數(shù)字時(shí)鐘的Multisim設(shè)計(jì)與仿真.doc

電子電路Multisim設(shè)計(jì)和仿真學(xué)院：專業(yè)和班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：數(shù)字時(shí)鐘的Multisim設(shè)計(jì)和仿真一、設(shè)計(jì)和仿真要求學(xué)習(xí)綜合數(shù)字電子電路的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和調(diào)試1. 設(shè)計(jì)一個(gè)24或12小時(shí)制的數(shù)字時(shí)鐘。2. 要求：計(jì)時(shí)、顯示精確到秒；有校時(shí)功能。采用中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)。3. 發(fā)揮：增加鬧鐘功能。二、總體設(shè)計(jì)和電路框圖1. 設(shè)計(jì)思路1).由秒時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器、計(jì)時(shí)電路和校時(shí)電路構(gòu)成電路。2).秒時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器可由555定時(shí)器構(gòu)成。3).計(jì)時(shí)電路中采用兩個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器分別完成秒計(jì)時(shí)和分計(jì)時(shí)；24進(jìn)制計(jì)數(shù)器完成時(shí)計(jì)時(shí)；采用譯碼器將計(jì)數(shù)器的輸出譯碼后送七段數(shù)碼管顯示。4).校時(shí)電路采用開關(guān)控制時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)為校時(shí)脈沖以完成校時(shí)。2. 電路框圖分計(jì)數(shù)器時(shí)計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器譯碼器譯碼器譯碼器校時(shí)電路秒信號(hào)發(fā)生器數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示圖1. 數(shù)字鐘電路框圖三、子模塊具體設(shè)計(jì)1. 由555定時(shí)器構(gòu)成的1Hz秒時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器。由下面的電路圖產(chǎn)生1Hz的脈沖信號(hào)作為總電路的初輸入時(shí)鐘脈沖。圖2. 時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路2. 分、秒計(jì)時(shí)電路及顯示部分在數(shù)字鐘的控制電路中，分和秒的控制都是一樣的，都是由一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器串聯(lián)而成的，在電路的設(shè)計(jì)中我采用的是統(tǒng)一的器件74LS160D的反饋置數(shù)法來實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制功能和六進(jìn)制功能，根據(jù)74LS160D的結(jié)構(gòu)把輸出端的0110（十進(jìn)制為6）用一個(gè)與非門74LS00引到CLR端便可置0，這樣就實(shí)現(xiàn)了六進(jìn)制計(jì)數(shù)。由兩片十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS160級(jí)聯(lián)產(chǎn)生，采用的是異步清零法。顯示部分用的是七段數(shù)碼管和兩片譯碼器74LS48D。圖3. 分秒計(jì)時(shí)電路3. 時(shí)計(jì)時(shí)電路及顯示部分由兩片十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS160級(jí)聯(lián)產(chǎn)生，采用的是同步置數(shù)法，u1輸出端為0011（十進(jìn)制為3）與u2輸出端0010（十進(jìn)制為2）經(jīng)過與非門接兩片的置數(shù)端。顯示部分用的是七段數(shù)碼管和兩片譯碼器74LS48D。圖4. 時(shí)計(jì)時(shí)電路4. 校時(shí)電路校時(shí)電路采用開關(guān)控制時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)為校時(shí)脈沖以完成校時(shí)。如圖，當(dāng)開關(guān)A,B閉合，C,D斷開時(shí)，電路進(jìn)行正常的計(jì)時(shí)工作；當(dāng)開關(guān)A,B斷開，C,D閉合時(shí)，就可以自動(dòng)進(jìn)行校時(shí)。當(dāng)然也可以手動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)間，這是需要不斷地閉合、斷開開關(guān)，每次只改變一個(gè)數(shù)。其中C是校時(shí)開關(guān),D是較分開關(guān)，開關(guān)E用來控制秒得校準(zhǔn)，斷開時(shí)，秒顯示為0。圖5. 校時(shí)電路四、整體電路原理圖整體電路共分為五大模塊：脈沖產(chǎn)生部分、計(jì)數(shù)部分、譯碼部分、顯示部分、校時(shí)部分。主要由震蕩器、秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器、BCD-七段顯示譯碼/驅(qū)動(dòng)器、LED七段顯示數(shù)碼管、時(shí)間校準(zhǔn)電路構(gòu)成。數(shù)字鐘數(shù)字顯示部分，采用譯碼與二極管串聯(lián)電路，將譯碼器、七段數(shù)碼管連接起來，組成十進(jìn)制數(shù)碼顯示電路，即時(shí)鐘顯示。要完成顯示需要6個(gè)數(shù)碼管，八段的數(shù)碼管需要譯碼器械才能顯示，然后要實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)需要60進(jìn)制計(jì)數(shù)器和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在在仿真軟件中發(fā)生信號(hào)可以用函數(shù)發(fā)生器仿真，頻率可以隨意調(diào)整。