基于Multisim 9的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)與仿真

摘 要:數(shù)字電子鐘廣泛應(yīng)用于各個(gè)公共場所，其電路設(shè)計(jì)的一般方法是連線多而雜，不便于理解其電路構(gòu)成。利用中規(guī)模集成電路，設(shè)計(jì)了數(shù)字電子鐘，由于采用了層次電路設(shè)計(jì)方法，將其分成各個(gè)單元電路設(shè)計(jì)成層次塊，最后將各層次塊連線成整機(jī)電路，連線美觀，便于理解各單元電路功能，其整機(jī)電路功能也一目了然。

關(guān)鍵詞:數(shù)字電子鐘; 層次電路; Multisim 9; 集成電路

中圖分類號:TP319;TN79+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)09-0184-03

Design and Simulation of the Digital Electronic Clock Based on Multisim 9

LUO Ying-xiang

(School of Physics and Electronic Engineering， Chongqing Three Gorges University， Chongqing 404000， China)

Abstract:Digital electronic clock is widely used in various public places， the general methods of circuit design make the connection complex， and are difficult to understand construction of the circuit. The digital electronic clock is designed by medium-scale integrated circuits， the hierarchical circuit design method is used to divid various cell-level circuit design into blocks， connect blocks of all levels into the machine circuit. It has artistic connection， and is easy to understand each unit circuit functions.

Keywords: digital electronic clock; hierarchical circuit; Multisim 9; integrated circuit

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(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“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)電路由門電路和開關(guān)等構(gòu)成。整機(jī)框圖如圖1所示。

圖1 數(shù)字電子鐘整機(jī)框圖

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file 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。

圖2 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器層次模塊

圖3 層次塊電路設(shè)置

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。

圖4 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器連線圖

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)開關(guān)外接。

校時(shí)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(jì)數(shù)器。當(dāng)需要對秒進(jìn)行校正時(shí)，閉合和斷開J3，直到需要的數(shù)字為止;需要對分校正時(shí)，J3處于閉合的情況下，斷開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，可以對時(shí)進(jìn)行校正。

圖5 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器連線圖

圖6 核準(zhǔn)電路連線圖

圖7 數(shù)字電子鐘連線圖

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)打開即可出現(xiàn)在電路模板中，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(huì)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(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(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(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

采用層次電路設(shè)計(jì)方法，對數(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。

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