐級進(jìn)行合理布線。注意數(shù)碼管屬于易損壞元件，因此插接數(shù)碼管處均用DIP10插座代替，一旦損壞可直接拔下更換而不需要重復(fù)焊接和布線。2）調(diào)試步驟（1）仔細(xì)檢査、核對電路與元器件，確認(rèn)無誤后接通電源。（2）用頻率計和示波器檢測秒信號發(fā)生電路的輸出信號應(yīng)為為1Hz波形應(yīng)為矩形波。（3）對計數(shù)器和顯示電路的調(diào)試，先測試秒顯示是否為六十進(jìn)制.然后用按鍵將0.5秒信號分別接到時、分計數(shù)器，顯示應(yīng)為二十四和六十進(jìn)制。（4）觀察校時電路的功能是否滿足要求。（5）將時間調(diào)整到59分50秒，觀察報時電路是否準(zhǔn)確報時。（6）整機(jī)聯(lián)調(diào)，使多功能數(shù)字鐘正常工作。|電路檢測與故障排除1）秒信號產(chǎn)生電路秒信號產(chǎn)生電路的檢測首先用數(shù)字頻率計測試晶振電路的輸出頻率是否為32768Hz,如果為此頻率，證明晶振電路正確；然后用頻率計測試CD4060的第三管腳輸出頻率是否為2Hz；最后檢測74LS74輸出是否為1Hz,參數(shù)符合即證明秒信號產(chǎn)生電路正確。2）時、分、秒計數(shù)電路此部分電路的檢測可以借助數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱，分別將1秒信號分別送入時、分、秒計數(shù)器，將計數(shù)器輸出端與數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱的顯示部分相連，檢查各計數(shù)器的工作情況，對故障電路排除。3）譯碼顯示電路譯碼顯示電路的檢測可以