基于Multisim的數(shù)字時鐘設計

1、精選文檔 名目第1章 引言3 1. 設計思路 32. 主要內容 4第2章 數(shù)字時鐘模塊設計 42.1 數(shù)字時鐘秒脈沖信號的設計 42.1.1 秒時鐘信號發(fā)生器的設計 42.2 器件分析52.2.1 74LS160分析52.3 計數(shù)器設計62.3.1 六十進制計數(shù)器 62.3 .2 二十四進制計數(shù)器 62.4 計時電路設計72.4.1秒計時電路的設計 72.4.2 時計時電路的設計 72.5 數(shù)字時鐘電路設計 82.6 校時電路

2、102.7 整點報時112.8 鬧鐘電路12第3章 仿真調試163.1時鐘顯示173.1.1 時鐘顯示完整的00:00:00173.1.2 時鐘完整顯示01:00:00173.1.3 時鐘完整顯示23:59:59183.1.4 仿真開關校準“秒”電路183.1.6 仿真開關校準“時”電路19第4章 結論.20第5章 利用Multisim10.0仿真軟件設計體會20參考文獻20 基于Multisim的數(shù)字時鐘設計趙娟 （安慶師范學院物理與電氣工程學院 安徽 安慶 246011）指導老師：朱德權 摘要：時間對于人們來說總是那么的貴重，工作的勞碌性和繁雜性簡潔使人們遺忘當前的時間。于是，20世紀末，

3、,電子技術有了飛速地進展，不僅在通信技術上用數(shù)字信號替代模擬信號，數(shù)字時鐘相比模擬鐘能給人一種一目了然的感覺，它不僅可以同時顯示時、分和秒，并且可以完成精確的校正。數(shù)字時鐘具有走時精確，校準便利設計和使用簡潔的特點。對于Multisim軟件進行數(shù)字時鐘的設計和仿真。首先在Multisim創(chuàng)建好數(shù)字時鐘的總電路圖。然后用該軟件中的仿真功能進行仿真。一個數(shù)字時鐘需要振蕩器，計數(shù)器，譯碼器和顯示器電路精確時間“小時”“分”“秒”與數(shù)字顯示，并需要校正電路，使其精確的工作，也可有定時和計時功能。數(shù)字鐘及擴大其應用，有著格外現(xiàn)實的意義。在本文中，multisim10.0的基礎上設計的數(shù)字鐘，由數(shù)字集成電

4、路，數(shù)碼組成。 關鍵詞：數(shù)字鐘，振蕩器，計數(shù)器譯碼，顯示，仿真Design of digital clock based on MultisimZhaoJuan(School of Physics and Electrical Engineering of Anqing Normal College, Anqing 246011) Abstract:The time for people to always so precious，A busy and complex nature of the work is easy to make people forget the current ti

5、me。So, At the end of the twentieth Century,Electronic technology has been rapid development。Not only in communication technology with digital signal instead of analog signal，but also in our daily life,Digital clock compared to analog clock can give people a feeling of stick out a mile，It not only ca

6、n display hours, minutes and seconds，And it can accomplish accurate correction.Digital clock is accurate, convenient and simple in design with calibration.For design and simulation with Multisim software in digital clock .We first created Multisim software digital clock circuit diagram of the total.

7、And then use the softwares simulation features in the simulation .a digital clock to the oscillator,a  counter,decoder and display circuit accurately time "hours" "minutes"" seconds" with digital disp

8、lay, and the need for correction circuit make its accurate work, also can have from time to time and timekeeping function. Digital clock and the expansion of its

9、0;application, has very realistic significance. In this paper, the Multisim10.0 based on the design of the digital clock, is composed of a digital integrated circuit, digital 

10、display. Key words: digital clock ,oscillators ,counter  , decoding display , simulation 第1章 引言數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，鐘表的數(shù)字化給人們生產生活帶來了極大的便利，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動把握、定時廣播。而且與傳統(tǒng)的機械鐘相比，它具有走時精確、顯示直觀、無機械傳動、無需人的經(jīng)常調整等優(yōu)點。數(shù)字鐘的設計涉及到模擬電子與數(shù)字電子技術，

11、其中絕大部分是數(shù)字部分、規(guī)律門電路、數(shù)字規(guī)律表達式、計算真值表與規(guī)律函數(shù)間的關系、編碼器、譯碼器顯示等基本原理。現(xiàn)在主要用各種芯片實現(xiàn)其功能，更加便利和精確。Multisim10.0作為一種高效的設計與仿真平臺。其強大的虛擬儀器庫和軟件仿真功能，為電路設計供應了先進的設計理念和方法。1. 設計思路  1).由秒時鐘信號發(fā)生器、計時電路和校時電路構成電路。 2).秒時鐘信號發(fā)生器可由555定時器構成。 3).計時電路中接受兩個60進制計數(shù)器分別完成秒計時和分計時；24進制計數(shù)器完成時計時；接受譯碼器將計數(shù)器的輸出譯碼后送七段數(shù)碼管顯示。 4).校

