数字钟设计方案比较研究

陈均燕　唐渝涵　何鑫　陈龙

摘  要：在生活中的各种场合经常要用到数字钟，现代电子技术的飞跃发展，各类智能化产品相应而出，数字电路具有电路简单、可靠性高、成本低等优点，本设计就以数字电路为核心设计数字钟逻辑电路。数字钟是一个将“时”、“分”、“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时功能和报时、整体清零等附加功能。其主干电路系统由秒信号发生器，时、分、秒计数器，译码器及显示器，校时电路，整体清零电路，整点报时电路组成。

关键词：计数;显示;译码;校时;报时

引言：数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时、日的计时装置，与传统的机械钟相比它具有走时准确，显示直观，无机械传动装置等优点因而得到了广泛的应用小到人们日常生活中的电子手表大到车站码头机场等公共场所的大型数显电子钟。通过设计与实验调试，了解数字电子钟逻辑电路设计的方法，进一步理解设计方案与设计理念，扩展设计思路与视野。

一、设计背景

现在是一个知识爆炸的新时代。新产品、新技术层出不穷，电子技术的发展更是日新月异。可以毫不夸张的说，电子技术的英语无处不在，电子技术正在不断改变我们的世界。但在这快速发展的年代，时间对人们来说越来越宝贵，在快节奏的生活时，人们往往忘记了时间，一旦遇到重要的事情而忘记了时间，这将会带来很大的损失。因此我们需要一个定时系统来提醒这些忙碌的人。数字化的钟表给人们带来了极大地方便。

近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对电子钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能电子钟不管在性能上还是样式上都发生了质的变化，有电子闹钟，数字闹钟等等。但是在多功能电子钟中的应用已是非常普遍的，人们对电子钟的功能及工作顺序都非常熟悉，却很少知道它的内部结构以及工作原理。

自从人类有了时间的概念，对时间的要求变得越来越精确。而原先的机械表无法滿足现代人们的紧张需求，于是产生了更直观、更准确的电子钟。

二、总体方案设计

通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。

（一）方案比较

1、方案一

此方案主要由六个模块组成：脉冲产生模块、时钟计数及显示模块、校时模块、整点报时模块、闹钟时间设置模块、闹钟比较模块。因为本次设计的是数字钟，所以主要分为两个大的模块：闹钟设置和时钟计数及显示。通过脉冲产生模块，为主电路提供频率为1Hz的恒定脉冲;通过时钟计数及显示模块实现显示功能;通过整点报时模块，实现发声闹钟的功能;校时模块，当计数到需要校正的时间时，使计数器转入正常计数，实现校时功能。原理框图如图1所示。

2、方案二

本方案主要分为四个模块：单片机，显示电路，报时电路，输入键盘。此系统的输入是通过独立式键盘来完成的，更简单操作容易;处理模块（单片机）我们可以选用STC89C52芯片实现，这个芯片更简单，且功能强大;显示电路有两个选择：数码管和1602液晶显示器。原理框图如图2所示。

（二）方案论证

各种方案都可行。

方案一：多采用集成电路，对于现在我们这种刚接触电路设计的新手来说，更容易明白其原理和设计操作。各模块联系紧密，逻辑性更强且多用集成电路，实用性更强，让我们可以理论实践相结合，但其难点在于集成电路引脚较多且功能不同，使各模块之间连线复杂，实现电路原理图绘制时，一出现连错现象。

方案二：采用单片机，功能强大且操作更简单;采用按键输入的方法，使电路更容易获得，更容易控制。但其难点在于单片机设计编程等技术方法，是出于现阶段的我们还未涉及到的。

（三）方案选择

方案一具有很强的逻辑性和很强的实用性，在目前只学习了数字电子技术以及模拟电子技术的基础上，方案一无疑是可操作性和逻辑性最强的。方案二虽然因单片机的存在功能会更强大，很多功能可以直接通过软件实现而不需要用到复杂的逻辑，但因为本次电路设计不允许使用单片机且现阶段的我们未涉及单片机电路，所以选择方案一。

参考文献：

[1] 康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006

[2] 朱勇.数字逻辑[M]：中国铁道出版社，2007

[3] 粱宗善.电子技术基础课程设计[M]：华中科技大学出版社，2009

[4] 盛奋华.基于Proteus的课程设计教学改革[J].科技视界，2013，25：224+321.