十五、数字电子钟
(一)实训
1.实训电路设计要求
利用所学的模电和数电技术，设计制作一个数字电子钟，该电子钟具有如下功能：
能够实现24小时制与12小时制相互转换；在对时钟的时、分、秒进行校正的时候，可以快速的调节，也可以手工调节校正。
2.实训目的
①培养学生设计数字电路的能力。
②掌握集成电路CD4033、CD4060的运用。
③掌握数字电子钟的设计、组装和调试方法。
3.实训电路原理图
如图8－33所示。
4.实训知识储备
①集成电路CD4033、CD4060的工作原理。
②石英晶体的工作原理。
5.实训电路工作原理
①当电路上电接入电源后，由C1、R14、C2、R10、C3、R12组成的微分电路，开机时产生清零脉冲，使每个数码管都从零开始准备计时。
②由14位二进制行计数器/分频器CD406、石英晶体等主要元器件组成秒信号产生电路。CD4060的内部电路由两部分构成，一部分是14级分频器，一部分是振荡器。振荡器部分通过外接8192HZ晶体构成高度精度晶体振荡器。经13级2分频后得到1HZ也就是1s的时钟信号，而经12级2分频后得到2HZ也就0.5秒的信号。R7是反馈电阻，通常选10MΩ。石英晶体与电容C4、C5、R7组成反馈网络，晶体工作在并联谐振状态时，呈感性。反馈是通过输出端电容和输入端电容的分压来完成的。此电路与电容三点式振荡器类似。调整C5的值即可将振荡器调整到一个精确值。由于石英晶体具有负温度系数，而电容具有正温度系数，两者都可以相互抵消，使石英晶体振荡器的频率稳定、准确。
③由6个CD4033组成的计数译码电路分别对秒、分、时进行计数，并且能够直接驱动七段数码显示数字。其引脚R为“1”时，计数器清零，显示器显示数“0”，R为“0”时，计数器计数，时钟脉冲的上升沿使计数器翻转。当计时到60s时，集成电路U5输出的e、f、g笔段同时为高电平，经U7A的与门后输出高电平，完成秒的60清零，并向分的个位进位。当计时到60min时，集成电路U4输出的e、f、g笔段同时为高电平，经U7B的与门后输出高电平，完成分的60清零，并向时的个位进位。
④计数器的时位进制可以为24进制和12进制，即时钟在计时可采用的24小时制或12小时制。A.对于24进制计数电路主要是由与门U7C、计数器U1、U2组成。集成电路U2输出的f、g笔段与集成电路U1的g笔段同时为高电平的话，集成电路U7C输出高电平，完成24进制清零。B.对于12进制计数电路主要是由与非门CD4011的四个与非门U8A、U8C、U8D、U8B及计数器U1、U2组成。当且仅当集成电路U2输出的g、f笔段为高电平，集成电路U1的c笔段为高电平、d笔段为低电平的情况下，在四个与非门U 8A、U8C、U8D、U8B的共同作用下CD4011的11脚输出高电平，完成12进制清零。C.对于时钟电路时位是采用24进制还是12进制，主要是通过单刀双掷开关S7控制。如果S7的1脚和2脚相接的话则时钟电路时位采用24进制，但若S7的1脚和3脚相接的话则时钟电路时位采用12进制。
⑤时钟校正电路主要是由轻触开关S1、S2、S3、S4、S5、S6及分频器CD4060组成，分为手动校正和脉冲校正两个方式。但无论使用哪种方法，前提条件是让双刀双掷开关S8的1脚与4脚接在一起，即相当于切断了计数器的脉冲信号。A.手动校正主要是由轻触开关S4、S5、S6组成，它们反复的按动形成类似方波脉冲信号。开关S4、S5、S6分别用于对秒、分、时进行校正，也就是说它们每按一次相当于提供方波给计数器，来校正相应的秒、分、时数。B.CD4060荡器12级2分频后得到2HZ也就0.5秒的时钟信号，经13级2分频后得到1HZ也就1秒的信号。脉冲校正就是利用12级输出的脉冲比13级输出的快特点，来进行校正秒、分、时。在利用脉冲校正的时候双刀双掷开关S8的2脚与6脚相连接，按下开关S1、S2、S3就能分别对秒、分、时进行校正。
6.作品调试
①时钟开机后，6个数码管显示的都应是“0”。
②要对时钟进行校正的话，一定要把双刀双掷开关S8的1脚与4脚接在一起，即要先断计数器的脉冲信号。然后将S8得2脚与6脚接在一起，提供校正脉冲。
③手动校正相对来说脉冲频率便于灵活控制，但其产生的脉冲容易让计数器计数出问题，同时校正所需的时间长，会影响校正效果。而脉冲校正的话所需时间比较短，脉冲精确度比较的高，计数不容易出错误，但脉冲周期不易控制。所以在对时钟进行校正的时候，可以考虑将来两种方法结合在一起使用。手动开关为S4、S5、S6，脉冲控制开关S1、S2、S3。
④在时钟进行校正的时候考虑误差，最好先校正时，其次校正分，最后校正秒。
⑤开关S7的1脚和2脚相接的话，时钟采用24进制，S7的1脚和3脚相接的话，时钟采用12进制。
7.实训中出现的问题及问题解决方框图
(1)电路工作方框图(见图8－32)
(2)实训中出现的问题及解决方法
①作品通电时，数码管DS1～DS4显示0，而数码管DS5～DS6显示26，问如何去解决？A.像这种问题一般是因开机未复位造成的，首先检测开机复位电容，C3是否正常即可。B.若正常的话，更换U5、U6即可解决问题。
图8-32 数字电子钟电路图
②时钟电路采用的24进制，但是分是100进制计数，秒是60进制。A.像这种问题一般出在U7B上，当DS3、DS4显示60的瞬间，测试U7B输出电压情况。若为低电平的话，检查与其的连接电路。B.若为高电平的话，测试二极管D2、D3工作情况及U3、U4的复位端工作情况，即可解决问题。
(二)元器件选择
1.元器件清单
表8－15 数字电子钟元器件清单表
2.元器件选择注意点
①DS1～DS6为共阴数码管。
②S7为单刀双掷开关，S8为双刀双掷开关。也可以用8.5×8.5的自锁开关，效果是一样。
③B1为晶振，大小为8192HZ。
(三)知识升华
假设在本实训的基础上，设计一个能够显示星期的时钟综合电路，该如何去设计？
图8-33 八路智力抢答器电路图
