基于Multisim的數(shù)字時鐘設(shè)計

作者：劉允峰

加強(qiáng)實驗教學(xué)、提高動手能力與創(chuàng)新能力是高等教育的教學(xué)重點。伴隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，元器件、設(shè)備儀器不斷更新，現(xiàn)有的實驗室條件無法滿足各種電路設(shè)計、調(diào)試要求，尤其綜合性、創(chuàng)新性實驗需要多種儀器共同完成其功能，暴露出實驗室儀器設(shè)備費(fèi)用高、損耗大、更新慢的缺點，一般高校無法滿足此類實驗要求。電路仿真軟件Multisim擁有龐大的元器件庫，具有強(qiáng)大的虛擬儀器功能，有一般實驗室少有的頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等虛擬儀器。在電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗中引入Multisim，再配合傳統(tǒng)的實驗設(shè)備進(jìn)行實驗，減輕了購買、更新實驗設(shè)備的資金壓力。可以說，利用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行實驗教學(xué)已經(jīng)勢在必行。有些院校已經(jīng)使用Multisim展開教學(xué)。

1 數(shù)字時鐘實驗

數(shù)字時鐘實驗是電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗中的綜合性實驗之一。數(shù)字時鐘是一種典型的數(shù)字電路，包括了組合邏輯電路和時序邏輯電路，通過設(shè)計數(shù)字時鐘，學(xué)生會進(jìn)一步了解數(shù)字時鐘的原理和集成電路的使用方法，加深掌握邏輯電路的原理和使用方法。

1．1 數(shù)字時鐘的組成

數(shù)字時鐘是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率(1 Hz)進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。在計數(shù)時，如果起始時間和當(dāng)前時間不一致，還需要加一個校時電路。同時，校時電路還可以在調(diào)試數(shù)字時鐘時發(fā)揮重要作用。數(shù)字時鐘構(gòu)成如圖1所示。




1．2 模60和模24計數(shù)器的實現(xiàn)
“秒”和“分”計數(shù)器都是模60計數(shù)器，由個位的10進(jìn)制計數(shù)器和十位的6進(jìn)制計數(shù)器組成。74LS90是10進(jìn)制計數(shù)器，利用2片74LS90，通過異步清零功能，并配合與門74LS08使用，實現(xiàn)模60計數(shù)器或模24計數(shù)器的功能。
1．3 譯碼電路
譯碼電路可以選用4線-7段譯碼器／驅(qū)動器74LS248，采用共陰極LED數(shù)碼顯示器。
1．4 校時電路
當(dāng)數(shù)字時鐘接通電源或計時出現(xiàn)誤差時，需要校準(zhǔn)。常用的校準(zhǔn)方法為“快速校準(zhǔn)法”，即校準(zhǔn)的時候使分、時計數(shù)器對1 Hz的秒脈沖信號進(jìn)行計數(shù)。

2 仿真、測試
實驗環(huán)境：Multisim10．1，Windows XP。經(jīng)實際測試，60進(jìn)制和24進(jìn)制計數(shù)器都能夠運(yùn)行正常，能夠?qū)崿F(xiàn)60進(jìn)制和24進(jìn)制的邏輯功能，校時電路也能夠?qū)r、分計數(shù)器進(jìn)行校正。實現(xiàn)了數(shù)字時鐘的功能。
仿真電路如圖2所示。





3 結(jié)語
使用Multisim仿真數(shù)字時鐘時，如果按照現(xiàn)實中的時、分來計時的話，不便于觀察時鐘運(yùn)行周期。比如，花費(fèi)一天的時間才能觀察24小時的顯示周期是否正確。而提高輸入脈沖的頻率，可以“縮短”時間，實驗者可以花費(fèi)較少的時間觀察時鐘運(yùn)行周期的變化。運(yùn)行環(huán)境是CPU AMD Athlon 2．01 GHz，仿真脈沖最高頻率達(dá)到240 MHz，再高的頻率就影響LED的顯示，無法清晰觀察時鐘的變化。數(shù)字時鐘的實驗還能做一些功能擴(kuò)展，如整點報時、定時控制，可以留做大學(xué)生創(chuàng)新性實驗的一部分。通過制作數(shù)字時鐘，即加深了理論知識的學(xué)習(xí)，還鍛煉了動手能力和創(chuàng)新能力。先利用Multisim仿真，再用實際器件搭建電路，實現(xiàn)邏輯功能，一方面節(jié)省了器件費(fèi)用、減少了儀器損耗，另一方面，提高了工作效率。因此，利用Multisim強(qiáng)大的功能對電子電路進(jìn)行仿真測試，參數(shù)精確可靠，可以提高電路的設(shè)計和分析效率。