鐘舒梅

[摘 要]數(shù)字鐘是用數(shù)字集成電路構(gòu)成的、用數(shù)碼顯示的一種現(xiàn)代計(jì)時(shí)器，本文用74系列中小規(guī)模集成器件去實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)，具有手動(dòng)校時(shí)、校分的功能，最后用仿真軟件Muitisim 10對電路進(jìn)行仿真與調(diào)試。

[關(guān)鍵詞]振蕩器；分頻器；譯碼器；顯示器；Muitisim

中圖分類號：S485 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）02-0316-02

一、引言

數(shù)字鐘是用數(shù)字集成電路構(gòu)成的、用數(shù)碼顯示的一種現(xiàn)代計(jì)時(shí)器，與傳統(tǒng)機(jī)械表相比，數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、無機(jī)械傳動(dòng)裝置等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機(jī)場、商店等公共場所。在控制系統(tǒng)中，數(shù)字鐘也常用來作定時(shí)控制的時(shí)鐘源。

數(shù)字式計(jì)時(shí)器由振蕩器、分頻器、譯碼器、顯示器等幾部分組成。其中，振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號發(fā)生器，是由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。秒信號進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，把累計(jì)的結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來?！皶r(shí)”顯示由二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器構(gòu)成；“分”和“秒”顯示分別由六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器構(gòu)成。

本文通過分模塊設(shè)計(jì)，采用從局部到整體、由淺入深的方式，將74系列中小規(guī)模集成器件應(yīng)用到電路設(shè)計(jì)中，最后在Muitisim 10軟件中完成電路的仿真調(diào)試。

二、模塊設(shè)計(jì)過程

1、振蕩器電路模塊的設(shè)計(jì)

振蕩器是計(jì)數(shù)器的核心，振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精確度決定了計(jì)數(shù)器的準(zhǔn)確度，因此通常選用石英晶體來構(gòu)成振蕩器電路。一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)的精度就越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高，可采用集成電路555定時(shí)器與RC組成的多諧振蕩器，如圖1所示。振蕩頻率f=1000Hz，R3為可調(diào)電位器，微調(diào)R3可調(diào)1000Hz輸出。

2、分頻器電路模塊的設(shè)計(jì)

分頻器的功能主要有兩個(gè)：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號，二是可提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號。這里選用中規(guī)模計(jì)數(shù)器74LS90構(gòu)成分頻電路，如圖2所示。

3、時(shí)分秒計(jì)數(shù)器電路模塊的設(shè)計(jì)

在電路設(shè)計(jì)中顯示“時(shí)”、“分”、“秒”需要6片中規(guī)模計(jì)數(shù)器。其中，“分”、“秒”位計(jì)時(shí)各為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，“時(shí)”位計(jì)時(shí)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器都選用74LS90集成塊來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的方法采用反饋清零法。六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器如圖3所示，二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器如圖4所示。

4、譯碼顯示電路模塊的設(shè)計(jì)

譯碼電路的功能是將秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動(dòng)LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段譯碼器，輸出高電平有效，專用于驅(qū)動(dòng)LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。為了方便仿真，本電路設(shè)計(jì)時(shí)采用4引腳的數(shù)碼管，同時(shí)也將譯碼芯片換成74LS157，如圖5所示。

5、校時(shí)電路模塊的設(shè)計(jì)

當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間（或稱校對），校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能。為使電路簡單，這里只進(jìn)行分和小時(shí)的校時(shí)。校時(shí)電路如圖6所示。

J1、J2分別是時(shí)校時(shí)、分校時(shí)的開關(guān)。不校正時(shí)，J1、J2是打開的（即J1=1，J2=1），當(dāng)校正時(shí)位時(shí)，需要把J1閉合（J1=0，J2=1），然后用手動(dòng)撥動(dòng)J3，來回?fù)軇?dòng)一次，就能使時(shí)位增加1，校正完畢后把J1開關(guān)打開。校分位和校時(shí)位方法一樣，此時(shí)J2閉合（J1=1，J2=0）。

三、電路仿真調(diào)試

通過上面的分步設(shè)計(jì)，最后將各模塊電路結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字鐘的總體設(shè)計(jì)，電路如圖7所示。經(jīng)仿真軟件Muitisim 10調(diào)試，電路運(yùn)行正常，能夠進(jìn)行時(shí)校正與分校正。

參考文獻(xiàn)

[1] 閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]，北京：高等教育出版社，2005.

[2] 王成安，電子技術(shù)基本技能綜合訓(xùn)練[M]，北京：人民郵電出版社，2005.

作者簡介

舒梅，女，漢族，籍貫：貴州開陽，生于：1976-9-27，貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，電子信息工程系，職稱：講師，工程碩士，研究方向：電子通信。