一种数字时钟教具
技术领域
本发明属于时钟教具技术领域，具体涉及一种数字时钟教具。
背景技术
时钟教具是儿童学习认识指针式时钟最简单的工具，它不仅能锻炼儿童的动手能力，而且能使其学习指针式时钟的读法。对于儿童而言，认识时钟教具所表示的时间是比较困难的，必须在外人的帮助下才能慢慢的学会指针式时钟的读法，无法培养儿童的自我学习能力。故设计数字时钟教具，方便儿童认识学习指针式时钟
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种数字时钟教具，解决了现有时钟术教具中存在的问题。
本发明采用以下技术方案：
一种数字时钟教具，包括钟表盘，钟表盘上设置有表盘电路板，表盘电路板上分别设置有分针和时针，分针上设置有第一铜片，时针上设置有第二铜片，第一铜片和第二铜片分别与表盘电路板上设置的时钟编码盘电路和分钟编码盘电路滑动连接，时针的轴心套装在分针的轴心上形成轴瓦结构；表盘电路板套装在分针的轴心上，且位于第一铜片和第二铜片之间，与分针形成轴瓦结构。
具体的，表盘电路板的顶层为时钟编码盘电路，底层为分钟编码盘电路，
时钟编码盘电路和分钟编码盘电路各包括外、中和内三圈，外圈为时针、分针个位编码区，中圈为时针、分针十位编码区，内圈为指针接地区；第一铜片和第二铜片上分别设置有三个用于拉低表盘电路板上不同片区电压的触点，时钟编码盘电路和分钟编码盘电路的内圈均与GND相连，第一铜片和第二铜片上的三个触点分别与时针、分针编码盘电路板的外、中和内圈对应设置。
进一步的，时针个位编码区共分为12个区域，分别对应时钟的1到12点；时针十位编码区共分为2个区域分别对应时钟的1到9点和10到12点。
更进一步的，当时针指数值在1～9点范围时，三极管Q1、Q2、Q3、Q4截止，数码管DS2的a、b、c、e、d、f段均导通，时钟十位为0，数码管DS2显示为0；
当时针所指数值在10～12点范围时，第二铜片的触点使时针编码盘电路的中圈1区与其内圈导通，拉低其中圈1区电平，三极管Q1、Q2、Q3、Q4饱和导通，拉低数码管DS2的a、d、e、f段电平，时钟十位为1，数码管DS2显示为1；
时针所指在任意数值时，第二铜片的触点使时针编码盘电路的外圈所指区与其内圈导通，拉低其外圈所指区电平，经过编码、译码电路后通过数码管DS1显示出来，即时钟个位数值。
进一步的，分针个位编码区共分为60个区域，分别对应分钟的0到59分；分针十位编码区共分为6个区域分别对应分钟的0到9分、10到19分、20到29分、30到39分、40到49分、50到59分。
更进一步的，分针所指数值在任意数值时，第一铜片的触点分别使分针编码盘电路的外圈所指区和中圈所指区与其内圈导通，拉低其外圈所指区和中圈所指区电平，经过编码、译码电路后最终由数码管DS3、DS4显示分钟的十位数值和个位数值。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种数字时钟教具，在时钟教具的指针下方安装铜片与电路板，并将电路板分为不同区域，使其作为编码器输入端，利用数字、模拟电子技术对时钟教具所指时间进行编码、译码处理，最终通过数码管将其显示出来。其操作简单，使用方便，响应速度快，可实时将时钟教具所指时间显示在显示器上，采用优先编码器可消除错误编码。有效地帮助儿童认识学习指针式时钟读法，同时可以培养儿童的自我学习能力，具有良好的应用价值和推广前景。
进一步的，分别拨动时针和分针，可分别在时钟编码盘电路和分钟编码盘电路对时针所指的小时数值和分针所指的分钟数值进行编码，时钟编码盘电路的外圈对时针所指的小时数值的个位进行编码，中圈对时针所指的小时数值的十位进行编码；分钟编码盘电路外圈对分针所指分钟数值的个位进行编码，中圈对分针所指的分钟数值的十位进行编码；即分别对时钟数值的十位和个位及分钟数值的十位和个位进行编码，经过时钟数值十位和个位独立的译码及显示电路，对时针所指的小时数值进行显示；经过分钟数值十位和个位独立的译码及显示电路，对分针所指的分钟数值进行显示。
