1、引言

　　數字時鐘是以數字電路技術為基礎來實現時、分、秒的計時裝置，通常以十進制計數器和七段譯碼器兩組芯片完成數字鐘計數功能。由于功能貼近實際且實現容易，成為數字電路技術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容易的弊端也就暴露無遺，為此，數字鐘實驗電路的設計創新也就變得迫在眉睫。利用十進制計數／七段譯碼器CD4026實現的數字鐘電路，既克服了以往數字鐘電路反饋形式單一的缺點，又能提高學生分析能力，還能節省成本，做到了一舉多得，具體電路設計如下。

　　2、數字鐘的組成及設計思路

　　2.1CD4026芯片簡介

　　CD4026是一款同時兼備十進制計數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數碼管顯示提供輸入信號。在一些無需預置數的電子產品中得到了廣泛的應用，節約了開發成本。由于CD4026輸出端信號具有規律可循，經合理反饋后獲得進位脈沖信號和本位清零信號，即可實現數字鐘計時功能。

　　2.2組成及設計思路

　　設計一款計時精確的數字時鐘電路，首先必須具備能自動產生穩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，再通過“與非門”電路對CD4026輸出端加以反饋后觸發清零端Ｒ，從而實現“24進制”和“60進制”的計數功能。如圖１所示。

　　圖1中，在實現時、分、秒計數模塊功能時，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律亦可實現，并且反饋形式不止一個。其中查尋的規律就是反饋信號必須從需要反饋的阿拉伯數字及比其小的數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：

　　數字鐘電路中分和秒的最大數字顯示為23，因此，當第24個計數脈沖到來時，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“整個計數過程中，“2”是第一次出現，其中“4”是多次出現，因此，必須將兩位數字的輸出信號同時參與反饋。從表１中得知，其中，數字“２”反饋的信號可以由單一位的“ｃ”和“ｇ”完成；數字“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數字鐘計數功能。

　　3、秒信號振蕩器的設計

　　數字鐘的精度主要取決于時間標準信號的頻率及其穩定度，因此要產生穩定的時標信號，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、分頻電路并結合實際教學要求出發，選用了石英晶體頻率ｆ＝32768KHｚ。通過CD4060內部振蕩電路外加電阻、電容、石英晶體及內部14級串行計數器分頻后再由CD4518二分頻得到１秒信號，如圖２所示。

　　4、計時顯示電路設計

　　時分秒計時電路是由CD4026對進位脈沖進行計數，當計數達到“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計為例進行說明，如圖３所示。CD4026輸出端與七段數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計。

　　5、校時電路

　　當數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”計數器，讓“時”計數器快速計數，在“時”的指示調到需要的數字后，再切斷“秒”信號。校“分”、“秒”方法同上，全部調整后打開“秒”信號和進位信號以供正常計時。

　　6、數字鐘在實踐教學中的應用

　　由CD4026設計的數字時鐘電路在設計思路上作出了創新，利用七段譯碼器輸出信號進行反饋后實現的數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揮各自才智完成設計，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，會出現部分電路不能計時的現象，出現此種現象絕大部分的原因是由CD4026同時給七段數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，可以通過萬用表對相應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碼管的限流電阻作出調整即可獲得。通過這一現象，讓學生去深刻領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，為今后的設計提供實踐經驗。