數(shù)字時(shí)鐘仿真設(shè)計(jì)

1、基于multisim10.0的數(shù)字時(shí)鐘仿真設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的1、綜合運(yùn)用數(shù)字電路的知識，掌握數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)方法。2、掌握計(jì)數(shù)器、譯碼器、分頻器的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法。3、掌握運(yùn)用仿真軟件multisim10.0設(shè)計(jì)綜合數(shù)字電路的方法。二、設(shè)計(jì)意義數(shù)字時(shí)鐘是用數(shù)字集成電路構(gòu)成的、用數(shù)碼顯示的一種現(xiàn)代計(jì)時(shí)器，與傳統(tǒng)機(jī)械表相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、校時(shí)方便、顯示直觀、無機(jī)械傳動裝置等特點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機(jī)場、商店等公共場所。在控制系統(tǒng)中，數(shù)字時(shí)鐘也常用來做定時(shí)控制的時(shí)鐘源。三、設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)一個具有時(shí)、分、秒的十進(jìn)制數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)器。2、具有手動校時(shí)、校分的功能。3、通過開關(guān)能實(shí)現(xiàn)小時(shí)的十二進(jìn)

2、制和二十四進(jìn)制轉(zhuǎn)換。4、具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能。5、用74系列集成電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)6、電路實(shí)現(xiàn)的各功能部分用子電路表示。四、數(shù)字時(shí)鐘的工作原理數(shù)字時(shí)鐘由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示、報(bào)時(shí)等電路組成。其中，振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號發(fā)生器，直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度。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“秒脈沖”、“分脈沖”和“時(shí)脈沖”計(jì)數(shù)；由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入采用六十進(jìn)制的“秒計(jì)數(shù)器”，每累計(jì)60s就發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60min,發(fā)出一個“時(shí)脈沖”信號

3、，該信號將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”“時(shí)計(jì)數(shù)器”采用二十四進(jìn)制或十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可實(shí)現(xiàn)對一天24h或10h的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)通過六位七段譯碼顯示器顯示出來，可進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)，計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，可以用校時(shí)電路校時(shí)、校分。數(shù)字時(shí)鐘的原理框圖如圖1所示。圖1數(shù)字時(shí)鐘的原理框圖五、單元電路設(shè)計(jì)單元電路分為小時(shí)計(jì)時(shí)模塊、分鐘和秒計(jì)時(shí)模塊、整點(diǎn)譯碼電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路、校時(shí)電路等。待單元電路設(shè)計(jì)完成后，將各單元電路進(jìn)行封裝連接得到總體電路，進(jìn)行總體電路的仿真、調(diào)試，最終完成數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)。秒脈沖信號經(jīng)過6級計(jì)數(shù)器，分別得到秒個位、秒十位、分個位、分十位及時(shí)個位、時(shí)十位的計(jì)時(shí)。顯

4、示6位的“時(shí)”、“分”、“秒”需要6片中規(guī)模的計(jì)數(shù)器。其中，秒計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器都是六十進(jìn)制，時(shí)計(jì)數(shù)器為二十四/十二進(jìn)制，都選用74160來實(shí)現(xiàn)。1、小時(shí)計(jì)時(shí)電路。小時(shí)計(jì)時(shí)電路如圖2所示：U4U5DCD_HEX_BLUEV1U3A74LS10D03456-AQA-BQB-CQCDQD-ENPRCOENTLOADCLRCLK14131211AQABQBCQCDQDENPRCOENTLOADCLRCLK74LS160D74LS16OD1kHz5V圖2小時(shí)計(jì)時(shí)電路IO1IO4是個位數(shù)碼管的顯示輸出端，IO5IO8是十位數(shù)碼管的顯示輸出端，IO9接電源:1給兩個芯片的始能端提供高電平,O5108接分計(jì)數(shù)

5、電路提供過來的進(jìn)位信9O10號。I連接了兩個計(jì)數(shù)器的清零端，因此可以通過雙向開關(guān)接I和I以實(shí)現(xiàn)O11O12O13對與非門的選擇，從而完成進(jìn)制的轉(zhuǎn)換。小時(shí)計(jì)數(shù)電路需要的是一個二十四/十二進(jìn)制轉(zhuǎn)換的遞增計(jì)數(shù)電路。個位和十位計(jì)數(shù)器均連接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)形式，采用同步級聯(lián)復(fù)位方式。將個位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端RCO接至十位計(jì)數(shù)器的記數(shù)使能控制端，完成個位對十位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位控制。若選擇二十四位進(jìn)制，十位計(jì)數(shù)器的輸出端Q和個位計(jì)數(shù)器的輸出端BQ通過與非門控制兩片計(jì)數(shù)器的清零端CLR,當(dāng)計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)為00100100時(shí)，立即反饋清零，從而實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)。若選擇十二進(jìn)制，十位計(jì)數(shù)器的輸出端Q和個位計(jì)數(shù)器的

