基于Multisim的數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)及仿真方案說(shuō)明書(shū)

1、數(shù)字時(shí)鐘具有“秒”、“分”、“時(shí)”的十進(jìn)制數(shù)字顯示，能夠隨時(shí)校正分鐘和小時(shí)，當(dāng)時(shí)鐘到整點(diǎn)時(shí)能夠進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)，還能夠進(jìn)行定時(shí)設(shè)置。其涉及的電路由6部分組成。（1）能產(chǎn)生“秒脈沖”、“分脈沖”和“時(shí)脈沖”的脈沖產(chǎn)生和分頻電路；（2）對(duì)“秒脈沖”、“分脈沖”和“時(shí)脈沖”計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路；（3）時(shí)間顯示電路；（4）校時(shí)電路；（5）報(bào)時(shí)電路；（6）定時(shí)輸入電路和時(shí)間比較電路。由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)通過(guò)分頻電路分別產(chǎn)生小時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)、秒計(jì)數(shù)。當(dāng)秒計(jì)數(shù)滿(mǎn)60后，分鐘加1；當(dāng)分滿(mǎn)60后，時(shí)加1；當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn)24時(shí)后，又開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)技術(shù)。同時(shí)，可以根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行校時(shí)。把定時(shí)信號(hào)和顯示信號(hào)通過(guò)比較電路確定能否

2、產(chǎn)生定時(shí)報(bào)警信號(hào)。顯示信號(hào)通過(guò)整點(diǎn)譯碼電路產(chǎn)生整點(diǎn)報(bào)警信號(hào)。數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)以及仿真分析：系統(tǒng)具有“時(shí)”、“分”、“秒”的十進(jìn)制數(shù)字顯示，因此，應(yīng)有計(jì)數(shù)電路分別對(duì)“秒脈沖”、“分脈沖”和“時(shí)脈沖”計(jì)數(shù)；同時(shí)應(yīng)有時(shí)間顯示電路，顯示當(dāng)前時(shí)間；還應(yīng)有脈沖產(chǎn)生和分頻電路，產(chǎn)生“秒脈沖”、“分脈沖”和“時(shí)脈沖”5。系統(tǒng)具有校時(shí)功能，因此，應(yīng)有校時(shí)電路，設(shè)定數(shù)字時(shí)鐘的當(dāng)前值。系統(tǒng)具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，因此，應(yīng)有譯碼電路將整點(diǎn)時(shí)間識(shí)別出來(lái)，同時(shí)應(yīng)有報(bào)時(shí)電路。系統(tǒng)具有定時(shí)功能，因此，應(yīng)有定時(shí)輸入電路和時(shí)間比較電路。綜上考慮，可如圖2.1所示設(shè)計(jì)數(shù)字時(shí)鐘的電路原理結(jié)構(gòu)圖。圖2.1數(shù)字時(shí)鐘的電路原理結(jié)構(gòu)圖如圖2.1

3、所示，數(shù)字時(shí)鐘電路有3個(gè)開(kāi)關(guān)，它們的功能如下。（1）S1：S1為瞬態(tài)開(kāi)關(guān)，手動(dòng)輸入計(jì)數(shù)脈沖。（2）S2:校時(shí)7定時(shí)/校時(shí)選擇電路輸入選擇開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)切換到上觸點(diǎn)，為定時(shí)輸入；當(dāng)開(kāi)關(guān)切換到中間觸點(diǎn)，為校時(shí)輸入；當(dāng)開(kāi)關(guān)切換到下觸點(diǎn)，為校時(shí)選擇電路輸入。（3）S3：為計(jì)時(shí)/校時(shí)選擇開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)切換到右邊觸點(diǎn)時(shí)，數(shù)字時(shí)鐘為計(jì)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)開(kāi)關(guān)切換到左邊觸點(diǎn)時(shí)，數(shù)字時(shí)鐘為校時(shí)狀態(tài)。左邊兩個(gè)計(jì)數(shù)器（小時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)）接收手動(dòng)輸入脈沖，為定時(shí)功能設(shè)定定時(shí)時(shí)間。右邊3個(gè)計(jì)數(shù)器（小時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)、秒計(jì)數(shù)）接收手動(dòng)輸入或計(jì)時(shí)脈沖，實(shí)現(xiàn)校時(shí)和計(jì)時(shí)功能。比較電路是將設(shè)定的定時(shí)時(shí)間和當(dāng)前的時(shí)間進(jìn)行比較，當(dāng)兩者時(shí)間相同時(shí)，產(chǎn)

4、生定時(shí)報(bào)警信號(hào)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路。整點(diǎn)譯碼電路識(shí)別整點(diǎn)時(shí)間，以產(chǎn)生整點(diǎn)報(bào)時(shí)信號(hào)。脈沖產(chǎn)生和分頻電路產(chǎn)生數(shù)字時(shí)鐘所需的秒脈沖、分脈沖和小時(shí)脈沖。時(shí)間顯示電路顯示當(dāng)前時(shí)間和定時(shí)時(shí)間。4.2數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)4.2.1小時(shí)計(jì)時(shí)電路小時(shí)計(jì)時(shí)電路如圖4.1所示。HOIH02H03H04L01L02LOBL04U7C74LS0SNonEOCTOCT呂aClU6A74LSO4DQQUQ000。U5A74LS04DU274LS160NdhHdissiVCCKdiovo寸HOURSET圖4.1小時(shí)計(jì)時(shí)電路4.2.2分鐘計(jì)時(shí)電路分鐘計(jì)時(shí)電路如圖4.3所示。N-HNSET00uo8CXvcyQumv匸14L16C：圖4.3分

