简易数字钟制作

-19-/2011.11/电子技术》》简易数字钟制作西安航空职业技术学院电子工程系郭占苗【摘要】为了让学生对数字逻辑电路的应用有更加深入的了解，主要应用分频器和数字钟专用集成电路设计制作了简易数字钟电路。通过分析数字电子钟的电路工作原理，使学生加深对分频器和数字钟专用集成电路的理解；通过数字钟电路的模块化设计，可以提高学生应用数电进行简单电路设计的能力。实践证明，通过对数字电子钟的实际制作，能够进一步强化学生的动手操作和分析解决问题能力。【关键词】数字钟；振荡器；分频器；CD4060；LM8560引言数字钟是用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，以显示直观、精确、制作方便而受到电子爱好者们的青睐。数字钟电路系统由振荡器、分频器、时分秒计数器、LED显示电路和定时报警电路部分组成，其设计与制作，有利于加强学生运用数字集成电路进行设计电路的能力，提高学生分析解决问题的能力。1.基本组成及工作原理该数字钟主要由CD4060对晶振产生30720Hz的频率进行分频，为大规模集成电路LM8560提供60Hz的基准时钟源。电源由220V市电经变压、整流、滤波后获得，其电路框图如图1所示。2.功能模块设计2.1振荡器和分频器振荡器用来产生时间的基准信号，是数字钟的核心，它的准确度直接关系到电子钟的精度，因而一般选用石英晶体构成振荡器电路作为时基信号源，经过分频可得到一时间脉冲信号，从而保证了走时的精度。本电路使用了30720Hz晶体振荡器，送到CD4060的9脚和11脚进行分频，从CD4060的13（Q9）引脚输出，其输出振荡频率为：fQ9=f/29=30720/512=60Hz，送到LM8560的25脚作为输入时间计数器的时基频率，其电路如图2所示。另外，由于CD4060内含振荡器和一个14位的二进制异步计数器，所以其振荡器的结构也可以是RC电路，其振荡器的振荡频率公式为：f=1/(2.2RC)，通过调整电路中R和C的参数也可得到30720Hz的振荡频率。计数器位均为主从触发器，在CP1(和CP0)的下降沿计数器以二进制进行计数，当清零信号CR（12引脚）为高电平时，计数器全部置零且振荡器使用无效，当CR为低电平时，允许计数并对振荡器解除封锁。同时，在其内部还设有施密特整形电路。在制作过程中我们选用了频率为30720HZ的晶体振荡器，产生信号送到CD4060进行分频处理，CD4060的工作电压通常为4.5V-18V，如上图2电路所示，电阻R2为1MΩ，电容C2使用20pF的瓷介电容。这样，晶体振荡器产生的信号经过CD4060经9分频后从13（Q9）脚输出60Hz的信号送到LM8560的25脚。2.2LM8560数字钟集成电路LM8560是一种大规模50或60Hz的时基24小时专用数字钟集成电路，内含分频器、校时器、12进制计数器、六十进制计数器、译码器、显示驱动器等，可与双阴极显示屏组合制成数字钟钟控电路，其引脚功能如图3所示。LM8560共有28引脚，1-14引脚是显示笔划输出，与4位显示屏LEDFTTL-655SB的5-30引脚依次相连接，15脚为正电源输入端，20脚接地，27脚为内部振荡器RC输入端，16脚为报警输出端，经VT1（8050）连接到蜂鸣器进行报警输出，其电路如图4所示。如图5所示，LM8560是28引脚双列直插封装形式，CD4060是16引脚，也为双列直插封装，为了焊接与调试的方便，在制作中，通常只需将管座焊接在PCB上，而将集成电路安装在相应的管座上即可。2.3电源电路该数字钟电源电路可以用交流经过整流滤波后转换为直流供电，也可以直接用电池来供电。如图6数字钟电路的整体电原理图所示，其电源部分电路由220V交流电经变压器T1降压，再经VD6、VD7、VD8、VD9组成的桥式整流电路整流，形成脉动的直流，经电解电容C3、C4滤波给LED显示屏和主电路供电。如果在交流供图1数字钟电路框图图2晶体振荡器电路图-20-/2011.11/电子技术》》电器进行定时。3.组装与调试数字钟时间的显示由LEDFTTL-655G显示屏来显示，由图6可以分析出，晶振(30720Hz)通过CD4060的分频为LM8560提电不方便的情况下，还可以用四节1.5V的电池串联为6V的直流电通过VD5给整个电路供电。