看到數(shù)字鐘可能很多朋友都會(huì)發(fā)蒙，但如果把數(shù)字去掉，先看鐘，那么就有很多朋友都明白了。鐘就是我們?nèi)粘Ｖ杏脕砜磿r(shí)間的工具，那么加上數(shù)字的意思就是這個(gè)鐘可以看到時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的鐘表工具，與我們平常所接觸的比較多的機(jī)械鐘相比，它的準(zhǔn)確性和直觀性都是很高的。那么這么精密的數(shù)字鐘，它的數(shù)字鐘電路圖的工作原理又是怎么樣的呢?跟隨小編一起看看吧!
數(shù)字鐘電路圖——數(shù)字鐘
數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的鐘表。與機(jī)械鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，具有更長的使用壽命，已得到廣泛的使用。數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)方法有許多種，例如可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘，還可以利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電子鐘等等。這些方法都各有其特點(diǎn)，其中利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電子鐘具有編程靈活，以便于功能的擴(kuò)展。
數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)電路圖（一）
本設(shè)計(jì)主要采用中斷的方式，采用INT0，INT1中斷，分別由按鍵s1，s2觸發(fā)。按鍵s1作為功能選擇鍵，當(dāng)按鍵s1按下時(shí)，可以在不同的功能之間進(jìn)行切換。按下s1，由時(shí)鐘狀態(tài)進(jìn)入秒表狀態(tài)，再按一下，秒表開始計(jì)時(shí)，再按s1，秒表停下，再按s1，進(jìn)入調(diào)整時(shí)鐘的狀態(tài)，每按一次，可以用按鍵s2對(duì)相應(yīng)的位進(jìn)行調(diào)整。其中復(fù)位電路具有上電自動(dòng)復(fù)位，和手動(dòng)復(fù)位功能。由P2控制三極管驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，P0口做數(shù)據(jù)輸出口。
數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)電路圖（二）
校“時(shí)”和校“分”的校準(zhǔn)電路是相同的，現(xiàn)以校“分”電路來說明時(shí)間的校準(zhǔn)。（www、t262、com） 在正常計(jì)時(shí)時(shí)，與非門U2D的一個(gè)輸入端為1，將它開通，使秒計(jì)數(shù)器輸出的分脈沖加到U2D的另一輸入端，并經(jīng)U1D進(jìn)入分計(jì)數(shù)器。而此時(shí)U3D由于一個(gè)輸入端為0，因此被關(guān)斷，校準(zhǔn)用的秒脈沖進(jìn)不去。
在校“分”時(shí)，按下開關(guān)J1，情況與上述情況適反。U2D被封閉，U3D打開，標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖直接進(jìn)入分計(jì)數(shù)器進(jìn)行快速校“分”。同理，在校“時(shí)”時(shí)，按下開關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖直接進(jìn)入時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)行快速校“時(shí)”。可見U1D、U2D、U3D構(gòu)成的是一個(gè)二選一電路。
數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)電路圖（三）
由圖可以看出，當(dāng)“時(shí)”個(gè)位U8計(jì)數(shù)輸入端到第10個(gè)觸發(fā)信號(hào)時(shí)，U8計(jì)數(shù)器復(fù)零，進(jìn)位端QD向U7“時(shí)”十位計(jì)數(shù)器輸出進(jìn)位信號(hào)，當(dāng)?shù)?4個(gè)“時(shí)”（來自“分”計(jì)數(shù)器輸出的進(jìn)位信號(hào)）脈沖到達(dá)時(shí)，U8計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為“0100”，U7計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為“0010”，此時(shí)“時(shí)”個(gè)位計(jì)數(shù)器的QC和“時(shí)”十位計(jì)數(shù)器的QB輸出為“1”。把他們分別送入U(xiǎn)7、U8計(jì)數(shù)器的清零端R01和R02，通過74LS290內(nèi)部的R01和R02與非 13
數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)電路圖（四）
數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路是用兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路和一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)的，但是考慮到對(duì)74LS90比較熟悉，覺得用兩個(gè)74LS90來分別控制秒和分的十位和個(gè)位。個(gè)位采用十進(jìn)制，十位采用六進(jìn)制就能完美解決六十進(jìn)制的秒計(jì)數(shù)。然后再用74ls191和74ls74來分別控制時(shí)的個(gè)位和十位。
數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)電路圖（五）
