Multisim在數字電路實驗教學中的應用

摘 要：數字鐘是一種利用數字電子技術實現時、分、秒計時的鐘表。本文介紹了以Multisim仿真軟件為平臺設計多功能數字鐘，對電路的設計原理、構成方法做了詳細的介紹，使用虛擬儀器、虛擬元件完成單元電路及總體電路系統的設計與仿真。利用Multisim仿真與硬件設計互補，實現了虛實互補，為實驗教學中加強電子電路的綜合設計環節提供了便捷途徑。

關鍵詞：數字鐘；計數器；Multisim

中圖分類號：TN79-4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 10-0000-02

Multisim是美國國家儀器（National Instruments）公司并購加拿大圖像交互技術（Interact ive Image Technologies）公司后，研發的EDA軟件[1]，其以Windows為操作平臺，可以對各種數字、模擬、數模混合、單片機電路進行仿真。

電子技術綜合實驗是從應用性的目的出發，重在提高學生的動手能力、分析和解決電子線路問題的能力，是一類實踐性極強的學科。文中以多功能數字鐘為例，介紹了基于Multisim的電路設計與仿真。

一、MultiSim10進行設計及仿真實例

多功能數字鐘的設計具有以下功能：

（1）顯示時間；

（2）整點報時；

（3）校時；

（4）定時報警（鬧鐘）。

數字鐘主要電路模塊包括：脈沖發生電路、分頻電路、秒計數電路、分計數電路、時計數電路、校時電路、整點報時電路、定時報警電路，譯碼顯示電路，其原理框圖如圖1所示。

（2）分頻電路：將集成芯片7490N的QA與INB接起來構成10進制計數器，把這樣三個計數器級聯起來構成10×10×10=1000進制計數器。如圖3所示。當輸入端輸入1000個脈沖時輸出端輸出一個脈沖，構成了1000次分頻的功能。

（3）秒計數電路：需要一個10進制計數器與一個6進制計數器級聯，構成10×6=60結構的計數器，其中10進制計數器為個位計數器，6進制計數器為十位計數器。如圖4所示。分計數電路與秒計數電路原理相同，故不再贅述。

（4）時計數電路：小時信號計數器即為一24進制計數器。為了構成24進制計數器，需要將兩片7490N十進制計數器級聯接成10×10=100進制計數器，然后采集“24”的BCD碼信號“0010 0100”，當輸出此信號時需要將兩片7490N全部置零。二十四進制計數器的電路原理圖如圖5所示：

（5）校時電路：由于數字鐘在開始時需要手動調整時間，所以校時電路是數字鐘必須的一個功能。但調時功能不能影響正常的走時功能，為了達到這個目的，現設計電路如圖6所示：

二、設計與仿真結果

將上述各單元電路組合起來，可以得到交通控制燈的整體電路，點擊Multisim 10軟件的/Simulate/Run0按鈕或直接按”F5”鍵，便可以進行多功能數字鐘電路的仿真。

可以通過調節圖3中的R2的大小來調節振蕩頻率。多諧振蕩器將產生的1kHz的脈沖信號輸出到分頻器（圖4）。在秒信號計數器（圖5）輸入端接入1Hz時鐘信號，在其并行輸出端接譯碼顯示器，顯示所計數值。由實驗可觀察得到，計數數值由“00”到“59”計數并回到“00”狀態，不斷循環。構成六十進制秒計數器。在小時信號計數器（圖6）輸入端接入1Hz時鐘信號，在其并行輸出端接譯碼顯示器，顯示所計數值。由實驗可觀察得到，計數數值由“00”到“23”計數，“23”狀態后回到“00”狀態，不斷循環。構成二十四進制小時計數器。再將秒計數器與分計數器的與門信號接入一個二輸入與門進行與運算，只有當兩個與門都輸出高電平時總的與門才會輸出“1”。若將時鐘進位信號與手動調時信號（手動按下J1或J2產生的脈沖信號）接入一個二輸入或門，當時鐘進位和手動調時任何一端有高電平時或門都會輸出高電平到時間計數器，這樣手動調時便不會影響時鐘正常走時。

三、結束語

本文通過對多功能數字鐘的設計與仿真，說明了運用Multisim這一先進電路設計軟件進行電路設計的便捷性。將計算機仿真軟件Multisim 引入到電子電路設計中，使電子電路的設計、仿真、測試非常方便，從而提高了解決實際問題的能力[3]。

參考文獻：

[1]聶典.Multisim 10計算機仿真在電子電路設計中的應用[M].北京：電子工業出版社，2009.

[2]袁巖風，邱瑞冬，陳壽坤.數字電子鐘1Hz秒脈沖信號的設計[J].科技風，2008（20）：61-61.

[3]王強.基于Multisim的移位寄存器型彩燈控制電路設計與仿真[J].電子設計工程，2011（22）：129-131.

[作者簡介]毛莉萍（1980.03-），女，寧夏永寧人，研究生，實驗師，研究方向：數字電路；趙兵文（1963.08-），女，新疆伊寧人，本科，講師，研究方向：物理。