CD4026數(shù)字鐘電路

　　1、引言

　　數(shù)字時(shí)鐘是以數(shù)字電路技術(shù)為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)裝置，通常以十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和七段譯碼器兩組芯片完成數(shù)字鐘計(jì)數(shù)功能。由于功能貼近實(shí)際且實(shí)現(xiàn)容易，成為數(shù)字電路技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中常用實(shí)驗(yàn)電路之一。然而，隨著高職教育對(duì)實(shí)踐教學(xué)要求的不斷提高，其反饋形式單一且實(shí)現(xiàn)容易的弊端也就暴露無(wú)遺，為此，數(shù)字鐘實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)創(chuàng)新也就變得迫在眉睫。利用十進(jìn)制計(jì)數(shù)／七段譯碼器CD4026實(shí)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(diǎn)，又能提高學(xué)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(jì)如下。

　　2、數(shù)字鐘的組成及設(shè)計(jì)思路

　　2.1CD4026芯片簡(jiǎn)介

　　CD4026是一款同時(shí)兼?zhèn)涫M(jìn)制計(jì)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(hào)。在一些無(wú)需預(yù)置數(shù)的電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用，節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本。由于CD4026輸出端信號(hào)具有規(guī)律可循，經(jīng)合理反饋后獲得進(jìn)位脈沖信號(hào)和本位清零信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)功能。

　　2.2組成及設(shè)計(jì)思路

　　設(shè)計(jì)一款計(jì)時(shí)精確的數(shù)字時(shí)鐘電路，首先必須具備能自動(dòng)產(chǎn)生穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖信號(hào)的信號(hào)源，另加多級(jí)分頻器電路，即可得到頻率為1Hｚ的“秒脈沖”信號(hào)，然后利用CD4026進(jìn)行計(jì)數(shù)，再通過(guò)“與非門”電路對(duì)CD4026輸出端加以反饋后觸發(fā)清零端Ｒ，從而實(shí)現(xiàn)“24進(jìn)制”和“60進(jìn)制”的計(jì)數(shù)功能。如圖１所示。

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

　　數(shù)字鐘電路中分和秒的最大數(shù)字顯示為23，因此，當(dāng)?shù)?4個(gè)計(jì)數(shù)脈沖到來(lái)時(shí)，就必須向高位提供進(jìn)位信號(hào)并對(duì)本位進(jìn)行清零，進(jìn)入下一個(gè)計(jì)時(shí)周期。在“00—23“整個(gè)計(jì)數(shù)過(guò)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(hào)同時(shí)參與反饋。從表１中得知，其中，數(shù)字“２”反饋的信號(hào)可以由單一位的“ｃ”和“ｇ”完成；數(shù)字“4”反饋的信號(hào)必須是兩位組合“ａ”和“ｆ”、“ｅ”和“ｆ”或“ｆ”和“ｇ”。對(duì)以上輸出端的信號(hào)通過(guò)“與非門”電路組合反饋后即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘計(jì)數(shù)功能。

　　3、秒信號(hào)振蕩器的設(shè)計(jì)

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

　　4、計(jì)時(shí)顯示電路設(shè)計(jì)

　　時(shí)分秒計(jì)時(shí)電路是由CD4026對(duì)進(jìn)位脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到“24”或“60”時(shí)進(jìn)行清零，分、秒兩位清零的同時(shí)向高位輸送進(jìn)位脈沖以供高位計(jì)時(shí)。下面以時(shí)計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說(shuō)明，如圖３所示。CD4026輸出端與七段數(shù)碼管電路進(jìn)行連接進(jìn)行時(shí)間顯示，反饋電路由CD4011組成，其輸入信號(hào)也由CD4026輸出端提供。圖３中的反饋信號(hào)分別為高位的“ｃ”和低位“ｅ”和“ｆ”，然后根據(jù)進(jìn)位脈沖和清零信號(hào)的要求合理運(yùn)用“與非門”電路即可完成時(shí)計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)。

　　5、校時(shí)電路

　　當(dāng)數(shù)字鐘的指示同實(shí)際時(shí)間不相符時(shí)，必須予以校準(zhǔn)，校時(shí)時(shí)切斷“秒”信號(hào)和進(jìn)位信號(hào)，對(duì)時(shí)、分、秒電路進(jìn)行清零，然后將“秒”信號(hào)直接引進(jìn)“時(shí)”計(jì)數(shù)器，讓“時(shí)”計(jì)數(shù)器快速計(jì)數(shù)，在“時(shí)”的指示調(diào)到需要的數(shù)字后，再切斷“秒”信號(hào)。校“分”、“秒”方法同上，全部調(diào)整后打開(kāi)“秒”信號(hào)和進(jìn)位信號(hào)以供正常計(jì)時(shí)。

　　6、數(shù)字鐘在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

　　由CD4026設(shè)計(jì)的數(shù)字時(shí)鐘電路在設(shè)計(jì)思路上作出了創(chuàng)新，利用七段譯碼器輸出信號(hào)進(jìn)行反饋后實(shí)現(xiàn)的數(shù)字鐘電路相比于以往，克服了形式單一，實(shí)踐教學(xué)枯燥的缺點(diǎn)。在講授過(guò)程中，老師可以只對(duì)反饋原理進(jìn)行講解，由學(xué)生獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。更有甚者，可以通過(guò)分組的方式組織課堂教學(xué)，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(jì)，之后相互之間進(jìn)行交流，既增加學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，又能讓學(xué)生體會(huì)團(tuán)隊(duì)的重要性，還能培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手方面的興趣及信心，事實(shí)得到了證明。

　　此電路在實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)出現(xiàn)部分電路不能計(jì)時(shí)的現(xiàn)象，出現(xiàn)此種現(xiàn)象絕大部分的原因是由CD4026同時(shí)給七段數(shù)碼管和反饋電路提供電流信號(hào)而導(dǎo)致帶負(fù)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(guò)萬(wàn)用表對(duì)相應(yīng)芯片的引腳測(cè)量電壓即可找出問(wèn)題所在，而此故障只要對(duì)七段數(shù)碼管的限流電阻作出調(diào)整即可獲得。通過(guò)這一現(xiàn)象，讓學(xué)生去深刻領(lǐng)悟理論和實(shí)踐之間是存在偏差，提高對(duì)故障的分析和排故能力，為今后的設(shè)計(jì)提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。