動(dòng)態(tài)掃描數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)與制作

0 引言

在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，構(gòu)建的電路設(shè)計(jì)理念，提高的電路設(shè)計(jì)能力，是教學(xué)的根本目的和核心內(nèi)容.數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)包括了時(shí)序邏輯電路.組合邏輯電路.數(shù)碼管顯示電路和脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路等內(nèi)容，內(nèi)容涉及面寬.綜合性強(qiáng)，是電子技術(shù)自主性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的典型案例.文中采用了石英晶體振蕩器電路.計(jì)數(shù)電路.動(dòng)態(tài)掃描及譯碼驅(qū)動(dòng)電路.顯示電路和時(shí)鐘校正電路，來實(shí)現(xiàn)該電路.

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí).分.秒的數(shù)字顯示，周期為24 h,顯示滿刻度為23 時(shí)59 分59 秒，并具有校時(shí)功能.電路主要采用中規(guī)模CMOS集成電路，采用電池作電源，通過共陰極LED 數(shù)碼管顯示時(shí)鐘.該系統(tǒng)由秒脈沖產(chǎn)生模塊.計(jì)數(shù)器模塊.譯碼顯示電路模塊.動(dòng)態(tài)掃描模塊.校時(shí)模塊組成.其中秒脈沖產(chǎn)生模塊由晶體振蕩器電路和兩個(gè)分頻器電路組成，動(dòng)態(tài)掃描模塊由動(dòng)態(tài)掃描控制信號(hào)產(chǎn)生電路.計(jì)數(shù)器選通控制電路和數(shù)碼管選通控制電路三部分組成，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示.

1.1 秒脈沖產(chǎn)生電路

秒脈沖信號(hào)由石英晶體振蕩器產(chǎn)生，由于晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1 Hz 的秒信號(hào)，需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻.通常的分頻器采用多級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn).將32 768 Hz 的高頻方波信號(hào)經(jīng)32 768(215)次分頻后得到1 Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，即實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)于15 級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器.

本次設(shè)計(jì)采用CD4060 來構(gòu)成14 級(jí)2 分頻電路.

CD4060的9腳.10腳.11腳內(nèi)含兩個(gè)非門電路，1腳輸出12分頻信號(hào)，2腳輸出13分頻信號(hào)，3腳輸出14分頻信號(hào).利用CD4060的兩個(gè)非門和32768Hz的晶振構(gòu)成32 768 Hz 的振蕩器，然后通過CD4060 進(jìn)行214 分頻得到2 Hz的信號(hào)，再經(jīng)過D觸發(fā)器CD4013進(jìn)行一次二分頻即可得到1 Hz的秒脈沖.電路圖如圖2所示.

1.2 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

計(jì)數(shù)器電路用來完成60 秒60 分及24 小時(shí)的計(jì)數(shù)工作，且秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖作為分計(jì)數(shù)器的輸入脈沖，同理分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖作為小時(shí)計(jì)數(shù)器的輸入脈沖.“ 秒”.“ 分”.“ 時(shí)”計(jì)數(shù)器電路采用同步加計(jì)數(shù)器CD4518來完成.

(1)CD4518雙BCD同步加計(jì)數(shù)器

CD4518 是一只雙BCD 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，它含有2 個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)單元，有2個(gè)計(jì)數(shù)脈沖輸入端，上升沿觸發(fā)端CP 和下降沿觸發(fā)端EN,若用CP 來觸發(fā)，則EN 接高電平，且為上升沿觸發(fā);若用EN 來觸發(fā)，則CP 接低電平，且為下降沿觸發(fā);有4個(gè)輸出端QD~QA,一個(gè)清零端.

CD4511的引腳圖如圖3所示.其中：

CP:時(shí)鐘輸入端，上升沿觸發(fā);

EN:時(shí)鐘輸入端，下降沿觸發(fā);

R:復(fù)位端，高電平時(shí)計(jì)數(shù)器=0;

QD~QA:計(jì)數(shù)值十進(jìn)制輸出端;

UDD:正電源輸入端(3~15 V);

USS:電源參考地.