12、時電路接受開關把握時、分、秒計數(shù)器的時鐘信號為校時脈沖以完成校時5)系統(tǒng)應具有整點報時功能，因此，應有譯碼電路將整點時間識別出來，同時應有報時電路。6)系統(tǒng)應有定時功能，因此，應有定時輸入電路和時間比較電路。7）系統(tǒng)應具有鬧鐘功能。2. 主要內容 生疏Multisim10.0仿真軟件的應用；設計一個具有顯示、校時、整點報時和定時功能的數(shù)字時鐘,.能獨立完成整個系統(tǒng)的設計；用Multisim10.0仿真實現(xiàn)數(shù)字時鐘的功能第2章 數(shù)字時鐘模塊設計 數(shù)字時鐘電路主要由時、分、秒三部分組成，秒時鐘電路主要由秒脈沖信號發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼管組成，秒計數(shù)周期60s。同

13、樣分時鐘電路由計數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼管組成，計數(shù)周期為60m，與秒時鐘電路不同的是脈沖信號由秒時鐘電路供應。時時鐘電路接受同樣的設計，計數(shù)周期為24h。2.1 數(shù)字時鐘秒脈沖信號的設計 2.1.1 秒時鐘信號發(fā)生器的設計 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定時器得到1Hz的脈沖，功能主要是產生標準秒脈沖信號和供應功能擴展電路所需要的信號。 由555定時器構成的1Hz秒時鐘信號發(fā)生器。下面的電路圖產生1Hz的脈沖信號作為總電路的初輸入時鐘脈沖。由555定時器得到1Hz的脈沖，功能主要是產生標準秒脈沖信號和供應功能擴展

14、電路所需要的信號。利用555多諧振蕩器，優(yōu)點：555內部的比較器靈敏度較高，而且接受差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。缺點：要精確輸出1Hz脈沖，對電容和電阻的數(shù)值精度要求很高，所以輸出脈沖既不夠精確也不夠穩(wěn)定.2.2 器件分析2.2.1 74LS160分析在數(shù)字鐘的把握電路中，分和秒的把握都是一樣的，都是由一個十進制計數(shù)器和一個六進制計數(shù)器串聯(lián)而成的，在電路的設計中我接受的是統(tǒng)一的器件74LS160D的反饋置數(shù)法來實現(xiàn)十進制功能和六進制功能，依據(jù)74LS160D的結構把輸出端的0110（十進制為6）用一個與非門74LS00引到CLR端便可置0，這樣就實現(xiàn)了六進制計數(shù)。

15、 由兩片十進制同步加法計數(shù)器74LS160級聯(lián)產生，接受的是異步清零法。 74LS160真值表 CLR LOAD ENP ENT CLKA B C DQA QB QC QD 0XXXXX X X X0 0 0 010XXX X X XA B C D1111X X X X 計數(shù)同樣，在輸出端的1001（十進制為9）用一個與非門74LS00引到Load端便可置0，這樣就實現(xiàn)了十進制計數(shù)。在分和秒的進位時，用秒計數(shù)器的Load端接分計數(shù)器的CLK把握時鐘脈沖，脈沖在上升沿來時計數(shù)器開頭計數(shù)。時計數(shù)器可由兩個十進制計數(shù)器串接并通過反饋接成二十四制計數(shù)器。 由計數(shù)器得到的4位二進制碼

16、的必需通過譯碼后轉為人們習慣的數(shù)字顯示。如12：54：30的二進制碼為00010010：01010100：00110000。 秒信號經(jīng)秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器之后，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以及“時”個位、十位的計時輸出信號，然后送至顯示電路，以便實現(xiàn)用數(shù)字顯示時、分、秒的要求?！懊搿焙汀胺帧庇嫈?shù)器應為六十進制，而“時”計數(shù)器應為二十四進制。接受10進制計數(shù)器74LS160來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。2.3 計數(shù)器設計2.3.1 六十進制計數(shù)器 對于74LS160計數(shù)，如圖所示，分、秒計數(shù)電路由 U3 和 U4&

17、#160;倆部分組成。當時十位 U4計數(shù)為 5，U3計數(shù)為 5 時，兩片 74LS160，再加上一片74LS13,從而構成 60 進制計數(shù)。 六十進制計數(shù)器2.3 .2 二十四進制計數(shù)器 時計時電路與分、秒計時電路相比，首先就是觸發(fā)信號來源于分計時電路的進位，其計時范圍為0-23。故在前面的基礎上只需修改準時范圍即可。如圖所示，時計數(shù)電路由 U3 和 U4 倆部分組成。當時個位 U4 計數(shù)為 4，U3 計數(shù)為 2&#

