基于Multisim的數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)及仿真

1、基于Multisim的數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)及仿真摘 要隨著電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)的發(fā)展，開創(chuàng)了利用“虛擬儀器”、“虛擬器件”在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的新方法。Multisim就是一種能夠運(yùn)用這種新方法的軟件，因它直觀、便捷的特點(diǎn)使其在電子設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用?？梢栽贛ultisim軟件中進(jìn)行模擬仿真，避免了實(shí)際操作的繁雜和不便，同時(shí)節(jié)約了實(shí)驗(yàn)器材，有助于邊學(xué)邊用，從而學(xué)以致用。而數(shù)字時(shí)鐘具有走時(shí)精確、校時(shí)方便、設(shè)計(jì)和使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)定時(shí)和報(bào)時(shí)功能，得到了廣泛使用。通過這個(gè)數(shù)字時(shí)鐘的仿真，幫助認(rèn)識(shí)其軟件作用，深入分析其原理，幫助了解數(shù)字時(shí)鐘工作原理。對(duì)于Multisim軟件進(jìn)行數(shù)字

2、時(shí)鐘的設(shè)計(jì)和仿真。我們首先在Multisim軟件中創(chuàng)建好數(shù)字時(shí)鐘的總電路圖。然后用該軟件中的仿真功能進(jìn)行仿真。正確仿真的數(shù)字時(shí)鐘應(yīng)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。關(guān)鍵詞：EDA，Multisim，模擬仿真，數(shù)字時(shí)鐘Simulation Discussion of Digital Clock Based on Multisim Author: Huang Sheng Tutor: Si Xiao-ping AbstractAlong with the development of Electronic Des

3、ign Automation(EDA)，a new way of the electronic circuit design and experiments is created by using virtual instruments and components on computersMultisim is a software to be able to use this way, because of its intuitive and convenient features of its electronic design with a wide range of applicat

4、ions. Multisim software can be carried out in the simulation, the actual operation to avoid the inconvenience of the complicated and, at the same time to save the experimental equipment, help to learn, and thus apply what they have learned. And go figure, when the clock has precision, school and con

5、venient design and easy to use features, to achieve timing and time functions, have been widely used. Through this figure the simulation clock to help recognize the role of its software, in-depth analysis of its principles, to help understand the working principle of the digital clock. For design an

6、d simulation with Multisim software in the digital clock. We first created Multisim software digital clock circuit diagram of the total. And then use the softwares simulation features in the simulation. Correct simulation of the digital clock should have seconds, sub, when the decimal figures, can b

7、e corrected at any time minutes and hours, when the bell when the whole point to carry out the whole time, but also can be set from time to time.Key word: EDA，Multisim，Simulation，Digital Clock目 錄1緒論11.1 課題背景及目的11.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況21.3 論文的構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容22設(shè)計(jì)方案43 Multisim 10軟件介紹63.1 Multisim 10軟件簡(jiǎn)介63.2 Multisim 10軟件功

8、能63.3 Multisim 10軟件發(fā)展63.4 Multisim 10軟件分析工具73.5 Multisim 10仿真的基本步驟73.6 Multisim 10意義84數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)及仿真分析94.1 數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)概況94.2 數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)94.2.1 小時(shí)計(jì)時(shí)電路94.2.2 分鐘計(jì)時(shí)電路114.2.3 校時(shí)選擇電路124.2.4 整點(diǎn)譯碼電路134.2.5 定時(shí)比較電路144.2.6 脈沖產(chǎn)生和分頻電路154.2.7 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路164.3 總體電路設(shè)計(jì)和仿真分析174.3.1 總體電路設(shè)計(jì)174.3.2 仿真分析17結(jié) 論19致 謝20參考文獻(xiàn)211緒論1.1 課題背景及目的 EDA就

9、是（Electronic Design Automation，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）的縮寫技術(shù)已經(jīng)在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。發(fā)達(dá)國(guó)家目前已經(jīng)基本上不存在電子產(chǎn)品的手工設(shè)計(jì)。EDA技術(shù)借助計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量大、運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，可對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行人工難以完成的模擬評(píng)估、設(shè)計(jì)檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)優(yōu)化和數(shù)據(jù)處理等工作。EDA已經(jīng)成為集成電路、印制電路板、電子整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)手段1。Multisim軟件就是EDA中最普遍實(shí)用的一種軟件。它是加拿大圖像交互技術(shù)公司（Interactive Image Technoligics簡(jiǎn)稱IIT公司)推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。