作原理：6個(gè)數(shù)碼管的字型段輸入端（a、b、c、d、e、f，g）全部并接到譯碼器相應(yīng)的輸出端。電源控制開關(guān)管分別接到3～6譯碼器的六個(gè)輸出端。時(shí)鐘六個(gè)計(jì)數(shù)器輸出端均采用四位，分別為xl、xt￡、mx?X2nx2z、x2hx2‘，?，x、xx、x相應(yīng)的每一位都接到4個(gè)6選1的選擇器上，選擇器輸出共4位接到譯碼器的輸入端（y、y、y、Y上。數(shù)碼管及與之對(duì)應(yīng)要顯示的計(jì)數(shù)器，由Q］、、的編碼（BCD碼）進(jìn)行循環(huán)選擇例如，當(dāng)Q、、均為?0時(shí)，則3～6譯碼器的輸出端1為高電平，第一個(gè)數(shù)碼管加上電源，與此同時(shí)，六選一選擇器對(duì)應(yīng)的輸出分別為Yy—yXs—xX—x。這時(shí)譯碼器的輸出a，b，jQuery112408109930936433574_1575425343058，g雖然接到所有數(shù)碼管上，但由于只有第一個(gè)數(shù)碼管加上電源，故只有該管點(diǎn)亮，顯示第一個(gè)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)（x、x。、xX）。同理，當(dāng)Q、QQ為001”時(shí)，第二個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮，顯示第二個(gè)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。依此類推，到第六個(gè)數(shù)碼管斷后，接著第一個(gè)又開始點(diǎn)亮。如此循環(huán)顯示，循環(huán)周期為6ms，給人的感覺，就相當(dāng)所有數(shù)碼管都一直在同時(shí)加電，實(shí)際上每次只有一個(gè)，消耗的功率只有靜態(tài)顯示的六分之一。由于數(shù)碼管電流很大，一般小型管各段全亮?xí)r，大約要150mA～200mA采用靜電顯示，此例中就要大于1A的電流。這對(duì)長期工作的時(shí)鐘很不經(jīng)濟(jì)，對(duì)于大型數(shù)碼管會(huì)更加嚴(yán)重。此外，采用動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)碼管的壽命與靜態(tài)相比也相應(yīng)延長Ⅳ倍（本例為6倍）。
數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)電路圖（六）
鬧鐘由可調(diào)時(shí)、分顯示器，4個(gè)74290芯片，3個(gè)4077芯片和兩個(gè)7421芯片的電路構(gòu)出時(shí)鐘的多功能部分。其中，四個(gè)74290和四個(gè)顯示器構(gòu)成定時(shí)鬧鐘的顯示部分（調(diào)時(shí)部分可以由開關(guān)3、4直接控制電路與振蕩器的連接來實(shí)現(xiàn)）；4077芯片的作用是比較實(shí)際時(shí)鐘部分與鬧鐘部分的輸出數(shù)據(jù)是否一致，再由兩個(gè)7421芯片校驗(yàn)作最后校驗(yàn)，當(dāng)全部輸出對(duì)比為真時(shí)，則發(fā)光二極管亮起來，實(shí)現(xiàn)定時(shí)鬧鐘功能。具體電路如下圖：
數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)電路圖（七）
位到達(dá)9時(shí)，接著下一個(gè)脈沖來時(shí)，將進(jìn)行秒到分的進(jìn)位，分實(shí)行六十進(jìn)制后，再進(jìn)位到時(shí)。
二、數(shù)字鐘的工作原理
1)晶體振蕩器電路
晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心，它保證了時(shí)鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。
圖3-2所示電路通過CMOS非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，這個(gè)電路中，CMOS非門U1與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，U2實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電 阻R1為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個(gè)高增益的反相放大器。電容C1、C2與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)180度相移，從而和非門構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。
晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計(jì)，其頻率較低，有利于減少分頻器級(jí)數(shù)。
從有關(guān)手冊(cè)中，可查得C1、C2均為30pF。當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時(shí)，還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施。
由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為10MΩ。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。
非門電路可選74hc00。
2)分頻器電路
通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1Hz的秒信號(hào)輸入，需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻。
通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，一般采用多級(jí)2進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。例如，將32768Hz的振蕩信號(hào)分頻為1HZ的分頻倍數(shù)為32768(215)，即實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)于15極2進(jìn)制計(jì)數(shù)器。常用的2進(jìn)制計(jì)數(shù)器有74hc393等。
