標(biāo)題: Multisim仿真數(shù)字電子鐘(純數(shù)字電路) [打印本頁]
作者: 柳柳愛喝茶 時間: 2020-5-7 17:34
標(biāo)題: Multisim仿真數(shù)字電子鐘(純數(shù)字電路)
數(shù)字鐘是用數(shù)字集成電路構(gòu)成，用數(shù)碼管顯示的一種現(xiàn)代化計數(shù)器。它一般由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、矯時電路等部分組成，這些都是數(shù)字電路中應(yīng)用最廣的基本電路。振蕩器和分頻器構(gòu)成組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號發(fā)生器，不同進(jìn)制的計數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計時系統(tǒng)，通過校時校時校分電路實現(xiàn)對時、分的校準(zhǔn)。數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。
1設(shè)計內(nèi)容及要求
1.1設(shè)計內(nèi)容及要求①可以顯示時、分、秒。
②具有校時功能，可以分別對時及分進(jìn)行單獨(dú)校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間。
③計時過程具有報時功能，當(dāng)時間到達(dá)整點前10秒進(jìn)行蜂鳴報時。
④鬧鐘功能：可按設(shè)定的時間報時。
2系統(tǒng)原理及系統(tǒng)框圖
2.1數(shù)字鐘的構(gòu)成⑴信號發(fā)生器
由函數(shù)信號發(fā)生器給數(shù)字鐘提供一個頻率2Hz 的信號，再進(jìn)行分頻處理可保證數(shù)字鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定。
⑵時間計數(shù)器電路
時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成。其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進(jìn)制計數(shù)器。而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為24進(jìn)制計數(shù)器。
⑶譯碼驅(qū)動電路
譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。
⑷數(shù)碼管
數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管。本設(shè)計提供的為LED數(shù)碼管。
2.2工作原理⑴函數(shù)信號發(fā)生器
產(chǎn)生矩形脈沖波作為時鐘信號，因為是數(shù)字鐘，所以應(yīng)選擇的頻率為1HZ,但為校時高赫茲信號，特改為2HZ。方便校時并使用分頻器進(jìn)行分頻修改部分電路實現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)走時相同。
⑵時間計數(shù)單元
六片74LS390芯片構(gòu)成計數(shù)電路,按時間進(jìn)制從右到左構(gòu)成從低位向高位的進(jìn)位電路,并通過譯碼顯示。在六位LED 七段顯示上顯示對應(yīng)的數(shù)值。
⑶校時電源電路
當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進(jìn)行校正。通常,校正時間的方法是:首先截斷正常的計數(shù)通路,然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端,校正好后,再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。
根據(jù)要求,數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能。因此,應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路,并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。
2.3系統(tǒng)框圖
圖2-1系統(tǒng)框圖
表3-1 電路配件
圖3-2整體電路圖
（1）74LS74
74LS74是一個D觸發(fā)器，觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，即"0"和"1"，在一定的外界信號作用下，可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。分頻用同一個時鐘信號通過一定的電路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成不同頻率的時鐘信號。而二分頻就是通過有分頻作用的電路結(jié)構(gòu)，在時鐘每觸發(fā)2個周期時，電路輸出1個周期信號。
