CD4026数字钟电路

　　1、引言

　　数字时钟是以数字电路技术为基础来实现时、分、秒的计时装置，通常以十进制计数器和七段译码器两组芯片完成数字钟计数功能。由于功能贴近实际且实现容易，成为数字电路技术实践教学中常用实验电路之一。然而，随着高职教育对实践教学要求的不断提高，其反馈形式单一且实现容易的弊端也就暴露无遗，为此，数字钟实验电路的设计创新也就变得迫在眉睫。利用十进制计数／七段译码器CD4026实现的数字钟电路，既克服了以往数字钟电路反馈形式单一的缺点，又能提高学生分析能力，还能节省成本，做到了一举多得，具体电路设计如下。

　　2、数字钟的组成及设计思路

　　2.1CD4026芯片简介

　　CD4026是一款同时兼备十进制计数和七段译码两大功能的芯片，通常在ＣＰ脉冲的作用下为共阴极七段ＬＥＤ数码管显示提供输入信号。在一些无需预置数的电子产品中得到了广泛的应用，节约了开发成本。由于CD4026输出端信号具有规律可循，经合理反馈后获得进位脉冲信号和本位清零信号，即可实现数字钟计时功能。

　　2.2组成及设计思路

　　设计一款计时精确的数字时钟电路，首先必须具备能自动产生稳定的标准时间脉冲信号的信号源，另加多级分频器电路，即可得到频率为1Hｚ的“秒脉冲”信号，然后利用CD4026进行计数，再通过“与非门”电路对CD4026输出端加以反馈后触发清零端Ｒ，从而实现“24进制”和“60进制”的计数功能。如图１所示。

　　图1中，在实现时、分、秒计数模块功能时，由于利用七段译码器输出端信号作为反馈信号，相比于以往的“8421BCD码”反馈具有一定难度，通过查找输出端信号规律亦可实现，并且反馈形式不止一个。其中查寻的规律就是反馈信号必须从需要反馈的阿拉伯数字及比其小的数字的输出端信号中进行查找，查看ａ—ｇ中输出端信号之间的变化规律，反馈信号可以是一位，也可以是多位，如表1所示，“●”代表高电平，以“24进制”为例加以说明：

　　数字钟电路中分和秒的最大数字显示为23，因此，当第24个计数脉冲到来时，就必须向高位提供进位信号并对本位进行清零，进入下一个计时周期。在“00—23“整个计数过程中，“2”是第一次出现，其中“4”是多次出现，因此，必须将两位数字的输出信号同时参与反馈。从表１中得知，其中，数字“２”反馈的信号可以由单一位的“ｃ”和“ｇ”完成；数字“4”反馈的信号必须是两位组合“ａ”和“ｆ”、“ｅ”和“ｆ”或“ｆ”和“ｇ”。对以上输出端的信号通过“与非门”电路组合反馈后即可实现数字钟计数功能。

　　3、秒信号振荡器的设计

　　数字钟的精度主要取决于时间标准信号的频率及其稳定度，因此要产生稳定的时标信号，一般采用石英晶体振荡器。虽然晶振频率愈高，钟表的计时准确度就愈高但从能耗、分频电路并结合实际教学要求出发，选用了石英晶体频率ｆ＝32768KHｚ。通过CD4060内部振荡电路外加电阻、电容、石英晶体及内部14级串行计数器分频后再由CD4518二分频得到１秒信号，如图２所示。

　　4、计时显示电路设计

　　时分秒计时电路是由CD4026对进位脉冲进行计数，当计数达到“24”或“60”时进行清零，分、秒两位清零的同时向高位输送进位脉冲以供高位计时。下面以时计时电路设计为例进行说明，如图３所示。CD4026输出端与七段数码管电路进行连接进行时间显示，反馈电路由CD4011组成，其输入信号也由CD4026输出端提供。图３中的反馈信号分别为高位的“ｃ”和低位“ｅ”和“ｆ”，然后根据进位脉冲和清零信号的要求合理运用“与非门”电路即可完成时计时电路的设计。

　　5、校时电路

　　当数字钟的指示同实际时间不相符时，必须予以校准，校时时切断“秒”信号和进位信号，对时、分、秒电路进行清零，然后将“秒”信号直接引进“时”计数器，让“时”计数器快速计数，在“时”的指示调到需要的数字后，再切断“秒”信号。校“分”、“秒”方法同上，全部调整后打开“秒”信号和进位信号以供正常计时。

　　6、数字钟在实践教学中的应用

　　由CD4026设计的数字时钟电路在设计思路上作出了创新，利用七段译码器输出信号进行反馈后实现的数字钟电路相比于以往，克服了形式单一，实践教学枯燥的缺点。在讲授过程中，老师可以只对反馈原理进行讲解，由学生独立完成设计。更有甚者，可以通过分组的方式组织课堂教学，由于电路反馈形式较多，可以让小组成员都能发挥各自才智完成设计，之后相互之间进行交流，既增加学习的乐趣，又能让学生体会团队的重要性，还能培养学生实践动手方面的兴趣及信心，事实得到了证明。

　　此电路在实际运行中，会出现部分电路不能计时的现象，出现此种现象绝大部分的原因是由CD4026同时给七段数码管和反馈电路提供电流信号而导致带负载能力差及CD4011性能不良造成清零端始终处于清零状态，可以通过万用表对相应芯片的引脚测量电压即可找出问题所在，而此故障只要对七段数码管的限流电阻作出调整即可获得。通过这一现象，让学生去深刻领悟理论和实践之间是存在偏差，提高对故障的分析和排故能力，为今后的设计提供实践经验。