[问答]

纯数字电路数字时钟

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数字时钟

1、标准秒脉冲发生器

标准秒脉冲发生器由有源晶振和分频器组成，产生标准秒脉冲信号，送至秒计数器的输入端。标准秒脉冲发生器电路如图1所示。

图1

图2

在标准秒脉冲发生器中使用了214分频器，分频器工作过程如下。

参见图2十进制加法计数器的时序图。由图2可见，输入CP脉冲的周期与输出Q3的周期有如下关系：T出=10T入，根据频率与周期之间的关系可知

F=1/T F出=1/10F入

即输出频率是输入频率的十分之一，称为十分频，因此，十进制加法计数器也叫做十分频器。同理，对于14位二进制加法计数器，如果输入脉冲的频率为F，那么，Q1、Q2...Q14输出频率就是F的1/2、1/4、1/8....1/214，称为2分频、4分频、8分频、....214分频。因此，如果计数器为N进制，即可作为N分频器来使用。

由图1可见，14位二进制（模214）计数器CD4060的10和11脚外接元件构成振荡器，振荡频率为石英晶体的中心频率32768Hz，经过214分频得32768Hz/214=2Hz，在3脚输出2Hz的矩形波信号，双D触发器CD4013接成T’触发器（D=Q(_)），做二分频器使用，最后在D触发器的1脚输出频率稳定而精确的1秒脉冲。

2、秒、分和小时计数器

有3块CD4518分别做为秒、分和小时计数器，构成原理同前。工作过程如下：

对于秒计数，当计满59个脉冲时，在来一个脉冲时，向分进一位，同时秒计数器清零。分计数器同秒。对于小时计数，当计满24小时时，产生一个清零脉冲，将时计数清零，同时分、秒也清零。上述计数器的进制关系为60进制（秒和分）和24进制（小时）。

3、译码和显示

计数器产生的8421BCD码，送给七段译码器CD4511，有七段译码器驱动显示器显示出来。本项目中使用了6个数码管，每个数码管需要7个限流电阻器，为了减少限流电阻器的数量，每个数码管使用一个3.3V稳压二极管接至公共端，以使数码管每个字段的降压约为1.7V左右，满足发光二极管的降压要求。

4、元件清单

元件名称	焊盘位置	数量	备注
CD4060	IC1	1
CD4013BCM	IC2	1	双上升沿D触发器
CD4518	IC3----IC5	3	双BCD同步加计数器
CD4511	IC6---IC11	6	七段码译码器
CD4081BCM	IC12	1	与门
共阴数码管	DS1---DS6	6
3.3V稳压二极管	V1---V6	6
电阻10K	R1--R3	3
电阻150	R4---R5	2
有源晶振32768Hz	Y1	1
电容103	C1-C3	3
二极管1N4148	D1--D6	6
发光二极管	LED1--LED4	4
电池盒		1