6、輸出端Q通過與非門控制兩片計(jì)數(shù)器的清零端CLR，當(dāng)計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)為00010010時(shí)：立即反饋清零，從而實(shí)現(xiàn)十二進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)。兩個與非門通過一個雙向開關(guān)接至兩片計(jì)數(shù)器的清零端CLR，單擊開關(guān)就可選擇與非門輸出，實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制或十二進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)的轉(zhuǎn)換。2、分鐘和秒計(jì)時(shí)電路。該電路如圖3所示：DCD_HEX_BLUE8VCC74LS160DV11kHz5VLOADCLRLOADCLR圖3分鐘和秒計(jì)時(shí)電路3456710分鐘和秒計(jì)時(shí)電路相同，該電路用兩片74LS160構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，與非門74LS20組成譯碼電路，該譯碼電路能識別59（即對代碼59的特征進(jìn)行譯碼）。整個計(jì)數(shù)器的記數(shù)狀態(tài)為00T0

7、1T02TT58T59T00T，共有60個穩(wěn)定狀態(tài)。十位計(jì)數(shù)器的Q與Q和個位計(jì)數(shù)器的Q與Q經(jīng)過與非門輸出至置ACAD數(shù)端LOAD，接成60進(jìn)制記數(shù)形式（記數(shù)至59時(shí)置數(shù)為0）,個位與十位計(jì)數(shù)器之間采用同步級聯(lián)方式，將個位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端RCO接至十位計(jì)數(shù)器的記數(shù)使能控制端（EP和ET）,完成個位對十位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位控制。將個位和十位計(jì)數(shù)器的反饋置數(shù)信號經(jīng)非門輸出，作為六十進(jìn)制的進(jìn)位輸出脈沖信號，即當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)至60時(shí)，反饋置數(shù)的低電平信號輸入LOAD端，同時(shí)經(jīng)非門變?yōu)楦唠娖剑谕郊壜?lián)方式下，控制高位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)。II是個位數(shù)碼管的顯示輸出端，II是十位數(shù)碼管的顯示輸出端，I接電源01給兩個芯

8、片的始能端提供高電平接地，給兩個芯片提供低電平。I在此電路作為秒計(jì)數(shù)電路時(shí)接秒信號產(chǎn)生電路，作分計(jì)數(shù)電路時(shí)接接秒計(jì)數(shù)電路提供過來的進(jìn)位信號（即接至秒計(jì)數(shù)器的LOAD端）。I作為低計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出，與高位計(jì)數(shù)器的O12時(shí)鐘信號端相連。3時(shí)鐘信號電路時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路在此例中的主要功能有兩個：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)1HZ秒脈沖信號用于計(jì)時(shí)以及提供整點(diǎn)報(bào)時(shí)所需要的頻率信號，二是產(chǎn)生用于校時(shí)的2HZ時(shí)鐘。此部分電路的設(shè)計(jì)可以采用由高穩(wěn)定的晶體振蕩器來產(chǎn)生高頻率的時(shí)鐘脈沖,再使用分頻電路來得到1HZ和2HZ的時(shí)鐘脈沖信號。這里為了簡化電路，秒脈沖產(chǎn)生電路脈沖時(shí)鐘信號源替代，如圖5所示：IO1V11Hz5VIO2V2

9、2Hz5VIO2IO3曲六、總電路設(shè)計(jì)上述子電路創(chuàng)建完成后，最后則是建立一個總電路，步驟如下。新建一個空白的電路設(shè)計(jì)界面，作為總電路。將已經(jīng)創(chuàng)建的子電路生成模塊放入總電路中。具體做法：執(zhí)行主菜單“place”下的“HierarchicalBlockfromFile”命令，選擇要創(chuàng)建的模塊電路，如圖5以及圖6所示。我的電腦打開(jo)Multisim10Files(*.mslOmin：=ltli1sec.mslO文件婪型(I):圖6將有一個子模塊符號進(jìn)入總電路圖中，在模塊符號上單擊右鍵，在菜單中選擇“EditSymbol/TitieBlock”可以進(jìn)入模塊符號的屬性設(shè)置界面。修改完成后保存退出。

10、按上述方法依次創(chuàng)建分和秒的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路、二十四/十二進(jìn)制的時(shí)計(jì)數(shù)電路、報(bào)時(shí)電路4個模塊符號，并且加入6個數(shù)碼管、3個雙向開關(guān)、1個秒脈沖時(shí)鐘信號源(Vl:lHz)、1個與門、1個蜂鳴器及電源和地,完成總電路的連接，得到的總電路如圖7所示圖7數(shù)字鐘總電路圖七、電路測試與仿真（1）啟動仿真電路，可觀察到數(shù)字時(shí)鐘的秒位開始計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)到60后異步清零，并進(jìn)位到分計(jì)時(shí)電路。（2）觀察到數(shù)字時(shí)鐘的分為開始計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)到60后異步清零，并進(jìn)位到時(shí)計(jì)時(shí)電路。（3）開關(guān)J1可控制時(shí)計(jì)時(shí)電路的二十四進(jìn)制或十二進(jìn)制計(jì)數(shù)方式的選擇。單擊控制鍵“空格”，可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)方式的轉(zhuǎn)換。（4）控制鍵“A”“B”、“C”可控制將校時(shí)所用2HZ時(shí)鐘脈沖直接引入時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器，從而實(shí)現(xiàn)校時(shí)、校分、校秒功能。（5）出現(xiàn)整點(diǎn)，即時(shí)計(jì)數(shù)器出現(xiàn)變化時(shí)，蜂鳴器會發(fā)出相應(yīng)點(diǎn)數(shù)的報(bào)時(shí)（為得到短促響亮的聲響，一般將蜂鳴器的頻率設(shè)置為1KHz）。八