基于Multisim 9的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)與仿真

數(shù)字電子鐘是用數(shù)字集成電路構(gòu)成并有數(shù)字顯示特點(diǎn)的一種現(xiàn)代計(jì)數(shù)器，與傳統(tǒng)的機(jī)械計(jì)時(shí)器相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)、顯示直觀、無(wú)機(jī)械磨損等，因而廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、商店等公共場(chǎng)所。目前，數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)，主要是采用計(jì)數(shù)器等集成電路構(gòu)成，由于所用集成電路多。連線雜亂，不便閱讀。本文采用層次電路設(shè)計(jì)，將各單元電路設(shè)計(jì)成層次電路，這樣每個(gè)單元電路和整體電路連線一目了然，既美觀也便于閱讀，還有利于團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)，因每一層次電路為一獨(dú)立電路，便于獨(dú)立設(shè)計(jì)和修改。

1 設(shè)計(jì)任務(wù)
    (1)電子鐘能顯示“時(shí)”、“分”、“秒”；
    (2)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”的校時(shí)。

2 整機(jī)框圖
    數(shù)字電子鐘主要由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器、校時(shí)電路等組成。秒信號(hào)發(fā)生器主要由石英晶體振蕩器或555振蕩器分頻后得到；秒、分都是60進(jìn)制，故由60進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成；時(shí)為24進(jìn)制，即由24進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成；顯示部分由譯碼和數(shù)碼顯示構(gòu)成；校時(shí)電路由門(mén)電路和開(kāi)關(guān)等構(gòu)成。整機(jī)框圖如圖1所示。

3 各部分電路設(shè)計(jì)
3．1 秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)器
    秒、分計(jì)數(shù)采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)采用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。它們都是8個(gè)BCD碼輸出，1個(gè)進(jìn)位輸出，1個(gè)時(shí)鐘脈沖輸入。在設(shè)計(jì)層次電路時(shí)，皆可設(shè)計(jì)為1個(gè)輸入端，9個(gè)輸出端。在Multisim仿真軟件中，執(zhí)行Place／New Hierachical Block命令，在fiIe name of Hierachical Block中填入你要設(shè)計(jì)的電路名稱，如“60進(jìn)制計(jì)數(shù)器”等，再根據(jù)需要在輸入、輸出端口數(shù)中填寫(xiě)所需數(shù)字，點(diǎn)“OK”后，即得如圖2所示電路層次模塊。雙擊它，得到圖3所示窗口，點(diǎn)Edit HB／SC對(duì)其內(nèi)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。若要進(jìn)行修改，同樣采用以上步驟。

    由此，采用4518十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，設(shè)計(jì)了60進(jìn)制和24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的內(nèi)部電路分別如圖4、圖5所示。

3．2 校準(zhǔn)電路
    同樣的方法，設(shè)計(jì)校準(zhǔn)電路的層次電路時(shí)，設(shè)計(jì)為6個(gè)輸入口、3個(gè)輸出口，其內(nèi)部電路如圖6所示。為便于使用，將校準(zhǔn)開(kāi)關(guān)外接。
    校時(shí)電路工作過(guò)程如圖7所示，正常工作情況下，J3斷開(kāi)，J1，J2閉合，秒脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器。當(dāng)需要對(duì)秒進(jìn)行校正時(shí)，閉合和斷開(kāi)J3，直到需要的數(shù)字為止；需要對(duì)分校正時(shí)，J3處于閉合的情況下，斷開(kāi)J2，秒脈沖進(jìn)入到分計(jì)時(shí)，則分計(jì)數(shù)器快速計(jì)數(shù)，直到顯示的時(shí)間為需要的數(shù)字為止，再閉合J2；同理，可以對(duì)時(shí)進(jìn)行校正。

4 整機(jī)電路安裝調(diào)試
    在Multisim中，執(zhí)行Place／Hierachical Block命令，找到已存儲(chǔ)的層次塊，點(diǎn)打開(kāi)即可出現(xiàn)在電路模扳中，再在元件庫(kù)中找出信號(hào)發(fā)生器和數(shù)碼顯示器。本例中采用現(xiàn)成的信號(hào)發(fā)生器，可以將信號(hào)頻率設(shè)置為較高頻率，以便快速調(diào)節(jié)。數(shù)碼顯示器直接采用16位數(shù)碼顯示管，因本例中不會(huì)出現(xiàn)大于9的數(shù)碼，即使初始可能出現(xiàn)，可以通過(guò)校時(shí)電路快速調(diào)節(jié)為所需數(shù)字。
    為使各電路接線后能順利工作，對(duì)各層次塊可以先分別測(cè)試其功能。將信號(hào)發(fā)生器分別接入60進(jìn)制和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器層次塊，其輸出接數(shù)碼管或示波器看其是否能完成其功能。對(duì)其校準(zhǔn)電路，只有當(dāng)整機(jī)電路接好后，按校準(zhǔn)電路所說(shuō)工作方式，看是否能起到時(shí)、分、秒的校準(zhǔn)。本例中各模塊皆能完成其功能，接好整機(jī)電路后，能完成所需功能，故本例數(shù)字電子鐘滿足設(shè)計(jì)任務(wù)。

5 結(jié)語(yǔ)
    采用層次電路設(shè)計(jì)方法，對(duì)數(shù)字電子鐘進(jìn)行了設(shè)計(jì)，較好地完成了該電路的設(shè)計(jì)任務(wù)。整機(jī)電路連線美觀，各部分電路功能明確，便于理解整體電路的構(gòu)成、工作原理等。在數(shù)字電路及其他更多的課程中都涉及到較復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，若是采用層次電路設(shè)計(jì)方法，既便于對(duì)電路的理解，也便于團(tuán)隊(duì)協(xié)作，共同完成設(shè)計(jì)任務(wù)，故而層次電路設(shè)計(jì)方法將會(huì)廣泛地應(yīng)用在大型復(fù)雜電，路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。