デジタル時計の論理回路

質問

タイマー機能付き12時間表示のデジタル時計を論理回路を用いて設計したいと思うのですが、どのように構成したら良いのか分りません。

現在、私の分かっていることは、12時間表示の場合は、
10進カウンタx6進カウンタ（秒）+10進カウンタx6進カウンタ（分）+10進カウンタx2進カウンタで時間、分、秒を表しています。

タイマー機能を付ける場合には、一致回路を使えば良いのでしょうか？
その場合、入出力の関係をどのようにしたら良いのか、またどのように組み合わせればいいのか分らなくなってしまいました。
大まかな構想や何を使えばいいのかだけでも構いません、よろしければ教えて頂けないでしょうか。よろしくお願いいたします。

回答No.1

inara · ベストアンサー

>デジタル時計を論理回路を用いて設計したい
マイコンや時計用ICを使わず、論理IC(74シリーズ）だけで構成するという意味でしょうか？

（Yes）
今どき論理ICで時計を作ろうとする人がいるとは驚きです。
6進カウンタ（74HC92：2×6進）は入手しにくいので、分と秒については、10進カウンタ（HC390）を用いて、以下のような回路で60進カウンタとする方法が良いと思います。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　11
　　　　　3　　　　7　　　　　　 13　 ┌─- NAND1 ┐
　　┌─┐5　6 ┌─┐　 ┌─┐│┌┘10　　　 │
　　│┏┷┷┷┷┓│　 │┏┷┷┷┷┓9 　　 ├─→ 次段（ 1pin）
　 4└┨　　　　　 ┃│12└┨　Qb Qc 　┃　　　 │
　1 ─┨HC390 　┃└──┨　HC390　┃　　　 │
　　　 ┗━┯━━┛　　　15┗━┯━━┛　　　 │
　　　　　 2│　　　　　　　　　　 14│　　　　　　 　 │
　　　　　　└────────┴- NAND2 ─┘
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　└─ Reset（L）/Count（H）

74HC390には10進（2×5進）カウンタが２個入っています。１個目の10進カウンタ（上図の左側）を使って秒や分の１の位をカウントさせ、もう１つのカウンタ（右側）で10の位をカウントさせます。右側のカウンタが0、1、2 と増えていって、6 になったところで（60秒または60分に相当）出力の Qb と Qc がともに Hレベルになるので、NAND1の出力が L レベルになります。NAND1の出力が L レベルになれば、 NAND2の出力が H レベルになります（NAND2の入力の一方が H レベルの場合）。すると、２つの10進カウンタのリセット端子（2, 14pin）が H レベルになるので、２つの10進カウンタはリセットされます。このようにすれば上の回路は60進カウンタになります。この回路を「秒」のカウンタとして、これと同じ回路を次段に作って 次段の1pin に入力すれば60分カウンタになります。60分カウンタの後ろに12進カウンタ（これも上と同様の方法で10進カウンタで作れます）をつなげて、秒カウンタの 1pin に 1Hz の矩形波を入れれば12時間表示の時計になります。

ただし、このままでは単なる時計です。ある時間になるとスイッチが入るようなタイマとするには、時間設定用にもう１組このような回路を作り、この出力（設定時間）と時計の出力を比較して、一致すればスイッチが入るようにする必要があります。一致の検出には 74HC688 などのICを使うといいでしょう。

さらに、時計の時刻合わせの回路も必要です。これは最初の時計回路に少々手を加えて、秒や分や時間を所望の値にセットする回路を組み入れます。これにはスイッチと、いくつかのゲートICが必要です。秒単位でしか変えられないようでは使いづらいので、分と秒の設定を切り替えるスイッチも必要です。さらに時刻設定と時計動作の切り替えスイッチも必要になります。

これ以外に 1Hz の矩形波を発生させる回路や、カウンタの出力を数字に変換させる回路も必要です（数字表示は日の字のLEDでしょうか）。

今回は全部を説明しきれないので、鍵となる60進カウンタの動作説明だけにしましたが、もしご希望なら他の部分も順次説明させていただきます（必要なICは手元に揃っていますので動作確認も可能です）。お急ぎでしょうか？当方は、日中は仕事ですのであまり頻繁にお答えできません。

資料 [1] に74HC390のデータシートを添付しますが、この１ページ目にpin配列が書かれていますので、上の回路図のpin番号と対応させてください。一致検出用IC（688）のデータシートも [2] に添付しておきます。これは２つの 8bit の数値が一致したときに L レべルを出力する論理ICです。

[1] 74HC390データシート　http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/LogicIC/TC74HC390AF_TC74HC390AP_ja_datasheet_071001.pdf
[2] 74HC688データシート　http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/LogicIC/TC74HC688AF_TC74HC688AP_ja_datasheet_071001.pdf

お礼

遅くなり申し訳ございません。
大変ご丁寧に教えて頂きありがとうございます。
助かりました。感謝いたしておりますm(_ _)m