続・デジタル時計をつくる (3) / 時刻合わせ回路

押しボタン回路は、時刻合わせモード切換え「ADJ/SET」、時合わせ「HOUR」、分合わせ「MIN」の 3 組つくります。

ごく普通のチャタリング除去の回路。CR の時定数は、まぁテキトーです。
R3 は、シュミットインバータの保護抵抗です。つけておかないと、インバータが壊れます。壊れるかもしれません。壊れても知りません。

カウンタ切換回路。んー、名称がいまいちだな (；´Д｀)

分カウンタ、時カウンタの CE に渡す信号を切換えます。
通常モード時は、ADJ = LOW、ADJ = HIGH です。このときは、CI が CO へ出力されますので、下位カウンタの CA が、上位カウンタの CE へ渡される。
時刻合わせモード時は、ADJ = HIGH、ADJ = LOW なので、押しボタン信号 PB が CO へ出力されます。押しボタンを押しているとき、CE へ HIGH が渡されるので、カウンタが動きます。このとき、カウンタへ 2Hz のクロックをいれることで、カウンタが早送りされます。押しボタンを離すと、カウンタは停止します。

この回路、いわゆる「マルチプレクサ」っていう論理回路です。

マルチプレクサは、教科書には、図 4 上のような回路がでてきますね。NOT と AND と OR を使った回路。
こいつを下のようにちょっと書き換えてやると、NAND だけになる。論理式など考えるまでもなく、回路みればすぐわかりますね。負理論入力 OR は、イコール NAND ですよ。
これで 4 回路入り IC 1 個でできる。

選択信号は、後述する時刻合わせ切換え回路のフリップフロップの出力を使うので、NOT も不要です。
反転した信号がなければ、1 個余っている NAND を使うって手もありますね。要するに、2 入力マルチプレクサは NAND IC 1 個でできる、ってこと。

D フリップフロップは、T フリップフロップの動作をしています。
時刻合わせモード切換え押しボタンの出力 PB をクロックとして入力すると、出力 ADJ がトグルします。これにより、通常モードと時刻合わせモードを切り換えています。

NAND の U1~U3 は、マルチプレクサです。クロックの周期を切り換えます。通常モードでは 1Hz、時刻合わせモードでは 2Hz のクロックを CK へ出力します。

U4 は、時刻合わせモード時、秒カウンタをリセットし、停止する信号 S-RESET です。

電源投入時に、初期化パルスを出力し、各フリップフロップを初期化します。JK フリップフロップ用のアクティブハイ RESET と、D フリップフロップ用のアクティブロー RESET が出力されます。
押しボタンを押したときも、出力されます。

32.768KHz 水晶振動子による基準クロック発振回路です。

74HC4060 を使って 2¹⁴ = 16384 分周し、2Hz を取りだしています。D フリップフロップで、さらに 2 分周し、1Hz にします。
2Hz パルス信号は時刻合わせに、1Hz パルス信号は時刻カウントの基準クロックに、それぞれ使用します。

なお、デジタル時計の平均月差は ±30 秒だそうです。誤差が大きいときは、トリマコンデンサを入れるなどして、発振周波数を調整してください。

前作をつくってから、やっぱり時刻合わせがうまくないのが気になってました。あわせて、カウンタを同期させる方法も考えてました。で、同期させることで、時刻合わせの不具合も解消できるんじゃね？って気がついて、改修することに。
まぁ、「低機能」ってところに変わりはないですが、デジタル時計として、ふつーに使える程度の回路にはなったんじゃないかな。とりあえず、自分的には、満足してます。

今回は、時刻表示回路については、特に考えていません。前作でつくった 7 セグメント LED 表示回路をそのまま利用しています。時分秒ともに BCD で出力されてますので、お好みでつくってもらえばいいんじゃないかと。
ただまぁ、7 セグメント LED のダイナミック点灯ってのはやってみたいので、次はそのあたりを考えてみようかなと、計画はしてます。

と、ゆーことで、ロジック IC でつくるデジタル時計の巻、終了します。