基于Multisim的數(shù)字鐘實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)與仿真

2.3.2 時(shí)計(jì)數(shù)器

　　時(shí)計(jì)數(shù)器為24 進(jìn)制計(jì)數(shù)， 其計(jì)數(shù)規(guī)律是00→01→…→23→00,即當(dāng)數(shù)字運(yùn)行到23 時(shí)59 分59 秒時(shí)，在下一個(gè)秒脈沖的作用下，數(shù)字鐘顯示00 時(shí)00 分00 秒。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表1 所示。

　　由表可知，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生兩次跳躍：一是計(jì)數(shù)到9,即個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為1001 后，在下一計(jì)數(shù)脈沖的作用下向十位計(jì)數(shù)器進(jìn)位；二是計(jì)數(shù)到23 后，在下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的作用下，整個(gè)計(jì)數(shù)器歸零。

　　用兩片74LS160 可實(shí)現(xiàn)24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)， 如圖5所示。把時(shí)個(gè)位的QC 與時(shí)十位的QB 與非后送入到時(shí)個(gè)位和時(shí)十位的計(jì)數(shù)清零端，當(dāng)時(shí)十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為“0010”時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)“0100”時(shí)，時(shí)個(gè)位的QC 與時(shí)十位的QB輸出高電平，它們與非后為低電平分別對(duì)時(shí)個(gè)位和十位進(jìn)行清零。

　　2.4 校時(shí)電路

　　校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能，當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。一般數(shù)字鐘都具有時(shí)、分、秒等校正功能。為使電路簡(jiǎn)單，這里只進(jìn)行分和時(shí)的校正。校正電路的要求在校正時(shí)位時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)，在校正分位時(shí)不影響秒和時(shí)的正常計(jì)數(shù)。校正電路的方式有快校正和慢校正兩種。由于快校正電路復(fù)雜，成本高，而慢校正更經(jīng)濟(jì)一些，所以設(shè)計(jì)采用慢校正對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行校正，如圖6 所示。慢校正是用手動(dòng)產(chǎn)生單脈沖做校正脈沖。電路由74LS08 及電阻、電容、開關(guān)等組成，其中J 為校分開關(guān)，H 為校時(shí)開關(guān)。

　　2.5 顯示部分

　　顯示部分采用74LS48 來進(jìn)行譯碼，用于驅(qū)動(dòng)LED-7 段共陰極數(shù)碼管。由74LS48 和LED-7 段共陰極數(shù)碼管組成數(shù)碼顯示電路，如圖7 所示。

　　譯碼驅(qū)動(dòng)電路是將“ 秒”、“ 分”、“ 時(shí)” 計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD 碼進(jìn)行編譯，轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)LED-7 段數(shù)碼管顯示，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。若將秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)器的每位輸出分別與相應(yīng)七段譯碼器的輸出端連接，在脈沖的作用下，便可進(jìn)行不同的數(shù)字顯示。由于使用的譯碼器74LS48 輸出端高電平有效，所以選擇共陰極的數(shù)碼管來與之搭配。

　　3 數(shù)字鐘電路仿真

　　在電子設(shè)計(jì)中，EDA 設(shè)計(jì)和仿真是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在眾多的EDA 設(shè)計(jì)和仿真中，Multisim10 以其強(qiáng)大的仿真設(shè)計(jì)應(yīng)用功能， 在電子電路的仿真和設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用[6].

　　在完成總體電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，用ultisim10 電子電路仿真軟件完成電路的仿真設(shè)計(jì)。首先對(duì)電路的各功能模塊進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行調(diào)試與仿真，所有的子系統(tǒng)都能夠正常運(yùn)行時(shí)，把所有功能模塊整合在一起，進(jìn)行仿真和調(diào)試，最終完成整體電路的仿真設(shè)計(jì)。

　　值得注意的是，在數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)過程中，一定要注意檢測(cè)觸發(fā)器電路時(shí)鐘的觸發(fā)模式，確定是上升沿觸發(fā)還是下降沿觸發(fā)，避免在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)計(jì)數(shù)故障；在振蕩器設(shè)計(jì)的過程中，為使振蕩器產(chǎn)生精確、穩(wěn)定的頻率，要選擇精度較高的電阻器和電容器。

　　4 結(jié)束語

　　文中設(shè)計(jì)和仿真的數(shù)字鐘電路雖然只是基于實(shí)驗(yàn)?zāi)康模侨绻枰邥r(shí)精準(zhǔn)的數(shù)字鐘完全可以通過改進(jìn)時(shí)基信號(hào)來得到。具體方法為：用晶體振蕩器（CrystalOscillators）產(chǎn)生更加準(zhǔn)確的時(shí)基信號(hào)，其它分頻電路、計(jì)時(shí)電路、譯碼顯示電路等只要保持不變，即可實(shí)現(xiàn)。