18、160;時，兩片 74LS160復零,從而構成 24 進制計數(shù)。二十四進制計數(shù)器2.4 計時電路設計2.4.1秒計時電路的設計 秒計時電路計數(shù)周期為60s，觸發(fā)信號由秒脈沖信號發(fā)生器供應，當計數(shù)值為59時，下一次觸發(fā)信號輸入時，向前進位并對計數(shù)值清零同時開頭進入下一個計數(shù)周期。2.4.2 時計時電路的設計 在數(shù)字電子時鐘中，時計時時鐘周期都為24h，當觸發(fā)信號輸入時，計數(shù)器計數(shù)1，累計到23后，下一秒開頭清零并向前進位，當計數(shù)值達到23時，下一個觸發(fā)信號輸入時，計數(shù)器清零同時開頭進入下一個計數(shù)周期。時計時電路電路設計原理圖如下

19、0; 時計時電路2.5 數(shù)字時鐘電路設計 數(shù)字時鐘系統(tǒng)的組成利用上面的六十進制和二十四進制遞增計數(shù)器子電路構成的數(shù)字鐘系統(tǒng)如圖所示 數(shù)字電路系統(tǒng)以上電路可完成計時周期為24h，可以精確計時，具有“時”（00-23）“分”（00-59）“秒”（00-59）數(shù)字顯示。2.6 校時電路數(shù)字鐘應具有分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并接受正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。校正信號可直接取自信號發(fā)生器產生的信號；輸出端則與分或時個位計時輸入端相連。當開關打到一端時，正常輸入信號可以順當通過，故校時電路處于正常計時狀態(tài)；當開關打到一端時，信號產生校時電

20、路處于校時狀態(tài)。校時電路接受開關把握時、分、秒計數(shù)器的時鐘信號為校時脈沖以完成校時。如圖，當開關A,B閉合，C,D斷開時，電路進行正常的計時工作；當開關A,B斷開，C,D閉合時，就可以自動進行校時。當然也可以手動校準時間，這是需要不斷地閉合、斷開開關，每次只轉變一個數(shù)。其中C是校時開關,D是較分開關，開關E用來把握秒得校準，斷開時，秒顯示為0?？紤]到開關電路中到59秒及開頭向前進位，故添加反向器，從而實現(xiàn)開關校時電路校時電路將開關校時加入到時鐘電路中，時鐘消滅誤差時，需校準。當數(shù)字鐘接通電源或者計時消滅誤差時，需要校正時間。校時是數(shù)字鐘應具備的基本功能。對校時電路的要求是，在小時校正時不影響分

21、和秒的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)。校時方式有快校時和慢校時兩種，快校時是，通過開關把握，使計數(shù)器對1Hz的校時脈沖計數(shù)。慢校時是用手動產生單脈沖作校時脈沖下圖所示為校時電路和校分電路。其中S1是校分用的把握開關，S2為校時用的把握開關，它們的把握功能下表所示。校時脈沖接受分頻器輸出的1Hz脈沖，當S1或S2分別為0時可進行快校時。假如校時脈沖由單脈沖產生器供應，則可以進行慢校時。Multisim10.0仿真軟件校時的具體設計方法是：用一個單刀雙擲開關切換計數(shù)功能與校時功能，另一端接計數(shù)器的脈沖輸入端，開關置于函數(shù)發(fā)生器這一端便可以校時，置于計數(shù)器的進位端便是計時。不校正時間時

22、開關都應打在與非門的那一端。開關校時電路2.7 整點報時電路應在整點前10 秒鐘內開頭整點報時，即當時間在59 分50 秒到59 分59 秒期間時，報時電路報時把握信號。當時間在59 分50 秒到59 分59 秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9 和5，因此可將分計數(shù)器十位的Qc 和Qa 、個位的Qd 和Qa及秒計數(shù)器十位的Qc 和Qa 相與，從而產生報時把握信號。報時電路可選74HC30 來構成。74HC30 為8 輸入與非門。整點報時的功能要求時，每當數(shù)字鐘計時快到整點時發(fā)出聲響。由原理可知當分鐘計數(shù)到一個周期向前進位時，蜂鳴器開頭工作。U20分別接秒鐘十位Qa、Qd；

23、分鐘個位QaQd；分鐘十位QaQc。整點報時電路2.8 鬧鐘電路利用上邊的二十四進制和六十進制的計數(shù)器作為信息的比較源之一，另外利用四片數(shù)值比較器74LS85對小時的個位和十位以及分鐘的個位和十位進行比較，假如與設定的時間一樣，則產生輸出信號，利用7440和7404組成的電路驅動蜂鳴器的鳴叫，鳴叫的時間是一分鐘，從*：*：00到*：*：59。假設：要求上午7時59分發(fā)出鬧時信號，持續(xù)時間為1分鐘。7分59分對應數(shù)字鐘的時個位計數(shù)器的狀態(tài)為（Q3Q2Q1Q0）HI=0111，分十位計數(shù)器的狀態(tài)為（Q3Q2Q1Q0）M2=0101, 分個位計數(shù)器的狀態(tài)為（Q3Q2Q1Q0）M1=1001。若將上述