10、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能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路行為進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。Multisim計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好的解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一老大難問題。學(xué)員可以很好地、很方便地把剛剛學(xué)到的理論

11、知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來。并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。極大地提高了學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情和積極性。真正的做到了變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。這些在教學(xué)活動(dòng)中已經(jīng)得到了很好的體現(xiàn)。還有很重要的一點(diǎn)就是：計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器對(duì)教員的教學(xué)也是一個(gè)很好的提高和促進(jìn)2。數(shù)字時(shí)鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確 、校時(shí)方便、設(shè)計(jì)和使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)定時(shí)和報(bào)時(shí)功能。它已經(jīng)成為人們生活中必不可少的一種工具，尤其是在現(xiàn)在這個(gè)講究效率的年代，時(shí)鐘更是在人類生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。通過Multisim軟件對(duì)數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)和仿真具有很好的實(shí)際意義3。1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況Multisim軟件在國(guó)外應(yīng)用非

12、常普遍了，各種電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)基本上都是通過Multisim軟件設(shè)計(jì)出來的。一臺(tái)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程，從概念的確立，到包括電路原理、PCB版圖、單片機(jī)程序、機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)、FPGA的構(gòu)建及仿真、外觀界面、熱穩(wěn)定分析、電磁兼容分析在內(nèi)的物理級(jí)設(shè)計(jì)，再到PCB鉆孔圖、自動(dòng)貼片、焊膏漏印、元器件清單、總裝配圖等生產(chǎn)所需資料等等全部在計(jì)算機(jī)上完成?，F(xiàn)實(shí)上的元器件在模擬計(jì)算機(jī)上都能找到，完全避免了實(shí)際操作的繁雜和不便。同時(shí)借助計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量大、運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，可對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行人工難以完成的模擬評(píng)估、設(shè)計(jì)檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)優(yōu)化和數(shù)據(jù)處理等工作。目前在國(guó)外已成為集成電路、印制電路板、電子整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)手段。在國(guó)外對(duì)于

13、電子專業(yè)學(xué)生來說，學(xué)Multisim軟件是一門必修課。該軟件有一點(diǎn)好處，就是可以很好的解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一老大難問題。學(xué)生可以很好地、很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來。并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。極大地提高了學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情和積極性。真正的做到了變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。這些在國(guó)外教學(xué)活動(dòng)中已經(jīng)得到了很好的體現(xiàn)。近幾年Multisim軟件才引進(jìn)中國(guó)，在各方面都不成熟，對(duì)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)基本上還采用手工設(shè)計(jì)。對(duì)于手工設(shè)計(jì)來說，設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的產(chǎn)品需要很長(zhǎng)的時(shí)間，從中還得不斷的修改，補(bǔ)充，很費(fèi)精力。在國(guó)內(nèi)各大高校，學(xué)習(xí)Multisim軟件非常少見

14、，很多學(xué)生都不知道有這么個(gè)軟件。因此在國(guó)內(nèi)外形成了鮮明的對(duì)比4。1.3 論文的構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容本論文首先介紹該課題的背景及目的、國(guó)內(nèi)外研究狀況、論文的構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容；其次詳細(xì)的介紹Multisim 10軟件的功能、發(fā)展、分析工具、仿真基本步驟和運(yùn)用軟件的意義；最后分析數(shù)字時(shí)鐘各個(gè)模塊，并且通過Multisim 10軟件對(duì)數(shù)字時(shí)鐘總體電路進(jìn)行仿真，得出結(jié)果。此次仿真的數(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

15、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60后，分鐘加1；當(dāng)分滿60后，時(shí)加1；當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)滿24時(shí)后，又開始下一個(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)通過比較電路確定能否產(chǎn)生定時(shí)報(bào)警信號(hào)。顯示信號(hào)通過整點(diǎn)譯碼電路產(chǎn)生整點(diǎn)報(bào)警信號(hào)。2設(shè)計(jì)方案數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)與開發(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