（2）74LS390
74ls390是LSTTL型雙四位十進(jìn)制計數(shù)器。A和B觸發(fā)器都有獨(dú)立的時鐘，可以構(gòu)成兩個2分頻和兩個5分頻計數(shù)器每個計數(shù)器都有直接清除有效提高系統(tǒng)密度緩沖輸出減小集電極轉(zhuǎn)換的可能性。這種雙單片電路有八個主從觸發(fā)器和附加門，以構(gòu)成兩個獨(dú)立的4位計數(shù)器，可以實現(xiàn)等于2分頻、5分頻乃至100分頻的任何累加倍數(shù)的周期長度。當(dāng)連成二—五進(jìn)制計數(shù)器時，可以用獨(dú)立的2分頻電路在最后輸出級形成對稱波形（矩形波）。每個計數(shù)器又有一個清除輸入和一個時鐘輸入。由于每個計數(shù)級都有并行輸出，所以系統(tǒng)定時信號可以獲得輸入計數(shù)頻率的任何因子。
（3）CD4511
CD4511 是一片 CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器，用于驅(qū)動共陰極 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)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管。其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。a～g是 7 段輸出，可驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。
（4）撥碼開關(guān)
撥碼開關(guān)（也叫DIP開關(guān)，撥動開關(guān)，超頻開關(guān)，地址開關(guān)，撥拉開關(guān)，數(shù)碼開關(guān)，指撥開關(guān)）是一款用來操作控制的地址開關(guān)，采用的是0/1的二進(jìn)制編碼原理。每一個鍵對應(yīng)的背面上下各有兩個引腳，撥至ON一側(cè)，這下面兩個引腳接通；反之則斷開。這四個鍵是獨(dú)立的，相互沒有關(guān)聯(lián)。此類元件多用于二進(jìn)制編碼。
（5）數(shù)碼管
數(shù)碼管，也稱作輝光管，是一種可以顯示數(shù)字和其他信息的電子設(shè)備。玻璃管中包括一個金屬絲網(wǎng)制成的陽極和多個陰極。大部分?jǐn)?shù)碼管陰極的形狀為數(shù)字。管中充以低壓氣體，通常大部分為氖加上一些汞和/或氬。給某一個陰極充電，數(shù)碼管就會發(fā)出顏色光，視乎管內(nèi)的氣體而定，一般都是橙色或綠色。led數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類。靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。
3.2工作原理函數(shù)信號發(fā)生器發(fā)出2HZ信號經(jīng)過74LS74構(gòu)成的分頻器電路提供1HZ信號，該信號經(jīng)過門電路與74LS390構(gòu)成的計數(shù)器電路產(chǎn)生8421BCD碼再經(jīng)過譯碼器交由數(shù)碼管顯示。校時電路則采用2HZ信號通過74LS00與74LS51與非門將信號傳入74LS390控制端實現(xiàn)快速校時。鬧鐘電路則通過撥碼開關(guān)與門電路將定時時間傳入計數(shù)器中并通過產(chǎn)生一分鐘高電平驅(qū)動二極管發(fā)光。將計數(shù)器產(chǎn)生5、9、5信號與門電路結(jié)合驅(qū)動控制三極管開關(guān)從而實現(xiàn)蜂鳴器報時。
4 單元電路設(shè)計
4.1時鐘電路
數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。利用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生2Hz的時鐘信號，再利用74LS47構(gòu)成分頻電路分頻，產(chǎn)生1Hz的時鐘信號供給系統(tǒng)使用，如圖4-1。
4.2報時電路
報時電路設(shè)計如圖4-2，原理說明：利用蜂鳴器、與非門及開關(guān)實現(xiàn)，當(dāng)“分”計數(shù)電路為59時，四與門會產(chǎn)生一個高平進(jìn)位信號，當(dāng)秒計數(shù)電路十位為5時經(jīng)過二與門輸出高電平，兩路信號再經(jīng)過與門為高電平，再經(jīng)過非門變?yōu)楦唠娖剑雮�位輸出為0到9時信號上路高電平經(jīng)過三與門成為高電平，從而使蜂鳴器發(fā)出響聲。
圖4-2報時電路
4.3計數(shù)器電路與鬧鐘時間計數(shù)電路由六個計數(shù)器組成，他們分別是：“秒”個位、“秒”十位計數(shù)器、“分”個位、“分”十位計數(shù)器及“時”個位、“時”十位計數(shù)器電路。其中 “秒”個位、“分”個位和“時”個位計數(shù)器采用的是10進(jìn)制計數(shù)器、“秒”十位和“分”十位計數(shù)器為6進(jìn)制計數(shù)器，“時”十位計數(shù)器可以采用3進(jìn)制計數(shù)器。這樣六個計數(shù)器就安排好了。在時個位計數(shù)器計數(shù)時，當(dāng)時十位計數(shù)器為2時，個位計數(shù)器為4進(jìn)制計數(shù)器。（即時鐘為23后，下一個狀態(tài)為00）“秒”計數(shù)電路和“分”計數(shù)電路設(shè)計見下圖，原理說明：