24、計數(shù)器輸出為“1”的全部輸出端經(jīng)過與門電路去把握音響電路，可以使音響電路正好在7點59分響，持續(xù)1分鐘后（8點）停響。所以鬧時把握信號z的表達式為Z=(Q2Q1Q0)HI*(Q2Q0)M2*(Q3Q0)M1*M,其中M為上午的信號輸出，要求M=1。用與非門實現(xiàn)可將Z進行變換，即Z=其規(guī)律電路如圖，74LS20為4輸入二與非門，74LS03為集成電路開路（OC門）的2輸入四與非門，因OC門的輸出端可以進行“線與”，使用時在它們的輸出端與電源+5V端之間應接一電阻RL=3.3。由圖可知在上午7點59分時，音響電路的晶體管導通，則揚聲器發(fā)出1KHz的聲音。持續(xù)1分鐘到8點整，晶體管因輸入端為0而截止

25、，電路停鬧。指定的時刻發(fā)出信號，或驅動音響電路“鬧時”；或對某裝置的電源進行接通或斷開“把握”。不管時鬧時還是把握，都要求時間精確，即信號的開頭時刻與持續(xù)時間必需滿足規(guī)定的要求。鬧鐘電路接受開關的形式把握74LS85的定時輸入與時鐘時間比較，當比較數(shù)值始終時產生輸出信號1，蜂鳴器工作，工作時長為1分鐘。如圖所示，接受開關把握便利用戶對鬧鐘時間的設定課題總電路圖第3章 仿真調試基于Multisim10的數(shù)字電子鐘的設計實現(xiàn)了基本的時鐘以及對時鐘的校準、定時鬧鐘，整點報時，各個子電路的設計如第三部分子電路設計的結構電路一樣，將各個部分連接在一起的整機連調的電路圖在multisim10.0平臺上進行

26、仿真。Multisim10.0是一個電路原理設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，其元器件庫供應數(shù)千種電路元器件供試驗選用，同時也可以新建或擴充已有的元器件庫。有超強板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析力量。Multisim10.0軟件進行設計仿真分析的基本步驟為:設計創(chuàng)建仿真電路、原理圖電路圖、選項的設置、使用仿真儀器、設定仿真分析方法，啟動Multisim10.0仿真。仿真分析開頭前可雙擊儀器圖標打開儀器面板。預備觀看被測試波形。按下程序窗口右上角的啟動停止開關狀態(tài)為1，仿真分析開頭。若再次按下，啟動停止升關狀態(tài)為0，仿真

27、分析停止。電路啟動后，需要調整示波器的時基和通道把握，使波形顯示正常。在Multisim10.0軟件中，依據(jù)數(shù)字鐘的總電路圖，設置函數(shù)發(fā)生器的頻率為1Hz，把A開關和B開關都接到與非門的那端，再運行就可以讓數(shù)字鐘自行計數(shù)了。假如運行的太慢可以適當調整函數(shù)發(fā)生器的頻率。假如把A開關接到函數(shù)發(fā)生器上，就是對小時進行校正，假如把B開關接到函數(shù)發(fā)生器上那就是對分進行校正。小時的計數(shù)是從01到12，不是從00到11，但在校正小時位時初始狀態(tài)仍為00。振蕩器的仿真可以直接運行，然后用示波器觀看現(xiàn)象便可。直流穩(wěn)壓電源的仿真中可以看到用萬用表測量出關鍵點的電壓5.123V。用示波器A通道和B通道分別顯示整流濾

28、波后電壓UI的波形和穩(wěn)壓輸出電壓UO的波形，從示波器顯示窗口可以看出：上面一條鋸齒波曲線為UI波形，下面一條線為UO波形。假如以上設計的電路通過模擬仿真分析，不符合設計要求，可通過漸漸轉變元器件參數(shù)，或更改元器件型號，使設計符合要求，最終確定出元器件參數(shù)。并可對更改的電路馬上進行仿真分析，觀看虛擬結果是否滿足設計要求。3.1時鐘顯示3.1.1 時鐘顯示完整的00:00:003.1.2 時鐘完整顯示01:00:003.1.3 時鐘完整顯示23:59:593.1.4 仿真開關校準“秒”電路3.1.5 仿真開關校準“分”電路3.1.6 仿真開關校準“時”電路第4章 結論由震蕩器、秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器、顯示數(shù)碼管設計了數(shù)字時鐘電路，經(jīng)過