数字电子钟的设计

摘 要：数字钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。该数字钟具有对时、分、秒进行显示的功能，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，同时节省了电能，因此得到了广泛的使用。

关键词：数字钟；石英晶体振荡器；计数；校时电路

随着科学技术的发展，人们对时间的计量精度要求也是越来越高。高精度计时装置大多数都使用了石英晶体振荡器的设置，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字电子钟用集成电路计时、译码代替机械式传动，用数码管、发光二级管显示代替指针显示，减小了计时误差。

1 整体设计思路

数字钟实际上是由一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路为主要部分构成的。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路来构成数字钟的标准时间基准信号。数字钟总体结构框图如图1所示。

2 单元电路设计

2.1 秒发生电路的设计

秒发生电路由振荡电路和分频电路共同组成。其电路连接如图2所示。

2.2 分时间形成电路与显示电路的设计

分时间形成电路与显示由IC2-IC6等组成，其中IC2为分形成电路，IC3-IC5为分计数与显示电路，IC6組成控制门。其电路连接如图3所示。

3 整机电路设计

整机电路电路连接如图4所示。

该设计主要使用石英晶体振荡器电路构成数字钟的基准秒脉冲发生电路，以双二-十进制计数器CD4518来实现时间计数单元的计数功能，采用CD4511作为显示译码电路，选择LED数码管和发光二极管作为显示单元电路，采用COMS与或非门实现时或分校时电路。另外数字钟还具有整点报时的功能，报时电路选用74HC30构成，时间以12小时为一个周期。

显示电路部分主要由秒显示电路、分显示电路、时显示电路构成。秒显示电路采用发光二极管闪烁的形式进行显示；分显示电路由CD4511将8421BCD码转换成七段LED数码管显示十进制数字的信号，再由数码管显示出来；小时显示电路主要利用CD4017数字集成芯片进行控制，用来控制十二个发光二极管模仿机械表盘的形式进行显示。

4 结束语

该数字钟，具有时间显示、报时功能、校正作用，计时准确、性能稳定；显示电路采用十二个发光二级管模仿表盘的形式进行显示，更加直观；价格低廉，成本较低，适合大批量的生产。

参考文献：

[1] 罗映祥.基于Multisim 9的数字电子钟设计与仿真[J].现代电子技术，2010.

[2] 李彩娜，王智磊.基于LCD1602的数字电子钟设计[J].无锡南洋职业技术学院论丛，2012.

[3] 黄克亚.基于液晶显示器的数字电子钟设计[J].科学之友，2010.

[4] 段立峰.基于EWB软件的可扩展数字电子时钟设计[J]. 电子设计工程，2014.

基金项目：

黑龙江省高等教育教学改革项目，项目编号：JG2014010749；

黑龙江省高等教育学会“十二五”教育科学研究青年专项课题，项目编号：14Q205

作者简介：张昌玉，出生于1982年10月，硕士学位、讲师，主要研究方向电气工程及其自动化。