综上所述，本发明可将时钟教具所指时间实时显示在显示器上，方便儿童学习，有助于培养儿童的自我学习能力。整个结构简单合理，便于儿童使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明表盘机械结构三维示意图；
图2为本发明时钟电路图；
图3为本发明分钟电路图；
图4为本发明时针编码盘电路图；
图5为本发明分针编码盘电路图；
图6为本发明显示状态分布图。
其中：1.分针；2.第一铜片；3.时针；4.第二铜片；5.表盘电路板。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种数字时钟教具，使用时手动拨动时钟教具的时钟和分钟，显示部分将会实时把指针所指时间值显示出来。数字时钟教具操作简单，使用方便，响应速度快，可实时将时钟教具所指时间显示在显示器上，有助于儿童学习认识学习指针式时钟读法，同时可以培养儿童的自我学习能力。
请参阅图1，本发明一种数字时钟教具，包括钟表盘、时钟编码盘电路和分钟编码盘电路，钟表盘包括分针1、第一铜片2、第二铜片4、时针3和表盘电路板5，时钟电路和分钟电路分别设置在表盘电路板5上，分别与分针1和时针3连接，第一铜片2和第二铜片4分别紧密套装在分针1和时针3上。
分针1和第一铜片2的轴心为实心圆柱，时针3和第二铜片4的轴心为空心圆柱，时针3轴心的空心圆柱套装在分针1轴心的实心圆柱上形成轴瓦结构；表盘电路板5套装在分针1轴心的实心圆柱上，且位于第一铜片2和第二铜片4之间，与分针1形成轴瓦结构。
表盘电路板5为双层电路板，其顶层为时钟编码盘电路，底层为分钟编码盘电路。其中，时钟编码盘电路和分钟编码盘电路各分为外、中、内三圈，外圈为时针、分针个位编码区，中圈为时针、分针十位编码区，内圈为指针接地区；第一铜片2和第二铜片4上各有三个触点，其作用为拉低表盘电路板5上不同片区电压，时针、分针编码盘的内圈均与GND相连，第一铜片2和第二铜片4上的三个触点分别与时针、分针编码盘电路板的外、中、内三圈对应。
请参阅图4，时针个位编码区共分为12个区域，分别对应时钟的1到12点。时针十位编码区共分为2个区域分别对应时钟的1到9点和10到12点。
请参阅图5，分针个位编码区共分为60个区域，分别对应分钟的0到59分。分针十位编码区共分为6个区域分别对应分钟的0到9分、10到19分、20到29分、30到39分、40到49分、50到59分。
请参阅图2，时钟编码盘电路包括电源电路、编码电路、译码电路和显示电路。
电源电路包括排插PW、开关S1和电容C1，用于整个电路系统供电。
编码电路包括时钟个位编码电路和时钟十位编码电路。
时钟个位编码电路包括排阻R1、R2、R3、十输入四输出优先编码器U1和时针编码盘，R1的第一引脚接VCC，第二引脚分别连接U1的第三引脚和时针编码盘的6点区，第三引脚分别连接U1的第四引脚和时针编码盘的7点区，第四引脚分别连接U1的第五引脚和时针编码盘的8点区；R2的第一引脚接VCC，第二引脚分别连接U1的第十三引脚和时针编码盘的3点区，第三引脚分别连接U1的第一引脚和时针编码盘的4点区，第四引脚分别连接U1的第二引脚和时针编码盘的5点区；R3的第一引脚接VCC，第二引脚分别连接U1的第十引脚和时针编码盘的9点区，第三引脚分别连接U1的第十一引脚和时针编码盘的1点区和第11点区，第四引脚分别连接U1的第十二引脚和时针编码盘的2点区和第12点区；十输入四输出优先编码器U1的第十六、第八引脚分别接电源VCC和GND。
时钟十位编码电路包括三极管Q1、Q2、Q3、Q4，电阻R18、R27、R28、R29、R30和时针编码盘；三极管Q1、Q2、Q3、Q4的发射极分别与数码管DS2的第十、五、四、二引脚连接，集电极接GND，基极分别与电阻R27、R28、R29、R30的一端连接，电阻R27、R28、R29、R30的另一端与时针编码盘的1区连接，时针编码盘的1区经电阻R18与电源VCC相连。