16、，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，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所示，數(shù)字時(shí)鐘電路有3個(gè)開關(guān)，它們的功能如下。（1）S1：S1為瞬態(tài)開關(guān)，手動(dòng)輸入計(jì)數(shù)脈沖。（2）S2：校時(shí)/定時(shí)/校時(shí)選擇電路輸入選擇開關(guān)，當(dāng)開關(guān)切換到上觸點(diǎn)，為定時(shí)輸入；當(dāng)開關(guān)切換到中間觸點(diǎn)，為校時(shí)輸入；當(dāng)開關(guān)切換到

17、下觸點(diǎn)，為校時(shí)選擇電路輸入。（3）S3：為計(jì)時(shí)/校時(shí)選擇開關(guān)，當(dāng)開關(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)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。3 Multisim 10軟件介紹3.1 Mu

18、ltisim 10軟件簡(jiǎn)介Multisim的前身是加拿大圖像交互技術(shù)(IIT)公司生產(chǎn)的EWB，其以Windows為基礎(chǔ)，適用于模擬、數(shù)字電路設(shè)計(jì)，隨后有多種升級(jí)版本誕生，由于仿真功能更強(qiáng)大，因此更名為Multisim。后來，Multisim被美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司收購，與該公司生產(chǎn)的Labview結(jié)合，性能得到了極大的提升。 Multisim 10軟件是EWB軟件的最新版本，專門用于電路仿真，是迄今為止最易用、 最直觀的仿真軟件，增加了大量的VHDL元件模型，可以仿真更復(fù)雜的數(shù)字元件，并且可以對(duì)單片機(jī)做仿真運(yùn)行，極大地方便了單片機(jī)初學(xué)者和單片機(jī)開發(fā)實(shí)驗(yàn)工作者，完全可以脫離實(shí)驗(yàn)箱、開發(fā)板的束

19、縛，隨意在計(jì)算機(jī)上模擬單片機(jī)固件(hex)的“燒片”和運(yùn)行結(jié)果，配合各種虛擬儀器的使用，可以快速準(zhǔn)確地調(diào)試程序和硬件連接，而最終取得最佳方案。在保留了EWB形象直觀等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，大大增強(qiáng)了軟件的仿真測(cè)試和分析功能，大大擴(kuò)充了元件庫中的元件數(shù)目，特別是增加了大量與實(shí)際元件對(duì)應(yīng)的元件模型，使得仿真設(shè)計(jì)的結(jié)果更精確、更可靠、更具有實(shí)用性。 3.2 Multisim 10軟件功能 (1)具有豐富的元件庫；(2)類型齊全的仿真；(3)高度集成的操作界面；(4)強(qiáng)大的分析功能；(5)強(qiáng)大的虛擬儀器儀表功能；(6)具有VHDIVerilog的設(shè)計(jì)和仿真功能；(7)提供多種輸入輸出接口(可以與其他EDA軟件

20、結(jié)合使用)；(8)新增加了對(duì)51系列單片機(jī)、PIC單片機(jī)的完美支持，可以把單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)直接在計(jì)算機(jī)上模擬運(yùn)行，得到高精度的仿真數(shù)據(jù)，使得大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷脑O(shè)計(jì)和仿真與模擬電路、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)和仿真融為一體，突破了原來大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷o法與普遍電路融為一體仿真的局限。3.3 Multisim 10軟件發(fā)展EWB虛擬電子工作臺(tái)軟件自發(fā)布以來，從EWB40發(fā)展到現(xiàn)在的Multisim 10，經(jīng)歷了EWB50、EWB60、Multisim2001、Multisim 7、Multisim 8、Multisim 9等一系列不斷升級(jí)和完善的過程。最新版本Multisiml0具有如下一些新特點(diǎn)：(1)

21、提升了Multisim的易用性。Multisim軟件以圖形界面為主，采用菜單、工具欄和熱鍵相結(jié)合的方式，具有一般Windows應(yīng)用軟件的界面風(fēng)格，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)自己的習(xí)慣和熟悉程度自如使用。(2)增加了豐富的電路元件庫。擴(kuò)充了MCU模塊，提供了包括INTEL/Atmel 8051/8052和MicrochipPIC16F84a的單片機(jī)完整系統(tǒng)的仿真。(3)增加了C語言和匯編語言的支持。設(shè)計(jì)者可以方便的使用這兩種語言對(duì)MCU進(jìn)行控制和仿真。(4)提供了為SPICE和MCU的綜合仿真環(huán)境。設(shè)計(jì)者可以在設(shè)計(jì)流程中提早對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，使設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)潔。(5)增加了MCU菜單對(duì)單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試和控制及斷