利用74LS390和與非門分別構(gòu)成0-5循環(huán)計數(shù)器和0-9循環(huán)計數(shù)器，如圖4-3-1。
鬧鐘的實現(xiàn)由4位撥碼開關(guān)采用8421BCD碼確定定時時間，四個撥碼開關(guān)分別對應(yīng)時鐘小時的十位、個位，分鐘的十位、個位。撥碼開關(guān)與門電路結(jié)合在定時點提供一分鐘的高電平提示定時，如圖4-3-2。
4.4校時電路
電路下方的點動開關(guān)為校時按鍵“時”、“分”校時按鍵為加計數(shù)，按下按鍵不動，會有2HZ時鐘脈沖經(jīng)過74LS51到達(dá)74LS390的時鐘計數(shù)端，數(shù)碼管顯示數(shù)值增加，起到校時功能如圖4-4。
圖4-4校時電路
5 仿真結(jié)果及分析
5.1仿真結(jié)果圖5-1仿真總圖
5.2分析校時電路能夠準(zhǔn)確實現(xiàn)校正，分頻電路能夠?qū)崿F(xiàn)，計數(shù)電路能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確計數(shù)，鬧鐘功能能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確報時，各項功能均能實現(xiàn)。
6 硬件調(diào)試在本設(shè)計中，為了設(shè)計的順利進(jìn)行，在焊接的時候進(jìn)行了部分調(diào)試，由于電路過于復(fù)雜，我們根據(jù)電路的工作原理進(jìn)行分步調(diào)試，保證電路各項功能順利實現(xiàn)。電路調(diào)試總圖如圖6-1,。
圖6-1 調(diào)試電路總圖
7 總結(jié)通過這次數(shù)字時鐘的設(shè)計，不僅加深了我對這i ]課的了解，同時也深知模電與數(shù)電的重要性，而且讓我對Multisim仿真軟件有了初步的了解和認(rèn)識。使用Multisim仿真軟件，可以讓我們在虛擬的環(huán)境中實行實驗,不需要真實電路環(huán)境的介入，不必顧及儀器設(shè)備的短缺與時間環(huán)境的限制，能夠極大提高實驗效率。
Multisim仿真工程文件:
數(shù)字電子鐘.zip
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2020-5-7 17:33 上傳
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作者: 547390384 時間: 2020-5-13 15:10
你好，請問能不能把設(shè)計中的電路圖單獨(dú)發(fā)下啊，這里面的太模糊了，看不清
作者: 547390384 時間: 2020-5-13 15:39
能不能把電路圖的清晰版發(fā)一下，謝謝
作者: 547390384 時間: 2020-5-13 16:03
非常有用，有需要的可以參考
作者: a1256522487 時間: 2020-5-17 20:31
非常有用，謝謝dalao
作者: Gentleman大人 時間: 2020-5-21 20:32
老哥能不能直接吧文件附上去或者發(fā)些高清圖
作者: css0728 時間: 2020-6-4 14:59
校時和計時切換那我不太明白，能講講嗎
作者: 1943798304 時間: 2020-6-7 08:33
老哥有高清圖嗎
作者: ljg5847 時間: 2020-6-7 10:32
學(xué)習(xí)下，謝謝分享
作者: cnhzy 時間: 2020-6-10 21:26
太棒了，好想擁有
作者: 孟潞宇 時間: 2020-6-13 22:24
希望可以清楚一點 很有用
作者: 風(fēng)云1593 時間: 2020-6-25 09:53
希望可以清楚一點 很有用
作者: Dollyz 時間: 2020-12-29 23:08
大佬，同求高清圖啊
作者: songlinxi 時間: 2021-4-13 21:03
最近在做這個感覺頭疼，本身一個小團(tuán)隊結(jié)果就一個人做。。。
作者: 愛找人的人 時間: 2021-6-14 18:15
有高清圖嗎同志們
作者: 020508 時間: 2021-7-1 09:42
能發(fā)一下清晰的圖嗎，謝謝
作者: szdzsz 時間: 2021-12-17 15:08
能不能把電路圖的清晰版發(fā)一下，謝謝
作者: dddddddbla 時間: 2022-6-5 16:34
還要下載分？或者把圖片搞清楚點？
作者: tieq1952 時間: 2022-6-25 06:57
我為大家提供高清圖
作者: tieq1952 時間: 2022-6-25 07:02
高清圖，是在仿真電路圖上截屏取得。非常清晰。
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