数字钟集成电路应用及功能扩展解读

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摘 要 数字钟集成电路的应用能够对电子电路设计进一步掌握，实现模拟电路与数字电路设计实践训练。本文将通过对数字钟的简要介绍，以LM8560芯片为主的数字时钟电路进行分析，通过其应用以及功能扩展进行深入分析，进一步掌握电子电路设计。
【关键词】数字时钟 集成电路 功能扩展 LM8560芯片
在电子电路设计学习过程中，要将理论学习与实践训练有机结合，在理论学习完成后要及时进行实践技能练习。在学习模拟电路是，对复杂的电子电路还不了解，或是在学习数字电路的过程中不能独立进行电子电路设计，因此可通过简单的模拟设计完成。利用数字钟集成电路进行实践练习，能够降低设计复杂性和难度，在掌握基本电路前提进行多种功能扩展。本文将以LM8560芯片构成的数字钟集成电路的应用及功能扩展进行分析。
1 数字钟结构分析
数字钟实质上是一个计数电路，即对标准频率计数的电路。因为计数时间与标准时间存在一定差异性，因此需要校时电路的设置。这个过程中要保证1HZ时间内的信号稳定。一般情况下，数字钟主要由晶体振荡、分频器以及校时电路控制，分频器负责秒计数器，校时电路负责时计数器以及分计数器。
数字钟是一个计时装置，能够将时间的“时”、“分”、“秒”显示在视觉器官上。数字钟计时周期是24h，其满刻度为23时59分59秒。数字钟功能包括校时功能、报时功能以及相关附加功能。在数字钟设计过程中要保证其具有译码显示器、计数器、校时电路等。数字钟的时基信号为秒信号，其功能运行决定整个系统运转精度。通常情况下利用石英晶体振荡器与分频器配合的方法完成。将秒计数器设置为60进制计数器，在收到秒信号后进行累计，达到60次时秒计数器发出分脉冲信号。这个分脉冲信号会成为分计数器的时钟脉冲。同理，分计数器设为60进制计数器，达到60分钟时发出时脉冲信号，并输入时计数器。时计数器与秒计数器和分计数器不同，采用24进制计时器，达到24小时一天的累计。
2 数字钟集成电路及功能扩展分析
2.1 数字钟基本电路
以时钟集成电路LM8560为研究对象，结合60Hz时钟源，该数字钟的电路框图如下图1所示：
图 1：数字钟基本电路框图
为电路提供电流为9V直流电源，主要是将220V交流电通过变压器处理转为15V交流电，再将15V交流电压通过两个二极管整流，通过电解质电容滤波，最终得到稳定直流电源。
2.2 LM8560集成电路
LM8560主要是一种时钟集成电路，包括分频器、译码器、显示驱动器、60进制计数器等等。LM8560要和双阴极显示屏进行组合才能实现数字时钟电路。该电路进行数字钟电路设计更加准确，同时具有良好的控制性，保证动作无误。LM8560集成电路为低压PMOS器件，在平稳标准15V电压时功耗700mW，一般情况下的工作电压包括15V、12V、9V。该集成电路采用双列28脚塑封。1～14引脚为字段输出驱动，15～28脚为功能控制以及电源端。在应用和需要进行功能扩展时能够通过LM8560不同引脚进行。例如，17脚为延时控制输出，19脚为闹钟时间控制，28脚为12小时或24小时显示选择，通过不同脚进行不同功能扩展。
2.3 功能扩展
2.3.1 显示星期扩展电路
星期显示电路可通过74LS123进行单稳电路设置，并结合4017计数器、7个发光二极管完成显示电路。配合译码显示电路以及数码管等形成星期显示电路。如下图2所示：
图2：星期扩展电路
LM8560集成电路数字钟在显示屏上需要显示上午和下午，但由于AM、PM段的信号有多个脉冲构成，因此无法实现CD4017计数器信号触发。在实验过程中总结出要对LM8560第1脚的AM信号进行引发，然后通过74LS123构成的重置单稳电路把AM信号转为一个一天仅一个上升沿信号。这个信号在CD4017计数器下累计技数，在第八个信号显示时把Q7传输到CD4017 RST脚，并清零CD4017，重新计数。实现星期一到星期日的星期电路扩展。
2.3.2 整点报时扩展电路
整体报时扩展电路主要有光电耦合4N25、三极管放大及脉冲引起语音报时芯片组成。其扩展电路如图3所示：
图3：整点报时扩展电路图
LM8560集成电路第8脚为数字钟显示屏十分位b段驱动。数字钟显示屏十分位b段驱动是其最高显示状态，即显示1、2、3、4、0时状态。在数字钟十分位显示5时，则为b段驱动最低。当时钟的分指示00-49时，LM8560的第8引脚高电平，当时钟的分指示50-59时，LM8560的第8引脚低电平。在上升沿作触发脉冲去控制汉语报时音乐片，以实现整点报时功能。
参考文献
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作者单位
武汉职业技术学院 湖北省武汉市 430074