译码电路包括六输入非门U2、四八译码器U3，四八译码器U3的第一引脚接六输入非门U2的第二引脚；四八译码器U3的第二引脚接六输入非门U2的第四引脚；四八译码器U3的第三引脚、第四引脚和第五引脚接六输入非门U2的第十四引脚，并与电源VCC连接；四八译码器U3的第六引脚接六输入非门U2的第十一引脚；四八译码器U3的第七引脚接六输入非门U2的第九引脚；四八译码器U3的第八引脚接地。六输入非门U2的第一引脚接十输入四输出优先编码器U1的第七引脚；第三引脚接十输入四输出优先编码器U1的第六引脚；第八引脚接十输入四输出优先编码器U1的第九引脚；第十引脚接十输入四输出优先编码器U1的第十四引脚，第八引脚接GND。
显示电路包括时钟个位显示电路、时钟十位显示电路及时分间隔电路，时钟个位显示电路包括电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17及数码管DS1，四八译码器U3的第九引脚、第十引脚、第十一引脚、第十二引脚、第十三引脚、第十四引脚和第十五引脚依次经电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16和R17接数码管DS1的第十引脚、第九引脚、第八引脚、第五引脚、第四引脚、第二引脚和第三引脚，四八译码器U3的第十六引脚接VCC；数码管DS1的第一引脚和第六引脚接GND。
时钟十位显示电路包括电阻R21、R22、R23、R24、R25、R26及数码管DS2，数码管DS2的第十引脚、第五引脚、第四引脚和第二引脚均分两路，一路与三极管Q1、Q2、Q3、Q4的发射极连接，另一路分别经R21、R24、R25和R26接VCC，数码管DS2的第九引脚经R22接VCC，数码管DS2的第八引脚经R23接VCC，数码管DS2的第一引脚和第六引脚接GND。
请参阅图2，时分间隔电路包括电阻R10、R20，和发光二极管D1、D2，VCC分两路，一路经电阻R10和发光二极管D1接GND，第二路经电阻R20和发光二极管D2接GND，时分间隔电路的LED D1、D2用于隔开时钟显示数值和分钟显示数值。
请参阅图3，分钟编码盘电路包括编码电路、译码电路和显示电路。
编码电路包括分钟个位编码电路和分钟十位编码电路，具体为：
分钟个位编码电路包括排阻R4、R5、R6、十输入四输出优先编码器U4及分针编码盘，
R4的第一引脚接VCC，第二引脚分别连接U4的第三引脚和时针编码盘的6、16、26、36、46和56分钟区，第三引脚分别连接U4的第四引脚和时针编码盘的7、17、27、37、47和57分钟区，第四引脚分别连接U4的第五引脚和时针编码盘的8、18、28、38、48和58分钟区；R5的第一引脚接VCC，第二引脚分别连接U4的第十三引脚和时针编码盘的3、13、23、33、43和53分钟区，第三引脚分别连接U4的第一引脚和时针编码盘的4、14、24、34、44和54分钟区，第四引脚分别连接U4的第二引脚和时针编码盘的5、15、25、35、45和55分钟区；R6的第一引脚接VCC，第二引脚分别连接U4的第十引脚和时针编码盘的9、19、29、39、49和59分钟区，第三引脚分别连接U4的第十一引脚和时针编码盘的1、11、21、31、41和51分钟区，第四引脚分别连接U4的第十二引脚和时针编码盘的2、12、22、32、42和52分钟区；十输入四输出优先编码器U4的第十六引脚和第八引脚分别连接电源的VCC和GND。
分钟十位编码电路包括排阻R7、R8、十输入四输出优先编码器U7及分针编码盘，R7的第一引脚接VCC，第二引脚分别连接U7的第一引脚和分针编码盘的4区，即40到49分钟区，第三引脚分别连接U7的第二引脚和分针编码盘的5区，即50到59分钟区；R8的第一引脚接VCC，第二引脚分别连接U7的第十一引脚和分针编码盘的1点区，即10到19分钟区，第三引脚分别连接U7的第十二引脚和分针编码盘的2区，即20到29分钟区，第四引脚分别连接U7的第十三引脚和分针编码盘的3区，即30到39分钟区；十输入四输出优先编码器U7的第三、第四、第五和第十六引脚接电源VCC，第八引脚接GND。
译码电路包括分钟个位译码电路和分钟十位译码电路，具体为：