此外，在T1变压器的输入端接入一个三相插座，用于定时输出，可以对大功率供了60Hz的基准频率，并通过两个三极管VT2（9012）、VT3(9013)来实现对双阴极显示屏的两阴极(26、29脚)的控制，驱动显示屏冒号闪烁。（下转第27页）LEDFTTL-655GIC1LM85601234567VCC891011121314VD51N40015VCC69R71K10VCC12VCC13VD41N4001151617VCC1819202130262728220V50Hz29GND272613225KC1103R1120K㳖号఼C41000uFC547uFC3220uFGNDT1S11234VD6-VD91N4007x4S26VS3GNDK2-1K1-1K2-1K2-2S42221VD31N40012019VT1805016VT4901315VT39013VT29012VD21N4001GNDR66.8KVD11N4001R56.8KR46.8KIC2CD4060R310K8910111213JT30720Hz16C220pFGNDR21MGND图6数字钟电原理图图8未校时时间显示图9校时时间显示图7数字钟安装图图5LM8560元件图3LM8560引脚功能图4LM8560笔划输出与报警电路-27-/2011.11/电子科学》》图9与常见电路图1在设计理念、对信号的理解上有较大的区别，无论是从电原理还是实际效果区别都是明显的，特别是左右声道共用一套电源输出时，优势更为突出。第一，传统电路图1的主要缺点是左右声道无法分离。电压级的电容C5与功率级的电容C4是两声道共用的元件，存在左右声道信号的交叠，在两声道共用一套电源输出的情况下这种信号交叠无法避免，这是传统电路的致命缺陷，也是有些电路采用二套电源输出的初宗。第二，图1的级内交变环路元件数量多。以功率级为例，交变环路中的元件有V2、T2、C4、C2、R5，优化后的交变电路元件只有V2、T2、C4，对音质的影响因素大大降低。第三，优化后的电路，C5与C4左右声道不再共用，左右声道交变环路完全分离。一套电源输出实现了传统电路二套电源输出的功效，这是图9昀绝妙出彩的地方。总之，与图1的传统电路比较，图9的交变信号环路元件数量少，环路短小，影响音质的因素少，调校音更简单和容易，容易制作出高水平的音响产品。作者简介：林成刚（1962—），男，广西南宁人，工学硕士，中国科技开发院广西分院评估部主任，主要从事科技项目评估工作与研究。图9（上接第20页）在安装过程中，昀容易出错的部分是显示屏与LM8560引脚的连接顺序，如果顺序有误则显示出的时间不正确，应用排线准确将LM8560的笔划输出焊接到显示屏给出的焊盘上，如图7排线连接所示。若装配无误，通电显示的时间如图8所示为“12:00”。在屏幕上有定时控制开关，调时控制开关，以及闹铃（报警）开关等，操作方便，简单易用，例如，按下“调时键”的同时，再按下“小时键”，可以调整具体的小时显示；按下“调时键”的同时，再按下“分钟键”，可以调整具体的分钟显示，如图9所示，把时间校对为“5:10”。同理，按下“定时键”的同时，再按下“小时键”和“分钟键”可以调整定时输出或闹铃报警的时间。4.结束语数字钟是一种采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置，其电路是一种对标准频率进行计数的电路。该制作主要运用CD4060分频器对晶体振荡器的频率进行分频处理和LM8560数字钟集成电路对笔划显示进行输出，送到四位LED显示屏进行显示时间。同时，该数字钟电路除了可实现计时功能还具有报警和定时控制交流电源开启的扩展功能。参考文献[1]戴树鸿.数字钟电路的制作[J].家电检修技术,2005(01):64.[2]潘荣辉.数字电路CD4060的应用[J].电子制作,2007(07):43-57.[3]刘常澍.数字逻辑电路[M].国防工业出版社,2002:196-198.[4]李可.数字钟电路及应用[M].北京:电子工业出版社,1996.[5]沈小丽.数字钟集成电路应用及其功能扩展[J].中国计量学院学报,2001(12):62-65.[6]方明安.实验石英数字钟[J],电子制作,2000(04):12-13.[7]数码显示电子钟[EB/OL].2010-04-03.[8]江黎,钟洪声.一种全数字时钟数据恢复电路的设计与实现[J].通信技术,2008(11):1-3.作者简介：郭占苗（1981－）女，内蒙古集宁人，硕士，西安航空职业技术学院助教。