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数字时钟的工作原理

由:马歇尔的大脑

高级视图

下面是对高级数字时钟组件的快速概述。

时钟的核心部分可以产生精确的60赫兹(Hz,每秒振荡)信号。有两种方法可以产生这个信号:

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  1. 信号可以从60赫兹的正常振荡中提取出来电力线路.许多从墙上插座供电的时钟都使用这种技术,因为它既便宜又容易。为此,电力线上的60赫兹信号相当准确。
  2. 信号可以用a产生晶体振荡器.显然,任何电池驱动的时钟或手表都会使用这种技术。它需要更多的部件,但通常更准确。

60赫兹的信号用a分解计数器.当你建造自己的时钟时,一个典型的TTL部分要用的是7490十进制计数器.该部分可以配置为除以2到10之间的任意数,生成a二进制数作为输出。所以你用60hz的时基,除以10,除以6,现在你有一个1hz(每秒振荡一次)的信号。这个1赫兹的信号非常适合驱动显示器的“秒针”部分。到目前为止,时钟在框图中看起来是这样的:

要实际看到秒数,那么计数器的输出需要驱动一个显示器。这两个计数器产生二进制数.除10计数器在其输出上产生一个0-1-2-3-4-5-6-7-8-9序列,而除6计数器在其输出上产生一个0-1-2-3-4-5序列。我们想把这些二进制数显示在一个叫做a的东西上7-segment显示.7段显示器上有7条,通过打开不同的条,可以显示不同的数字:

要将0到9之间的二进制数转换为驱动7段显示的适当信号,您可以使用(适当命名)二进制数到7段显示转换器。该芯片查看进入的二进制数,并打开7段LED中的适当条以显示该数字。如果我们显示的是秒数,那么时钟的秒数部分是这样的:

这个阶段的输出以每分钟一个周期的频率振荡。你可以想象钟的分秒部分看起来完全一样。最后,小时部分看起来几乎相同,除了除以6的计数器被除以2的计数器所取代。

现在还有两个细节需要弄清楚你是否在建造一个真正的时钟:

  • 这里设计的时钟不明白在12:59:59它应该回到1:00。这是一个混乱的小问题,有几种方法可以解决它。一种技术涉及到创建一点逻辑,可以检测数字13并将小时部分重置为1(而不是0)。另一种技术涉及到使用an加法器.就我们的目的而言,更容易处理军事时间,因为军事时间包括零时。
  • 我们需要一个方法来设定时间。通常这是通过门控高于正常频率到分钟部分来处理的。例如,大多数时钟都有“快”和“慢”设置按钮。当你按下“快速”按钮,60赫兹的信号被直接驱动到分钟计数器。当你按下“慢”按钮时,一个1赫兹的信号被驱动到分钟部分。还有其他可能的技术,但这个是最常见的。

现在让我们看看我们要做什么来建造一个真正的时钟!

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