西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系 郭占苗

引言

數(shù)字鐘是用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，以顯示直觀、精確、制作方便而受到電子愛好者們的青睞。數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由振蕩器、分頻器、時分秒計數(shù)器、LED顯示電路和定時報警電路部分組成，其設(shè)計與制作，有利于加強學(xué)生運用數(shù)字集成電路進行設(shè)計電路的能力，提高學(xué)生分析解決問題的能力。

1.基本組成及工作原理

該數(shù)字鐘主要由CD4060對晶振產(chǎn)生30720Hz的頻率進行分頻，為大規(guī)模集成電路LM8560提供60Hz的基準時鐘源。電源由220V市電經(jīng)變壓、整流、濾波后獲得，其電路框圖如圖1所示。

2.功能模塊設(shè)計

2.1 振蕩器和分頻器

振蕩器用來產(chǎn)生時間的基準信號，是數(shù)字鐘的核心，它的準確度直接關(guān)系到電子鐘的精度，因而一般選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路作為時基信號源，經(jīng)過分頻可得到一時間脈沖信號，從而保證了走時的精度。本電路使用了30720Hz晶體振蕩器，送到CD4060的9腳和11腳進行分頻，從CD4060的13（Q9）引腳輸出，其輸出振蕩頻率為：fQ9=f/29=30720/512=60Hz，送到LM8560的25腳作為輸入時間計數(shù)器的時基頻率，其電路如圖2所示。

另外，由于CD4060內(nèi)含振蕩器和一個14位的二進制異步計數(shù)器，所以其振蕩器的結(jié)構(gòu)也可以是RC電路，其振蕩器的振蕩頻率公式為：f=1/（2.2RC)，通過調(diào)整電路中R和C的參數(shù)也可得到30720Hz的振蕩頻率。計數(shù)器位均為主從觸發(fā)器，在CP1（和CP0)的下降沿計數(shù)器以二進制進行計數(shù)，當清零信號CR（12引腳）為高電平時，計數(shù)器全部置零且振蕩器使用無效，當CR為低電平時，允許計數(shù)并對振蕩器解除封鎖。同時，在其內(nèi)部還設(shè)有施密特整形電路。

在制作過程中我們選用了頻率為30720HZ的晶體振蕩器，產(chǎn)生信號送到CD4060進行分頻處理，CD4060的工作電壓通常為4.5V-18V，如上圖2電路所示，電阻R2為1MΩ，電容C2使用20pF的瓷介電容。這樣，晶體振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過CD4060經(jīng)9分頻后從13（Q9）腳輸出60Hz的信號送到LM8560的25腳。

2.2 LM8560數(shù)字鐘集成電路

LM 8560是一種大規(guī)模50或60Hz的時基24小時專用數(shù)字鐘集成電路，內(nèi)含分頻器、校時器、12進制計數(shù)器、六十進制計數(shù)器、譯碼器、顯示驅(qū)動器等，可與雙陰極顯示屏組合制成數(shù)字鐘鐘控電路，其引腳功能如圖3所示。LM8560共有28引腳，1-14引腳是顯示筆劃輸出，與4位顯示屏LED FTTL-655SB的5-30引腳依次相連接，15腳為正電源輸入端，20腳接地，27腳為內(nèi)部振蕩器RC輸入端，16腳為報警輸出端，經(jīng)VT1（8050）連接到蜂鳴器進行報警輸出，其電路如圖4所示。

如圖5所示，LM8560是28引腳雙列直插封裝形式，CD4060是16引腳，也為雙列直插封裝，為了焊接與調(diào)試的方便，在制作中，通常只需將管座焊接在PCB上，而將集成電路安裝在相應(yīng)的管座上即可。

2.3 電源電路

該數(shù)字鐘電源電路可以用交流經(jīng)過整流濾波后轉(zhuǎn)換為直流供電，也可以直接用電池來供電。如圖6數(shù)字鐘電路的整體電原理圖所示，其電源部分電路由220V交流電經(jīng)變壓器T1降壓，再經(jīng)VD6、VD7、VD8、VD9組成的橋式整流電路整流，形成脈動的直流，經(jīng)電解電容C3、C4濾波給LED顯示屏和主電路供電。如果在交流供電不方便的情況下，還可以用四節(jié)1.5V的電池串聯(lián)為6V的直流電通過VD5給整個電路供電。

此外，在T1變壓器的輸入端接入一個三相插座，用于定時輸出，可以對大功率電器進行定時。

3.組裝與調(diào)試

數(shù)字鐘時間的顯示由LED FTTL-655G顯示屏來顯示，由圖6可以分析出，晶振（30720Hz)通過CD4060的分頻為LM8560提供了60Hz的基準頻率，并通過兩個三極管VT2（9012）、VT3（9013)來實現(xiàn)對雙陰極顯示屏的兩陰極（26、29腳)的控制，驅(qū)動顯示屏冒號閃爍。

在安裝過程中，最容易出錯的部分是顯示屏與LM8560引腳的連接順序，如果順序有誤則顯示出的時間不正確，應(yīng)用排線準確將LM8560的筆劃輸出焊接到顯示屏給出的焊盤上，如圖7排線連接所示。若裝配無誤，通電顯示的時間如圖8所示為“12:00”。在屏幕上有定時控制開關(guān)，調(diào)時控制開關(guān)，以及鬧鈴（報警）開關(guān)等，操作方便，簡單易用，例如，按下“調(diào)時鍵”的同時，再按下“小時鍵”，可以調(diào)整具體的小時顯示；按下“調(diào)時鍵”的同時，再按下“分鐘鍵”，可以調(diào)整具體的分鐘顯示，如圖9所示，把時間校對為“5:10”。同理，按下“定時鍵”的同時，再按下“小時鍵”和“分鐘鍵”可以調(diào)整定時輸出或鬧鈴報警的時間。

4.結(jié)束語

數(shù)字鐘是一種采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時、分、秒數(shù)字顯示的計時裝置，其電路是一種對標準頻率進行計數(shù)的電路。該制作主要運用CD4060分頻器對晶體振蕩器的頻率進行分頻處理和LM8560數(shù)字鐘集成電路對筆劃顯示進行輸出，送到四位LED顯示屏進行顯示時間。同時，該數(shù)字鐘電路除了可實現(xiàn)計時功能還具有報警和定時控制交流電源開啟的擴展功能。

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