分钟个位译码电路包括六输入非门U5、四八译码器U6；四八译码器U6的第一引脚接六输入非门U5的第二引脚；第二引脚接六输入非门U5的第四引脚；第三引脚、第四引脚和第五引脚接六输入非门U5的第十四引脚，并与电源VCC相连；第六引脚接六输入非门U5的第十一引脚；第七引脚接六输入非门U5的第九引脚；第八引脚接地。六输入非门U5的第一引脚接U4的第七引脚；第三引脚接U4的第六引脚；第八引脚接U4的第九引脚；第十引脚接U4的第十四引脚，第七引脚接GND。
分钟十位译码电路包括六输入非门U8、四八译码器U9，
四八译码器U9的第一引脚接六输入非门U8的第二引脚；第二引脚接六输入非门U8的第四引脚；第三引脚、第四引脚和第五引脚接六输入非门U8的第十四引脚，并于电源VCC相连；第六引脚接六输入非门U8的第十一引脚；第七引脚接六输入非门U8的第九引脚；第八引脚接地。六输入非门U8的第一引脚接U7的第七引脚；第三引脚接U7的第六引脚；第八引脚接U7的第九引脚；第十引脚接U7的第十四引脚，第七引脚接地。
显示电路包括分钟个位显示电路和分钟十位显示电路，分钟个位显示电路包括电阻R41、R42、R43、R44、R45、R46、R47及数码管DS4；四八译码器U6的第九引脚、第十引脚、第十一引脚、第十二引脚、第十三引脚、第十四引脚和第十五引脚依次经电阻R41、R42、R43、R44、R45、R46和R47接数码管DS4的第十引脚、第九引脚、第八引脚、第五引脚、第四引脚、第二引脚和第三引脚，数码管DS4的第一、第六引脚接地，四八译码器U6的第十六引脚接VCC。分钟十位显示电路包括电阻R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37及数码管DS3，四八译码器U9的第九引脚、第十引脚、第十一引脚、第十二引脚、第十三引脚、第十四引脚和第十五引脚依次经电阻R31、R32、R33、R34、R35、R36和R37接数码管DS3的第十引脚、第九引脚、第八引脚、第五引脚、第四引脚、第二引脚和第三引脚，数码管DS2的第一、第六引脚接地，四八译码器U9的第十六引脚接VCC。
时针编码盘电路的外圈在排阻R1、R2、R3的作用下，会使每个时钟区电平拉至高电平，所述的时针编码盘电路的中圈在电阻R18的作用下会使1区电平拉至高电平；所述的分针编码盘电路的外圈与中圈在上拉电阻R4、R5、R6及R7和R8作用下，会使每个分钟区电平拉至高电平。进一步的，当第二铜片、第一铜片的触点接触到不同时钟和分钟分区时，会将时针编码盘电路和分针编码盘电路对应的外圈、中圈编码区与其内圈短路，进一步的，使该时间区由高电平拉低至低电平。
请参阅图4、图5和图6，闭合开关S1后，数码管DS1、DS2、DS3、DS4会将当前指针所指时间实时显示出来，并且LED D1、D2会将时钟数值与分钟数值间隔开。
时钟显示工作原理为：
当时针指数值在1-9点范围时，三极管Q1、Q2、Q3、Q4截止，数码管DS2的a、b、c、e、d、f段均导通显示为“0”，即时钟十位为0；当时针所指数值在10-12点范围时，第二铜片4的触点使时针编码盘电路的中圈1区与其内圈导通，拉低其中圈1区电平，此时三极管Q1、Q2、Q3、Q4饱和导通，拉低数码管DS2的a、d、e、f段电平，此时显示为“1”，即时钟十位为1。时针所指在任意数值时，第二铜片4的触点使时针编码盘电路的外圈所指区与其内圈导通，拉低其外圈所指区电平，经过编码、译码电路后通过数码管DS1显示出来，即时钟个位数值。
分钟显示工作原理为：
分针所指数值在任意数值时，第一铜片2的触点分别使分针编码盘电路的外圈所指区和中圈所指区与其内圈导通，拉低其外圈所指区和中圈所指区电平，经过编码、译码电路后最终由数码管DS3、DS4显示出来，即分钟的十位数值和个位数值。
本发明一种数字时钟教具，在时钟教具的指针下方安装铜片与电路板，并将电路板分为不同区域，使其作为编码器输入端，利用数字、模拟电子技术对时钟教具所指时间进行编码、译码处理，最终通过数码管将其显示出来。其操作简单，使用方便，响应速度快，可实时将时钟教具所指时间显示在显示器上，采用优先编码器可消除错误编码。有效地帮助儿童认识学习指针式时钟读法，同时可以培养儿童的自我学习能力，具有良好的应用价值和推广前景。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
