基于Multisim的純數(shù)字電路數(shù)字鐘設(shè)計(jì)仿真設(shè)計(jì) 附工程文件

(1) 設(shè)計(jì)該課題所需的六十進(jìn)制、二十四進(jìn)制。

(2) 設(shè)計(jì)數(shù)碼管譯碼顯示電路。

(3) 設(shè)計(jì)秒與分、分與時(shí)之間的進(jìn)位控制電路。

(4) 設(shè)計(jì)整點(diǎn)提醒電路。

(5) 設(shè)計(jì)手動(dòng)校時(shí)電路。

脈沖發(fā)生電路采用555構(gòu)成的多諧振蕩電路。

用 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路如圖所示：圖中電容 C、電阻 R1 和 R2 作 為振蕩器的定時(shí)元件，決定著輸出矩形波正、負(fù)脈沖的寬度。定時(shí)器的觸發(fā)輸入端（2腳）和閥 值輸入端（6 腳）與電容相連；集電極開路輸出端（7腳）接 R1、R2 相連處，用以控制電容 C 的充、放電；外界控制輸入端（5腳）通過 0.01uF 電容接地。

多諧振蕩器的工作波形如圖 6-11(b) 所示： 電路接通電源的瞬間，由于電容 C 來不及充電， Vc=0v ，所以 555 定時(shí)器狀態(tài)為 1，輸出 Vo 為高電平。同時(shí)，集電極輸出端（7 腳）對地?cái)嚅_，電源 Vcc 對電容 C 充電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) I，此后，電路周而復(fù)始地產(chǎn)生周期性的輸出脈沖。多諧振蕩器兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間取決于 RC 充、放電回路的參數(shù)。暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ的維持時(shí)間，即輸出 Vo 的正向脈沖寬度 T1≈0.7(R1+R 2)C； 暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ的維持時(shí)間，即輸出 Vo 的負(fù)向脈沖寬度 T2≈0.7R 2C。

因此， 振蕩周期 T=T 1+T 2=0.7(R 1+2R 2 )C，振蕩頻率 f=1/T 。正向脈沖寬度 T1 與振蕩周期 T 之比稱矩形波的 占空比Ｄ ，由上述條件可得 D=（R1+R2）/（R1+2R 2），若使 R2>>R 1，則 D≈1/2， 即輸出信號的正負(fù)向脈沖寬度相等的矩形波（方波）。

仿真電路如下圖1：

圖1

3.2計(jì)時(shí)模塊設(shè)計(jì)

（1）分、秒計(jì)時(shí)

在數(shù)字鐘的控制電路中， 分和秒的控制都是一樣的， 都是由一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器串聯(lián)而成的，在電路的設(shè)計(jì)中我采用的是統(tǒng)一的器件 74LS160D的異步清零法來實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制功能和六進(jìn)制功能， 根據(jù) 74LS160D的結(jié)構(gòu) 把輸出端的 0110（十進(jìn)制為 6）用一個(gè)與非門 74LS00引到 CLR端便可置 0，這 樣就實(shí)現(xiàn)了六進(jìn)制計(jì)數(shù)。而74LS160D本身為計(jì)滿后為10，與前文6進(jìn)制串聯(lián)后成60進(jìn)制。

仿真電路如下圖2所示：

圖2

（2）時(shí)計(jì)時(shí)器

由兩片十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器 74LS160 級聯(lián)產(chǎn)生，采用的是異步清零法， u1輸出端為 0001（十進(jìn)制為 4）與 u2輸出端 0010（十進(jìn)制為2）經(jīng)過與非門接 兩片的清零端，從而實(shí)現(xiàn)了24進(jìn)制計(jì)數(shù)。

仿真電路如下圖3所示：

圖3

3.3 譯碼顯示模塊設(shè)計(jì)

譯碼顯示模塊采用共陰極數(shù)碼管及共陰七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器CD4511構(gòu)成。

CD4511 是一片 CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼-七段碼譯碼器。具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流�？芍苯域�(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。

其功能表如下所示：

將計(jì)數(shù)器輸出連接至譯碼器輸入，再將譯碼器輸出接入數(shù)碼。

數(shù)碼管本質(zhì)為LED燈構(gòu)成所以需要串聯(lián)電阻進(jìn)行分壓，防止LED燈燒毀。

仿真圖如下圖4所示：

圖4

3.4 整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊設(shè)計(jì)

整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路由門電路以及蜂鳴器構(gòu)成。

由門電路判斷整時(shí)，即判斷59分50秒，即分計(jì)時(shí)為（0110）、（1001），秒計(jì)時(shí)為（0110）。以此判斷整時(shí)，實(shí)現(xiàn)整時(shí)報(bào)時(shí)。

門電路由74LS20D四輸入與非門判斷（0110）、（1001），二輸入與非門判斷（0110）。

仿真電路如下圖5所示：

圖5

3.5校時(shí)模塊設(shè)計(jì)

校時(shí)模塊電路由復(fù)位按鈕及二輸入或門構(gòu)成。

復(fù)位按鈕上拉電阻，當(dāng)分為按鈕按下時(shí)，電阻接地，電平由高變低，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)產(chǎn)生脈沖。

將手動(dòng)脈沖以及進(jìn)位產(chǎn)生的脈沖分別輸入二輸入或門，或門輸出進(jìn)入計(jì)數(shù)器CLK端，則當(dāng)按鈕按下手動(dòng)脈沖產(chǎn)生，計(jì)時(shí)器亦會(huì)進(jìn)行計(jì)時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)校時(shí)。

仿真電路如下圖6所示：

圖6

4 結(jié)論

通過對軟件 Multisim 的學(xué)習(xí)和使用，進(jìn)一步加深了對數(shù)字電路的認(rèn)識(shí)。在 仿真過程中遇到許多困難， 但通過自己的努力和同學(xué)的幫助都一一克服了。 首先， 連接電路圖過程中， 數(shù)碼管不能顯示， 后經(jīng)圖形放大后才發(fā)現(xiàn)是電路斷路了。 其 次，布局的時(shí)候因元件比較多，整體布局比較困難，因子電路不如原電路直觀， 最后在不斷努力下，終于不用子電路布好整個(gè)電路。 調(diào)試時(shí)有的器件在理論上可行， 但在實(shí)際運(yùn)行中就無法看到效果， 所以得換 不少器件，有時(shí)無法找出錯(cuò)誤便更換器件重新接線以使電路正常運(yùn)行。 在整個(gè)設(shè) 計(jì)中，74LS160的接線比較困難，反復(fù)修改了多次，在認(rèn)真學(xué)習(xí)其用法后采用歸 零法和置數(shù)法設(shè)計(jì)出 60 進(jìn)制和 24 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。 同時(shí)，在最后仿真時(shí)，預(yù)置的頻率一開始用的是 1hz，結(jié)果仿真結(jié)果反應(yīng)很 慢，后把頻率加大， 這才在短時(shí)間內(nèi)就能看到全部結(jié)果。總之， 通過這次對數(shù)字 時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與仿真， 為以后的電路設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)， 一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)， 將成 為寶貴的學(xué)習(xí)財(cái)富。

全部資料51hei下載地址：

數(shù)字鐘改_1.zip (1.18 MB, 下載次數(shù): 291)