22、點(diǎn)跟蹤，使單片機(jī)仿真更為容易和方便。 從Multisim 10的特性中可以看到，它集電路和編程仿真于一體，可以方便地在設(shè)計(jì)窗口進(jìn)行電路器件的放置、連線和程序的編寫并仿真，對(duì)于單片機(jī)教學(xué)更為方便和高效率10。3.4 Multisim 10軟件分析工具M(jìn)ultisim 10有l(wèi)8種分析工具，分別是直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅立葉分析、噪聲分析、噪聲系數(shù)分析、失真分析、直流掃描分析、靈敏度分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析、零極點(diǎn)分析、傳遞函數(shù)分析、最壞情況分析、蒙特卡洛分析、線寬分析、批處理分析和用戶自定義分析。用戶利用這些分析工具，可以更快得到非常精確的分析電路的結(jié)果，也減少了實(shí)際硬件測(cè)

23、試中的繁瑣步驟和資金投人。 3.5 Multisim 10仿真的基本步驟(1)利用Multisim 10提供的元器件及虛擬器件在工作區(qū)中建立電路；(2)設(shè)定元件的工作模式、參數(shù)和標(biāo)號(hào)；(3)激活電路進(jìn)行邏輯仿真；(4)分析仿真結(jié)果；(5)結(jié)果不正確時(shí)重新調(diào)整元器件及虛擬儀器的參數(shù)；(6)保存電路圖，打印仿真結(jié)果 6。3.6 Multisim 10意義Multisim 10用于電子類相關(guān)課程的輔助教學(xué)，不僅可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器和元器件缺乏帶來的不足，而且排除了原材料消耗和儀器損壞等不良因素，同時(shí)，也使實(shí)驗(yàn)室搬進(jìn)課堂成為可能。教師在課堂教學(xué)中通過軟件設(shè)計(jì)電路，模擬各種電路的功能，并根據(jù)需要隨意控制，使

24、電路功能可以分層次展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)逐層深入的效果。通過在屏幕上進(jìn)行功能展示，可使一些抽象的概念形象化，幫助學(xué)生更快、更好地掌握課堂講述的內(nèi)容，加深對(duì)概念、原理的理解，彌補(bǔ)課堂理論教學(xué)的不足。在教學(xué)過程中，學(xué)生也能夠保持極高的學(xué)習(xí)興致， 這樣的教學(xué)模式形象生動(dòng)，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。提高課堂教學(xué)效果。學(xué)生通過電路仿真，可以熟悉常用電子儀器的測(cè)量方法，這對(duì)進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力，排除故障能力和開發(fā)、創(chuàng)新能力都具有重要意義7。4數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)及仿真分析4.1 數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)概況在Multisim環(huán)境中設(shè)計(jì)數(shù)字時(shí)鐘，包括單元電路設(shè)計(jì)和總體電路設(shè)計(jì)。單元電路為小時(shí)計(jì)時(shí)模塊、分鐘計(jì)時(shí)模塊、秒鐘計(jì)時(shí)模塊

25、、整點(diǎn)譯碼電路、比較電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路、校時(shí)/定時(shí)選擇電路以及報(bào)警電路等。待單元電路設(shè)計(jì)完成以后，將單元電路進(jìn)行封裝連接得到總體電路。這樣可進(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)。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。圖4.1 小時(shí)計(jì)時(shí)電路該電路用兩片74LS160（二十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器）構(gòu)成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，與門74LS08和反向器74LS04組成譯碼電路，該譯碼電路能識(shí)別代碼“24”，輸出信號(hào)使CLR=0，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值被置0.所以，整個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)圖為0001022324（暫態(tài)）00，共有24個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)8。小時(shí)計(jì)時(shí)電路的封裝模塊如圖4.2所示，

