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在面包板上拼装数字电子钟

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  1.电路原理图
  
  电路如右图所示。与那些用专用的数字电子钟集成电路不同,电路采用了4000系列的CMOS集成电路制作,其特点是走时精确、省电(用4节5号电池供电)、时间调整方便。
  
  2.数字电子钟计数原理
  
  电路由时钟脉冲电路、分/小时计数电路、时间显示电路、时间调整电路4部分组成;电路原理框图如下图所示。电路电源为5V,采用4节5号充电电池供电。
  
  时钟脉冲电路输出周期为1s的脉冲信号。电路采用了频率为1MHz的有源晶体振荡器IC1,它体积小巧并具有很高的精度;其封装为4脚矩形排列,有两个电源引脚、一个输出引脚及一个空置的引脚,管脚接线如图1中所示。它的误差为±5pprll;理论上说每天计时误差不超过1秒钟。该振荡器供

  电电压为正5V,故电路采用4节5号充电电池供电。电路通过3个4518集成电路中的6组10分频电路,把1MHz的脉冲变成1Hz脉冲信号。
  
  分/小时计数电路实际上分别是60分频和24分频电路,采用4040集成电路组成6分频电路和24分频电路实现。这里的6分频电路从10分钟计数器的输入端取计时脉冲信号,以实现60分钟向小时进位的功能。当分钟计时到了60分钟的时候,向小时计数器IC发出加1的计数脉冲信号;在小时加1的同时,分钟计数器归零。这样从显示的结果来看,分钟显示范围是从0分到59分。小时显示器的进位单位是24小时;每到23小时59分钟时,再加1分钟则变成0小时O分。

  3.数码管节电措施
  
  时间显示电路由4只4033计数/译码/驱动IC与4只配套的5011系列的数码管组成。数码管的驱动方式有动态和静态两种;采用动态驱动的每个段码驱动电流平均为15mA;采用静态驱动一般在1O—20mA。这样,按照每个数码管显示数字时平均为5个段码计算,驱动电流为50—100mA。4个数码管的电子钟需要300rnA的电流驱动,如果用5号充电电池供电仅可用半天;所以目前的LED数字电子钟大多采用交流供电。
  
  电路的设计目标是用5号电池充电一次使用半个月;为此,电路采用了多种节电措施。首先是采用了超高亮度的数码管。这种数码管仅仅用1mA的驱动电流。就可以发出普通数码管用20mA电流相同的亮度;当使用20rnA电流时,发出的光亮足以保证在室外阳光下正常显示。有关超高亮度LED的发光效率的具体数据,有兴趣的读者可以在网络等文献中查阅。
  
  第二是采用了小时与分钟每秒钟交替显示一次的措施;即把一秒钟分成两段,“分钟”和“小时”
  
  各显示一段时间,当分钟显示时小时熄灭。小时显示时分钟熄灭。电路从IC4的5脚取出1Hz的秒信号。其占空比为0.4;用门4、门5、门6将相位调整到每秒钟分钟显示O.6秒、熄灭0.4秒;小时显示04秒,熄灭O.6秒。
  
  第三是采用了4033的零消隐功能,也就是当十位的数字为零时,该位数码管不亮;举例来说,当前时间为8时6分,不显示08时06分,而显示8时6分。
  
  最后一项措施是显示的亮度受环境光线强弱的控制,当夜晚室内光线较暗时,数码管自动降低亮度。具体做法是每只数码管通过一个光敏电阻接地。光敏电阻可用φ5的,阻值用亮电阻小于5kΩ的5606或者5516;如果不知道型号,应采用亮电阻最小的那一挡。
  
  采用了上述节电措施后,效果如何评估呢?超高亮度LED数码管耗电为普通数码管的十分之一,轮流显示措施节电一半,零位不亮耗电约为原来的70%,夜间降低亮度使耗电为原来的60%;总的算下来,本电路耗电为普通电路的O1×O.5×017×06=0.021,整机耗电的平均电流为8mA;耗电为原来的百分之二,大大延长了电池使用时间。

  4.时间调整电路
  
  时间调整电路采用所见即所得的方式,也就是在时钟正常工作的状态下,不用按动任何开关,只需按动快进或者慢进按钮,就可以向前调整时间;到了当前时间后,松开按钮,钟表就可以正常进入计时状态。在正常计时状态下,IC4的14脚的10Hz信号通过一个5kQ电阻输出给下一级计数器的1脚;当按下慢进按钮ANl时,IC3的12脚输出的2kHz信号直接输入到lC4的1脚。这样,计数器的速度快了200倍,不再是每分钟加1,而是每秒钟加3;也就是每秒钟可向前调整3分钟。按下快进按钮AN2则用50kHz信号取代原来的10Hz信号,可在一秒钟的时间向前调整90多分钟。

数字电子钟计数原理图


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THE END
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