摘 要： 给出了一种数字钟电路设计的具体方法，采用石英晶体振荡器和分频器产生秒时钟信号，以动态扫描方式将计数结果进行译码，最终在共阴极LED数码管上显示时、分、秒时间。电路主要采用中规模CMOS集成电路纯硬件实现，覆盖内容广泛、涉及知识点较多、将其列入自主实验内容，对提高学生工程设计能力、综合运用各种知识分析问题、解决实际问题的能力等方面有显著效果。
关键词： 数字钟； 动态扫描； 电路设计； 自主实验
中图分类号： TN911⁃34； TP391.9 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）10⁃0147⁃03
0 引 言
在电子技术实验教学中，构建学生的电路设计理念，提高学生的电路设计能力，是教学的根本目的和核心内容[1]。数字钟电路的设计包括了时序逻辑电路、组合逻辑电路、数码管显示电路和脉冲信号产生电路等内容，内容涉及面宽、综合性强，是电子技术自主性实验教学的典型案例。文中采用了石英晶体振荡器电路、计数电路、动态扫描及译码驱动电路、显示电路和时钟校正电路，来实现该电路。
1 系统设计方案
本次设计的数字钟，实现对时、分、秒的数字显示，周期为24 h，显示满刻度为23时59分59秒，并具有校时功能。电路主要采用中规模CMOS集成电路，采用电池作电源，通过共阴极LED数码管显示时钟。该系统由秒脉冲产生模块、计数器模块、译码显示电路模块、动态扫描模块、校时模块组成。其中秒脉冲产生模块由晶体振荡器电路和两个分频器电路组成，动态扫描模块由动态扫描控制信号产生电路、计数器选通控制电路和数码管选通控制电路三部分组成，系统组成框图如图1所示。
1.1 秒脉冲产生电路
秒脉冲信号由石英晶体振荡器产生，由于晶体振荡器输出频率较高，为了得到1 Hz的秒信号，需要对振荡器的输出信号进行分频[2]。通常的分频器采用多级二进制计数器来实现。将32 768 Hz的高频方波信号经32 768（215 ）次分频后得到1 Hz的方波信号供秒计数器进行计数，即实现该分频功能的计数器相当于15级二进制计数器。
1.2 计数器设计
计数器电路用来完成60秒60分及24小时的计数工作，且秒计数器的进位脉冲作为分计数器的输入脉冲，同理分计数器的进位脉冲作为小时计数器的输入脉冲。“秒”、“分”、“时”计数器电路采用同步加计数器CD4518来完成。
（1）CD4518双BCD同步加计数器
（2）“时”、“分”、“秒”计数器设计
分计数器与秒计数器电路完全相同，只是脉冲输入不同，秒计数器是1 Hz，而分计数器是[160] Hz。
时计数器为24进制计数器，设计原理与分秒计数器相同，不同之处在于反馈清零的状态不同，当十位（显示2）、个位为0100（显示4）时对计数器全部清零。把QB2和QC1 通过CD4081相与送给两个十进制计数器的复位端即可。
1.3 数码显示及动态扫描电路
采用脉冲分配器CD4022产生动态扫描信号DS0～ DS5，这6个信号在同一时刻只有一个为高电平，利用DS0～DS5控制模拟开关CD4066，当某个扫描信号为高时，所控制的四路模拟开关导通，从而把对应计数器的数据送给译码驱动电路，同时扫描信号要选通对应的数码管显示相应的数据。由于采用的是共阴极数码管，因此扫描信号通过达林顿晶体管整列MC1413才能选通对应数码管，当某扫描信号为高时，经过MC1413输出后变为低电平所对应数码管被点亮。脉冲分配器CD4022的输入脉冲CP的频率应该足够高，这里选用512 Hz（由4060第13脚提供）。
1.4 校时电路
2 结 语
数字钟电路的设计，涉及模拟电子技术、数字电子技术等多方面知识，将其列入自主实验内容，克服了以往实践教学形式单一、内容简单枯燥的缺点[8]。实验过程中要求学生独立完成设计。学生可以采用万能板焊接完成数字钟电路的制作，也可以绘制PCB电路图采用热转印的方法自制PCB电路板完成该电路的制作。实验过程中，学生表现出了浓厚的兴趣，纷纷表示获益匪浅。学生的电子电路设计、调试以及故障排除能力都有较大提高。
参考文献
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[7] 冯长江.实验电子学[M].北京：兵器工业出版社，2009.
[8] 黄峰鹤.数字钟的设计与制作[J].信息技术，2012（5）：161⁃163.
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