26、其引腳功能如表4.1所示。圖4.2 小時(shí)計(jì)時(shí)電路的封裝模塊表4.1 小時(shí)計(jì)時(shí)電路的封裝模塊引腳功能表引腳信號(hào)流向信號(hào)連接引腳信號(hào)流向信號(hào)連接HOURSET輸入校時(shí)選擇輸入，正常工作為高電平L04輸出接LED數(shù)碼管，顯示計(jì)時(shí)時(shí)間（小時(shí)）低位CLOCK輸入接小時(shí)計(jì)數(shù)脈沖L03輸出H04輸出接LED數(shù)碼管，顯示計(jì)時(shí)時(shí)間（小時(shí)）高位L02輸出H03輸出L01輸出H02輸出H01輸出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。圖4.3 分鐘計(jì)時(shí)電路該電路用兩片74LS160（二十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器）構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，與非門74LS00組成譯碼電路，該譯碼電路能識(shí)別代碼59（是對(duì)代碼59的特征進(jìn)行譯碼

27、）。整個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)圖為000102585900，共有60個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。器封裝引腳童小時(shí)計(jì)時(shí)電路。另外，單元電路中的秒計(jì)時(shí)電路同分鐘計(jì)時(shí)電路。分鐘計(jì)時(shí)電路的封裝模塊如圖4.4所示，其引腳功能如表4.2所示。圖4.4 分鐘計(jì)時(shí)電路的封裝模塊表4.2 分鐘計(jì)時(shí)電路的封裝模塊引腳功能表引腳信號(hào)流向信號(hào)連接引腳信號(hào)流向信號(hào)連接MINSET輸入校時(shí)選擇輸入，正常工作為高電平CLR輸入接清零輸入，系統(tǒng)未用，接高電平CLOCK輸入接小時(shí)計(jì)數(shù)脈沖L04輸出接LED數(shù)碼管，顯示計(jì)時(shí)時(shí)間（小時(shí)）低位H04輸出接LED數(shù)碼管，顯示計(jì)時(shí)時(shí)間（小時(shí)）高位L03輸出H03輸出L02輸出H02輸出L01輸出H01輸出4

28、.2.3 校時(shí)選擇電路校時(shí)選擇電路如圖4.5所示。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。校時(shí)選擇電路的封裝模塊如圖4.6所示，器對(duì)應(yīng)的封裝引腳如表4.3所示。圖4.6 校時(shí)選擇電路的封裝模塊表4.3 校時(shí)選擇電路的封裝模塊引腳功能表引腳信號(hào)流向信號(hào)連接引腳信號(hào)流向信號(hào)連接TIMEDET輸入接瞬態(tài)開關(guān)MIN輸出接分鐘計(jì)時(shí)電路的MINSET輸入HOUR輸出接小時(shí)計(jì)時(shí)電路的HOURSET輸入端SEC輸出接秒計(jì)時(shí)電路的SECCSET輸入端TIMESET：接瞬態(tài)開關(guān)，可手動(dòng)選擇校

29、時(shí)信號(hào)。當(dāng)校時(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)）；單擊一次開關(guān)按鈕，可使校時(shí)選擇信號(hào)變?yōu)镠OUR=0、MIN=1、SEC=0（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)字量來說，是一個(gè)代碼，用門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

30、4.8所示，器引腳功能如表4.4所示。圖4.7 整點(diǎn)譯碼電路圖4.8 整點(diǎn)譯碼電路的封裝模塊表4.4 整點(diǎn)譯碼電路的封裝模塊引腳功能表引腳信號(hào)流向信號(hào)連接引腳信號(hào)流向信號(hào)連接I01輸入接分鐘計(jì)時(shí)模塊輸出I06輸入接分鐘計(jì)時(shí)模塊輸出I02輸入I07輸入I03輸入I08輸入I04輸入I09輸入接整點(diǎn)報(bào)時(shí)指示燈I05輸入4.2.5 定時(shí)比較電路定時(shí)比較電路是將設(shè)定時(shí)間和當(dāng)前的計(jì)時(shí)時(shí)間進(jìn)行比較，電路可選用數(shù)值比較器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。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

31、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R1、R2的值9。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)。圖4.10 脈沖產(chǎn)生和分頻電路應(yīng)說明的是，