本實(shí)驗(yàn)中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實(shí)現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。
CD4060計(jì)數(shù)為14級(jí)2進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將32768HZ的信號(hào)分頻為2HZ，其內(nèi)部框圖如圖3-3所示，從圖中可以看出，CD4060的時(shí)鐘輸入端兩個(gè)串接的非門，因此可以直接實(shí)現(xiàn)振蕩和分頻的功能。
3)時(shí)間計(jì)數(shù)單元
時(shí)間計(jì)數(shù)單元有時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個(gè)部分。
時(shí)計(jì)數(shù)單元一般為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器，其輸出為兩位8421BCD碼形式;分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為8421BCD碼。
一般采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC390來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。為減少器件使用數(shù)量，可選74HC390，其內(nèi)部邏輯框圖如圖 2.3所示。該器件為雙2—5-10異步計(jì)數(shù)器，并且每一計(jì)數(shù)器均提供一個(gè)異步清零端(高電平有效)。
秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將QA與CPB(下降沿有效)相連即可。CPA(下降沒效)與1HZ秒輸入信號(hào)相連，Q3可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與十位計(jì)數(shù)單元的CPA相連。
秒十位計(jì)數(shù)單元為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將10進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路連接方法如圖3-5所示，其中Q2可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的CPA相連。
分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同，只不過分個(gè)位計(jì)數(shù)單元的Q3作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與分十位計(jì)數(shù)單元的CPA相連，分十位計(jì)數(shù)單元的Q2作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的CPA相連。
時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個(gè)位計(jì)數(shù)單元相同，但是要求，整個(gè)時(shí)計(jì)數(shù)單元應(yīng)為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器，不是10的整數(shù)倍，因此需將個(gè)位和十位計(jì)數(shù)單元合并為一個(gè)整體才能進(jìn)行12進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用1片74HC390實(shí)現(xiàn)12進(jìn)制計(jì)數(shù)功能的電路如圖3-6所示。
另外，圖3-6所示電路中，尚余-2進(jìn)制計(jì)數(shù)單元，正好可作為分頻器2HZ輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為1HZ信號(hào)之用。
4)譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元
計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用CD4511作為顯示譯碼電路，選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。
5)校時(shí)電源電路
當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。通常，校正時(shí)間的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。
根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中。圖3-7所示即為帶有基本RS觸發(fā)器的校時(shí)電路，
6)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路
一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能，即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí)，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，較復(fù)雜的也可以是實(shí)時(shí)語音提示。
根據(jù)要求，電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào)。報(bào)時(shí)電路選74HC30，選蜂鳴器為電聲器件。
以上就是小編給大家?guī)淼年P(guān)于數(shù)字鐘是什么，數(shù)字鐘電路圖的工作原理又是怎么樣的呢?的文章內(nèi)容，現(xiàn)在的科技水平真的是越來越高了，這種數(shù)字鐘的出現(xiàn)，也極大的提高了大家對(duì)于時(shí)間的精確以及精準(zhǔn)的認(rèn)知，時(shí)間也是這么一分一秒的過去的，希望大家都能珍惜時(shí)間。
