基于Multisim數(shù)字電子鐘設(shè)計
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)的機械計時器相比,它具有走時準、顯示直觀、無機械磨損等,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進制,故由60進制計數(shù)器構(gòu)成;時為24進制,即由24進制計數(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進制計數(shù)器,時采用24進制計數(shù)器。它們都是8個BCD碼輸出,1個進位輸出,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)電路進行設(shè)計。若要進行修改,同樣采用以上步驟。
由此,采用4518十進制計數(shù)器,設(shè)計了60進制和24進制的計數(shù)器,計數(shù)器的內(nèi)部電路分別如圖4、圖5所示。
3.2校準電路
同樣的方法,設(shè)計校準電路的層次電路時,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,秒脈沖進入計數(shù)器。當需要對秒進行校正時,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,可以對時進行校正。
4整機電路安裝調(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進制和24進制計數(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。對其校準電路,只有當整機電路接好后,按校準電路所說工作方式,看是否能起到時、分、秒的校準。本例中各模塊皆能完成其功能,接好整機電路后,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)字電子鐘進行了設(shè)計,較好地完成了該電路的設(shè)計任務(wù)。整機電路連線美觀,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。
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