60進(jìn)制可能由10進(jìn)制和6進(jìn)制的計(jì)數(shù)器串聯(lián)而成，頻率振蕩器可以由晶體振蕩器分頻來提供，也可以由555定時(shí)來產(chǎn)生脈沖并分頻為1Hz。計(jì)數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí),可以用校時(shí)電路校時(shí)、校分。圖6. 整體電路圖五、仿真結(jié)果1. 1hz脈沖產(chǎn)生電路仿真振蕩器可由晶振組成，也可以由555與RC組成的多諧振蕩器。由555定時(shí)器得到1Hz的脈沖，功能主要是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)和提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)。仿真分析開始前可雙擊儀器圖標(biāo)打開儀器面板。準(zhǔn)備觀察被測試波形。按下程序窗口右上角的啟動(dòng)停止開關(guān)狀態(tài)為1，仿真分析開始。若再次按下，啟動(dòng)停止升關(guān)狀態(tài)為0，仿真分析停止。電路啟動(dòng)后，需要調(diào)整示波器的時(shí)基和通道控制，使波形顯示正常。為了便于觀察特把頻率加大。由圖可見，所設(shè)計(jì)的電路可以產(chǎn)生方波。 圖7(b). 產(chǎn)生1Hz的脈沖波形圖7(a). 產(chǎn)生1kHz的脈沖波形 2. 脈沖輸出電壓觀察在儀表欄里選用萬用表接到555定時(shí)電路的輸出端，設(shè)置萬用表輸出為直流電壓。點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，由仿真結(jié)果可知脈沖輸出電壓較穩(wěn)定，開始小幅度變化，最后穩(wěn)定在3.33v。與最初設(shè)計(jì)基本相符。圖8. 脈沖數(shù)出電壓電路3. 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)仿真結(jié)果如圖連接好電路，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，經(jīng)過觀察電路仿真結(jié)果所設(shè)計(jì)的電路是正確的，可以正常工作。計(jì)數(shù)顯示從0到59。當(dāng)計(jì)數(shù)器數(shù)到59后有一個(gè)短暫的60顯示，這是異步清零的原因。實(shí)際工作后不會(huì)出現(xiàn)計(jì)數(shù)不準(zhǔn)的現(xiàn)象。圖9. 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)仿真電路4. 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)仿真結(jié)果給電路加脈沖信號(hào)源，頻率可以加大。如圖，頻率為1kHz，經(jīng)過觀察電路的仿真結(jié)果可以看到顯示數(shù)字是從0到23與設(shè)計(jì)相符。特別注意74LS160的連接。圖10. 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)仿真電路5. 總體電路仿真結(jié)果 1). 秒計(jì)數(shù)向分計(jì)數(shù)進(jìn)位仿真。如圖連接好電路，點(diǎn)擊運(yùn)行后，可以看到秒計(jì)數(shù)計(jì)到59后可以向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，電路運(yùn)行正常。2). 分計(jì)數(shù)向時(shí)計(jì)數(shù)進(jìn)位仿真。給分計(jì)數(shù)器的個(gè)位計(jì)數(shù)片上加1kHz的時(shí)鐘信號(hào)源，經(jīng)過運(yùn)行仿真后，可以看出分位計(jì)數(shù)到59時(shí)可以向時(shí)位進(jìn)位。電路運(yùn)行正常。6. 開關(guān)校時(shí)電路仿真結(jié)果校時(shí)電路由開關(guān)、或非門和反相器構(gòu)成，當(dāng)A、B、E閉合，C、D斷開時(shí)，電路正常計(jì)時(shí)；當(dāng)A、B隨意，C、D閉合時(shí)，時(shí)，分自動(dòng)校時(shí)；當(dāng)手動(dòng)校時(shí)時(shí)，每開關(guān)一次示數(shù)增加1。 E開關(guān)用來較秒的，閉合時(shí)正常工作，斷開時(shí)秒顯示器為零，整個(gè)電路不工作?？梢云鸬捷^秒的作用。經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)開關(guān)設(shè)置合理，可以起到預(yù)定的效果，能夠有效地校準(zhǔn)時(shí)、分、秒。六、結(jié)論由震蕩器、秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器、BCD-七段顯示譯碼/驅(qū)動(dòng)器、LED七段顯示數(shù)碼管設(shè)計(jì)了數(shù)字時(shí)鐘電路，經(jīng)過仿真得出較理想的結(jié)果，說明電路圖及思路是正確的，可以實(shí)現(xiàn)所要求的基本功能：計(jì)時(shí)、顯示精確到秒、時(shí)分秒校時(shí)。七、利用Multisim仿真軟件設(shè)計(jì)體會(huì)通過對軟件Multisim的學(xué)習(xí)和使用，進(jìn)一步加深了對數(shù)字電路的認(rèn)識(shí)。在仿真過程中遇到許多困難，但通過自己的努力和同學(xué)的幫助都一一克服了。首先，連接電路圖過程中，數(shù)碼管不能顯示，后經(jīng)圖形放大后才發(fā)現(xiàn)是電路斷路了。其次，布局的時(shí)候因元件比較多，整體布局比較困難，因子電路不如原電路直觀，最后在不斷努力下，終于不用子電路布好整個(gè)電路。調(diào)試時(shí)有的器件在理論上可行，但在實(shí)際運(yùn)行中就無法看到效果，所以得換不少器件，有時(shí)無法找出錯(cuò)誤便更換器件重新接線以使電路正常運(yùn)行。在整個(gè)設(shè)計(jì)中，74LS160的接線比較困難，反復(fù)修改了多次，在認(rèn)真學(xué)習(xí)其用法后