基于Multisim 9的數(shù)字電子鐘設(shè)計與仿真

數(shù)字電子鐘是用數(shù)字集成電路構(gòu)成并有數(shù)字顯示特點的一種現(xiàn)代計數(shù)器，與傳統(tǒng)的機(jī)械計時器相比，它具有走時準(zhǔn)、顯示直觀、無機(jī)械磨損等，因而廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、商店等公共場所。目前，數(shù)字電子鐘的設(shè)計，主要是采用計數(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，將各單元電路設(shè)計成層次電路，這樣每個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)隊設(shè)計，因每一層次電路為一獨立電路，便于獨立設(shè)計和修改。

1 設(shè)計任務(wù)

(1)電子鐘能顯示“時”、“分”、“秒”；

(2)能夠?qū)崿F(xiàn)對“時”、“分”、“秒”的校時。

2 整機(jī)框圖

數(shù)字電子鐘主要由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼顯示器、校時電路等組成。秒信號發(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)制計數(shù)器構(gòu)成；時為24進(jìn)制，即由24進(jìn)制計數(shù)器構(gòu)成；顯示部分由譯碼和數(shù)碼顯示構(gòu)成；校時電路由門電路和開關(guān)等構(gòu)成。整機(jī)框圖如圖1所示。

3 各部分電路設(shè)計

3．1 秒、分、時計數(shù)器

秒、分計數(shù)采用60進(jìn)制計數(shù)器，時采用24進(jìn)制計數(shù)器。它們都是8個BCD碼輸出，1個進(jìn)位輸出，1個時鐘脈沖輸入。在設(shè)計層次電路時，皆可設(shè)計為1個輸入端，9個輸出端。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)計的電路名稱，如“60進(jìn)制計數(shù)器”等，再根據(jù)需要在輸入、輸出端口數(shù)中填寫所需數(shù)字，點“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Edit HB／SC對其內(nèi)電路進(jìn)行設(shè)計。若要進(jìn)行修改，同樣采用以上步驟。

由此，采用4518十進(jìn)制計數(shù)器，設(shè)計了60進(jìn)制和24進(jìn)制的計數(shù)器，計數(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)計校準(zhǔn)電路的層次電路時，設(shè)計為6個輸入口、3個輸出口，其內(nèi)部電路如圖6所示。為便于使用，將校準(zhǔn)開關(guān)外接。

校時電路工作過程如圖7所示，正常工作情況下，J3斷開，J1，J2閉合，秒脈沖進(jìn)入計數(shù)器。當(dāng)需要對秒進(jìn)行校正時，閉合和斷開J3，直到需要的數(shù)字為止；需要對分校正時，J3處于閉合的情況下，斷開J2，秒脈沖進(jìn)入到分計時，則分計數(shù)器快速計數(shù)，直到顯示的時間為需要的數(shù)字為止，再閉合J2；同理，可以對時進(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，找到已存儲的層次塊，點打開即可出現(xiàn)在電路模扳中，再在元件庫中找出信號發(fā)生器和數(shù)碼顯示器。本例中采用現(xiàn)成的信號發(fā)生器，可以將信號頻率設(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，因本例中不會出現(xiàn)大于9的數(shù)碼，即使初始可能出現(xiàn)，可以通過校時電路快速調(diào)節(jié)為所需數(shù)字。

為使各電路接線后能順利工作，對各層次塊可以先分別測試其功能。將信號發(fā)生器分別接入60進(jìn)制和24進(jìn)制計數(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)電路所說工作方式，看是否能起到時、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)計任務(wù)。

5 結(jié)語

采用層次電路設(shè)計方法，對數(shù)字電子鐘進(jìn)行了設(shè)計，較好地完成了該電路的設(shè)計任務(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，若是采用層次電路設(shè)計方法，既便于對電路的理解，也便于團(tuán)隊協(xié)作，共同完成設(shè)計任務(wù)，故而層次電路設(shè)計方法將會廣泛地應(yīng)用在大型復(fù)雜電，路系統(tǒng)的設(shè)計中。