1、引言

　　數(shù)字時鐘是以數(shù)字電路技術(shù)為基礎(chǔ)來實現(xiàn)時、分、秒的計時裝置，通常以十進制計數(shù)器和七段譯碼器兩組芯片完成數(shù)字鐘計數(shù)功能。由于功能貼近實際且實現(xiàn)容易，成為數(shù)字電路技術(shù)實踐教學中常用實驗電路之一。然而，隨著高職教育對實踐教學要求的不斷提高，其反饋形式單一且實現(xiàn)容易的弊端也就暴露無遺，為此，數(shù)字鐘實驗電路的設(shè)計創(chuàng)新也就變得迫在眉睫。利用十進制計數(shù)／七段譯碼器CD4026實現(xiàn)的數(shù)字鐘電路，既克服了以往數(shù)字鐘電路反饋形式單一的缺點，又能提高學生分析能力，還能節(jié)省成本，做到了一舉多得，具體電路設(shè)計如下。

　　2、數(shù)字鐘的組成及設(shè)計思路

　　2.1CD4026芯片簡介

　　CD4026是一款同時兼?zhèn)涫M制計數(shù)和七段譯碼兩大功能的芯片，通常在ＣＰ脈沖的作用下為共陰極七段ＬＥＤ數(shù)碼管顯示提供輸入信號。在一些無需預置數(shù)的電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用，節(jié)約了開發(fā)成本。由于CD4026輸出端信號具有規(guī)律可循，經(jīng)合理反饋后獲得進位脈沖信號和本位清零信號，即可實現(xiàn)數(shù)字鐘計時功能。

　　2.2組成及設(shè)計思路

　　設(shè)計一款計時精確的數(shù)字時鐘電路，首先必須具備能自動產(chǎn)生穩(wěn)定的標準時間脈沖信號的信號源，另加多級分頻器電路，即可得到頻率為1Hｚ的“秒脈沖”信號，然后利用CD4026進行計數(shù)，再通過“與非門”電路對CD4026輸出端加以反饋后觸發(fā)清零端Ｒ，從而實現(xiàn)“24進制”和“60進制”的計數(shù)功能。如圖１所示。

　　圖1中，在實現(xiàn)時、分、秒計數(shù)模塊功能時，由于利用七段譯碼器輸出端信號作為反饋信號，相比于以往的“8421BCD碼”反饋具有一定難度，通過查找輸出端信號規(guī)律亦可實現(xiàn)，并且反饋形式不止一個。其中查尋的規(guī)律就是反饋信號必須從需要反饋的阿拉伯數(shù)字及比其小的數(shù)字的輸出端信號中進行查找，查看ａ—ｇ中輸出端信號之間的變化規(guī)律，反饋信號可以是一位，也可以是多位，如表1所示，“●”代表高電平，以“24進制”為例加以說明：

　　數(shù)字鐘電路中分和秒的最大數(shù)字顯示為23，因此，當?shù)?4個計數(shù)脈沖到來時，就必須向高位提供進位信號并對本位進行清零，進入下一個計時周期。在“00—23“整個計數(shù)過程中，“2”是第一次出現(xiàn)，其中“4”是多次出現(xiàn)，因此，必須將兩位數(shù)字的輸出信號同時參與反饋。從表１中得知，其中，數(shù)字“２”反饋的信號可以由單一位的“ｃ”和“ｇ”完成；數(shù)字“4”反饋的信號必須是兩位組合“ａ”和“ｆ”、“ｅ”和“ｆ”或“ｆ”和“ｇ”。對以上輸出端的信號通過“與非門”電路組合反饋后即可實現(xiàn)數(shù)字鐘計數(shù)功能。

　　3、秒信號振蕩器的設(shè)計

　　數(shù)字鐘的精度主要取決于時間標準信號的頻率及其穩(wěn)定度，因此要產(chǎn)生穩(wěn)定的時標信號，一般采用石英晶體振蕩器。雖然晶振頻率愈高，鐘表的計時準確度就愈高但從能耗、分頻電路并結(jié)合實際教學要求出發(fā)，選用了石英晶體頻率ｆ＝32768KHｚ。通過CD4060內(nèi)部振蕩電路外加電阻、電容、石英晶體及內(nèi)部14級串行計數(shù)器分頻后再由CD4518二分頻得到１秒信號，如圖２所示。

　　4、計時顯示電路設(shè)計

　　時分秒計時電路是由CD4026對進位脈沖進行計數(shù)，當計數(shù)達到“24”或“60”時進行清零，分、秒兩位清零的同時向高位輸送進位脈沖以供高位計時。下面以時計時電路設(shè)計為例進行說明，如圖３所示。CD4026輸出端與七段數(shù)碼管電路進行連接進行時間顯示，反饋電路由CD4011組成，其輸入信號也由CD4026輸出端提供。圖３中的反饋信號分別為高位的“ｃ”和低位“ｅ”和“ｆ”，然后根據(jù)進位脈沖和清零信號的要求合理運用“與非門”電路即可完成時計時電路的設(shè)計。

　　5、校時電路

　　當數(shù)字鐘的指示同實際時間不相符時，必須予以校準，校時時切斷“秒”信號和進位信號，對時、分、秒電路進行清零，然后將“秒”信號直接引進“時”計數(shù)器，讓“時”計數(shù)器快速計數(shù)，在“時”的指示調(diào)到需要的數(shù)字后，再切斷“秒”信號。校“分”、“秒”方法同上，全部調(diào)整后打開“秒”信號和進位信號以供正常計時。

　　6、數(shù)字鐘在實踐教學中的應(yīng)用

　　由CD4026設(shè)計的數(shù)字時鐘電路在設(shè)計思路上作出了創(chuàng)新，利用七段譯碼器輸出信號進行反饋后實現(xiàn)的數(shù)字鐘電路相比于以往，克服了形式單一，實踐教學枯燥的缺點。在講授過程中，老師可以只對反饋原理進行講解，由學生獨立完成設(shè)計。更有甚者，可以通過分組的方式組織課堂教學，由于電路反饋形式較多，可以讓小組成員都能發(fā)揮各自才智完成設(shè)計，之后相互之間進行交流，既增加學習的樂趣，又能讓學生體會團隊的重要性，還能培養(yǎng)學生實踐動手方面的興趣及信心，事實得到了證明。

　　此電路在實際運行中，會出現(xiàn)部分電路不能計時的現(xiàn)象，出現(xiàn)此種現(xiàn)象絕大部分的原因是由CD4026同時給七段數(shù)碼管和反饋電路提供電流信號而導致帶負載能力差及CD4011性能不良造成清零端始終處于清零狀態(tài)，可以通過萬用表對相應(yīng)芯片的引腳測量電壓即可找出問題所在，而此故障只要對七段數(shù)碼管的限流電阻作出調(diào)整即可獲得。通過這一現(xiàn)象，讓學生去深刻領(lǐng)悟理論和實踐之間是存在偏差，提高對故障的分析和排故能力，為今后的設(shè)計提供實踐經(jīng)驗。