32、能產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖的電路很多，如用晶體振蕩器附加適當(dāng)?shù)拈T電路，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。圖4.11 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路4.3 總體電路設(shè)計(jì)和仿真分析4.3.1 總體電路設(shè)計(jì)總體電路設(shè)計(jì)是將單元電路模塊小時(shí)計(jì)時(shí)電路、分鐘計(jì)時(shí)電路、秒鐘計(jì)時(shí)電路、校時(shí)選擇電路、整點(diǎn)譯碼電路等模塊連接在一起，外接輸入開關(guān)和輸出顯示數(shù)碼管構(gòu)成

33、?？傮w電路如圖4.12所示。圖4.12 數(shù)字時(shí)鐘總體電路4.3.2 仿真分析下面我們將利用這些元器件進(jìn)行模擬仿真。用Multisim 10進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的主要步驟包括：創(chuàng)建仿真電路圖尋找相關(guān)的仿真分析方法啟動(dòng)Multisim 10仿真仿真結(jié)果的處理10。 仿真流程設(shè)計(jì)如圖4.13所示。 圖4.13 仿真流程設(shè)計(jì)圖單擊運(yùn)行按鈕，可觀測(cè)仿真結(jié)果。電路能完成計(jì)時(shí)、校時(shí)以及整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。（1）計(jì)時(shí)功能。當(dāng)開關(guān)S1、S2都處于左邊觸點(diǎn)時(shí)，數(shù)字時(shí)鐘工作于計(jì)時(shí)狀態(tài)。此時(shí)，電路中的秒計(jì)時(shí)電路、分鐘計(jì)時(shí)電路以及小時(shí)計(jì)時(shí)電路分別對(duì)秒脈沖、分鐘脈沖和小時(shí)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)結(jié)果經(jīng)數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)時(shí)間值。（2）校時(shí)功能。當(dāng)

34、開關(guān)S1、S2都處于右邊觸點(diǎn)時(shí)，數(shù)字時(shí)鐘工作于校時(shí)狀態(tài)。按瞬態(tài)按鈕J2（按B鍵），可以選擇對(duì)“小時(shí)”、“分鐘”和“秒鐘”進(jìn)行校時(shí)。校時(shí)時(shí)通過開關(guān)S3（按C鍵）手動(dòng)輸入校時(shí)時(shí)間。（3）整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。整點(diǎn)譯碼電路通過識(shí)別整點(diǎn)時(shí)間，產(chǎn)生整點(diǎn)報(bào)時(shí)信號(hào)。當(dāng)前時(shí)間為整點(diǎn)時(shí)間（零分）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生整點(diǎn)報(bào)時(shí)，在進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)是，通過信號(hào)燈顯示報(bào)時(shí)信號(hào)11。結(jié) 論對(duì)于電子設(shè)計(jì)工作者來說，Multisim 10軟件是個(gè)極好的EDA工具。掌握電子技術(shù)，不僅需要理論知識(shí)，更重要的是通過實(shí)際操作加深對(duì)內(nèi)容的理解。利用Multisim 10作為電子類相關(guān)課程的輔助教學(xué)和實(shí)訓(xùn)手段，可使我通過電路仿真熟悉常用電子儀器的測(cè)量方法。這對(duì)進(jìn)一步培養(yǎng)我的綜合分析能力，排除故障能力和開發(fā)、創(chuàng)新能力具有重要意義。 通過查閱參考文獻(xiàn)，我學(xué)習(xí)到了很多以前沒接觸到的知識(shí)，更加認(rèn)識(shí)到網(wǎng)絡(luò)資源的重要性，有了網(wǎng)絡(luò)我們可以方便快速的學(xué)習(xí)我們所需的知識(shí)，并解決我遇到的問題。通過圖書館的相關(guān)書籍以及“萬方學(xué)士學(xué)位論文數(shù)據(jù)庫論文網(wǎng)”“維普期刊網(wǎng)”，使我對(duì)之前所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)有了進(jìn)一步的理解和掌握。在此過程中我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程可能相當(dāng)煩瑣，有時(shí)花很長(zhǎng)時(shí)間設(shè)計(jì)出來的電路還是需要重做，那時(shí)心中未免有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)更加需要靜下心，查找原因。也看到了專業(yè)的發(fā)展