多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)方案比較研究

羅國(guó)棋 繆馥陽(yáng) 鄧金睿 吳鳳蘭

摘要：數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯和時(shí)序電路。在這次設(shè)計(jì)中，采用六位 LED 數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，以 24 小時(shí)計(jì)時(shí)方式根據(jù)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示原理來(lái)進(jìn)行顯示。采用 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路作為時(shí)鐘源，利用純數(shù)字電路，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子時(shí)鐘功能，時(shí)間重置功能。此次數(shù)字鐘的理圖設(shè)計(jì)，利用 proteus7.8 軟件進(jìn)行仿真，最終本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)的時(shí)鐘計(jì)時(shí)、時(shí)間重置功能。

關(guān)鍵詞：時(shí)序電路;邏輯電路;時(shí)鐘;校時(shí)

引言：

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)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。由于數(shù)字鐘的精確度較高，因此它又被人們大量運(yùn)用在一些車(chē)站、碼頭和機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所中。數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵罚瑥V泛用于個(gè)人家庭以及車(chē)站、碼頭、劇場(chǎng)、辦公室等公共場(chǎng)所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂(lè)帶來(lái)極大的方便。

一、設(shè)計(jì)背景

20 世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。時(shí)間對(duì)人們來(lái)說(shuō)總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候，這種遺忘無(wú)傷大雅。但是，一旦重要事情，一時(shí)的耽誤可能釀成大

二、方案比較

通過(guò)查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合實(shí)際所學(xué)知識(shí)，主要提出了兩種技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面將首先對(duì)這兩種方案的組成框圖和實(shí)現(xiàn)原理分別進(jìn)行說(shuō)明，并分析比較它們的特點(diǎn)，然后闡述最終選擇方案的原因。

1、方案一

由于是數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)，采用單片機(jī) STC89C52 控制 LCD1602 作為顯示設(shè)備，使用鍵盤(pán)作為輸入設(shè)備，蜂鳴器作為整點(diǎn)報(bào)時(shí)工具。相對(duì)于純數(shù)字電路來(lái)講它具有功耗低、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

2.1.2 方案二

本方案采用時(shí)鐘源、計(jì)數(shù)器、顯示器、譯碼器和整點(diǎn)報(bào)時(shí)組成。時(shí)鐘源是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度。將標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)送入秒計(jì)時(shí)器，每累計(jì) 60S 發(fā)出一個(gè)分脈沖信號(hào)，該信號(hào)作為分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖。分計(jì)數(shù)器和時(shí)計(jì)數(shù)器也同理。譯碼顯示電路將時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過(guò)六位 LED 顯示器顯示出來(lái)。

3、方案三

也可以由集成邏輯門(mén)與 RC 組成的時(shí)鐘源振蕩器。通過(guò)方案三得出來(lái)的邏輯框圖和方案二相同。如上圖2。門(mén)電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期不僅與時(shí)間常數(shù) RC 有關(guān)，而且還取決于門(mén)電路的閾值電壓 VTH，由于 VTH 容易受到溫度、電源電壓及干擾的影響，因此頻率穩(wěn)定性較差，只能用于對(duì)頻率穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合。

三、方案論證

方案一：由于是數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)，可以用單片機(jī)STC89C51來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，相對(duì)于純數(shù)字電路來(lái)講它具有功耗低、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。但在大二下半學(xué)期初期，對(duì)單片機(jī)方面的內(nèi)容知識(shí)還沒(méi)有學(xué)，加上用單片機(jī)為核心來(lái)做數(shù)字鐘還需做編程，對(duì)自身來(lái)說(shuō)又是一難點(diǎn)。

方案二：繼而考慮到用原先學(xué)過(guò)的純數(shù)字電路來(lái)做，以74LS161來(lái)做為計(jì)數(shù)的芯片，用六片分別實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的小時(shí)、分、秒、的計(jì)數(shù)，并用晶振加以分頻產(chǎn)生數(shù)字鐘所需的秒脈沖。

方案三：門(mén)電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期不僅與時(shí)間常數(shù) RC 有關(guān)，而且還取決于門(mén)電路的閾值電壓 VTH，由于 VTH 容易受到溫度、電源電壓及干擾的影響，因此頻率穩(wěn)定性較差，只能用于對(duì)頻率穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合。

四、方案選擇

從以上三種方案論證中，很容易看出，采用方案二，用此法做即可以復(fù)習(xí)回顧早期學(xué)習(xí)的數(shù)電模電知識(shí)，又避免了單片機(jī)知識(shí)不足的問(wèn)題，故用此法。

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