5、鐘計(jì)時(shí)電路08QcyUCTHovcyU274LS160NHCLOCK校時(shí)選擇電路如圖4.5所示。74LS04Dhour315109SECVCC103Z151411U25ATIMESETU24U26AU27A74LS04DU28A74LS04D74LS04DAQABQBCQCDQDENPRCOENT-LOAD-CLR74LS1&0NA0B1C23G：1Y4Y56774LS13SNCLK圖4.5校時(shí)選擇電路校時(shí)選擇電路用計(jì)數(shù)器74LS160和譯碼器74LS138組成，計(jì)數(shù)器74LS160設(shè)計(jì)為三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，譯碼器的輸出為反變量，其輸出要接反向器。TIMESET:接瞬態(tài)開(kāi)關(guān)，可手動(dòng)選擇校時(shí)信號(hào)。當(dāng)校

6、時(shí)信號(hào)HOUR=1、MIN=0、SEC=0時(shí)（選中“小時(shí)”計(jì)時(shí)電路，表示對(duì)“小時(shí)”進(jìn)行校時(shí)）；單擊一次開(kāi)關(guān)按鈕，可使校時(shí)選擇信號(hào)變?yōu)镠OUR=0、MIN=1、SEC=O（選中“分鐘”計(jì)時(shí)電路，表示對(duì)“分鐘”進(jìn)行校時(shí)），再單擊一次開(kāi)關(guān)按鈕，可使校時(shí)選擇信號(hào)變?yōu)镠OUR=0、MIN=0、SEC=1（選中“秒”計(jì)時(shí)電路，表示對(duì)“秒”進(jìn)行校時(shí)），這樣可手動(dòng)設(shè)置系統(tǒng)的是、分和秒。4.2.4整點(diǎn)譯碼電路整點(diǎn)譯碼電路的作用是識(shí)別整點(diǎn)時(shí)間信號(hào)，一實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能。整點(diǎn)時(shí)間信號(hào)的特征是零分作為數(shù)字量來(lái)說(shuō)，是一個(gè)代碼，用門(mén)電路組成的譯碼電路可識(shí)別一個(gè)代碼。整點(diǎn)譯碼電路如圖4.7所示，器封裝模塊如圖4.8所示，器

7、引腳功能如表4.4所示。較器CC4585實(shí)現(xiàn)數(shù)字代碼的比較。定時(shí)比較電路如圖4.9所示。U344991515U444991515JC837408N101102103104J01J02105106107108J05BCB1B2B3BCB1B2B3131313T114585BD_5VOAGTBOAEQBOALTBAGTBAEQBALTB4585BD_5VAGTBAEQBALTBOAGTBOAEQBOALTB4585BD_5VU5A4585BD_5VJOSJ07101010101011J012DINGDH101310141015J0131014JOI51016OAGTBOAEQBOALTBAGTBA

8、EQBALTBOAGTBOAEQBOALTBAGTBAEQBALTB圖4.9定時(shí)比較電路如圖4.9所示，共用4片CC4585構(gòu)成定時(shí)比較電路，因?yàn)槎〞r(shí)時(shí)間為小時(shí)和分鐘，共16為二進(jìn)制代碼，每片數(shù)值比較器CC4585能比較兩個(gè)4位二進(jìn)制代碼，用4片CC4585能構(gòu)成16位數(shù)值比較器。當(dāng)數(shù)字時(shí)鐘的計(jì)時(shí)時(shí)間等于設(shè)定時(shí)間時(shí)，定時(shí)比較電路輸出高電平，否則輸出低電平。4.2.6脈沖產(chǎn)生和分頻電路設(shè)計(jì)時(shí)可選用555定時(shí)器構(gòu)成時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路，如圖4.10所示，通過(guò)設(shè)置電阻、電容，可產(chǎn)生2Hz時(shí)鐘脈沖，選擇電阻R1為電位器，通過(guò)調(diào)整電位器的值，可精確調(diào)整輸出脈沖的頻率。設(shè)計(jì)時(shí)，先確定電容值的大小，再確定電阻R

9、l、R2的值。如圖4.10所示的74LS73D為JK觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器。起分頻作用，將2Hz時(shí)鐘信號(hào)分頻為1Hz。這樣就得到系統(tǒng)所需要的秒脈沖信號(hào)。路，可產(chǎn)生脈沖，但其振蕩頻率由晶體決定，而且振蕩頻率通常很高，調(diào)整和分頻不大方便。還可用滯回比較器加RC電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。4.2.7整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路聲音報(bào)警電路可用555定時(shí)器構(gòu)成高低音發(fā)聲電路，電路如圖4.11所示。該電路可產(chǎn)生高音，頻率為876Hz，持續(xù)時(shí)間為1.04s；產(chǎn)生低音，頻率為611Hz,持續(xù)時(shí)間為1.1s。4.3.1總體電路設(shè)計(jì)DM1WLPDJ竝SWSTETEa?DMSW5PDISWSMHDS.-?SWSFDTIFMMFiezfL：5iezf弋浚弋DSr?SWSPDILOLL02LOJ1C4LOiLML07LM355STKM金3D22金LJZZi