基于Multisim的数字时钟的设计及仿真方案说明书.doc

数字时钟具有“秒”、“分”、“时”的十进制数字显示，能够随时校正分钟和小时，当时钟到整点时能够进行整点报时，还能够进行定时设置。其涉及的电路由6部分组成。（1）能产生“秒脉冲”、“分脉冲”和“时脉冲”的脉冲产生和分频电路；（2）对“秒脉冲”、“分脉冲”和“时脉冲”计数的计数电路；（3）时间显示电路；（4）校时电路；（5）报时电路；（6）定时输入电路和时间比较电路。由脉冲发生器产生信号通过分频电路分别产生小时计数、分计数、秒计数。当秒计数满60后，分钟加1；当分满60后，时加1；当时计数器计满24时后，又开始下一个循环技术。同时，可以根据需要随时进行校时。把定时信号和显示信号通过比较电路确定能否产生定时报警信号。显示信号通过整点译码电路产生整点报警信号。数字时钟设计与开发以及仿真分析：系统具有“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示，因此，应有计数电路分别对“秒脉冲”、“分脉冲”和“时脉冲”计数；同时应有时间显示电路，显示当前时间；还应有脉冲产生和分频电路，产生“秒脉冲”、“分脉冲”和“时脉冲” 5。系统具有校时功能，因此，应有校时电路，设定数字时钟的当前值。系统具有整点报时功能，因此，应有译码电路将整点时间识别出来，同时应有报时电路。系统具有定时功能，因此，应有定时输入电路和时间比较电路。综上考虑，可如图2.1所示设计数字时钟的电路原理结构图。图2.1 数字时钟的电路原理结构图如图2.1所示，数字时钟电路有3个开关，它们的功能如下。（1）S1：S1为瞬态开关，手动输入计数脉冲。（2）S2：校时/定时/校时选择电路输入选择开关，当开关切换到上触点，为定时输入；当开关切换到中间触点，为校时输入；当开关切换到下触点，为校时选择电路输入。（3）S3：为计时/校时选择开关，当开关切换到右边触点时，数字时钟为计时状态；当开关切换到左边触点时，数字时钟为校时状态。左边两个计数器（小时计数、分计数）接收手动输入脉冲，为定时功能设定定时时间。右边3个计数器（小时计数、分计数、秒计数）接收手动输入或计时脉冲，实现校时和计时功能。比较电路是将设定的定时时间和当前的时间进行比较，当两者时间相同时，产生定时报警信号，驱动报警电路。整点译码电路识别整点时间，以产生整点报时信号。脉冲产生和分频电路产生数字时钟所需的秒脉冲、分脉冲和小时脉冲。时间显示电路显示当前时间和定时时间。4.2 数字时钟设计4.2.1 小时计时电路小时计时电路如图4.1所示。图4.1 小时计时电路4.2.2 分钟计时电路分钟计时电路如图4.3所示。图4.3 分钟计时电路校时选择电路如图4.5所示。图4.5 校时选择电路校时选择电路用计数器74LS160和译码器74LS138组成，计数器74LS160设计为三进制计数器，译码器的输出为反变量，其输出要接反向器。TIMESET：接瞬态开关，可手动选择校时信号。当校时信号HOUR=1、MIN=0、SEC=0时（选中“小时”计时电路，表示对“小时”进行校时）；单击一次开关按钮，可使校时选择信号变为HOUR=0、MIN=1、SEC=0（选中“分钟”计时电路，表示对“分钟”进行校时），再单击一次开关按钮，可使校时选择信号变为HOUR=0、MIN=0、SEC=1（选中“秒”计时电路，表示对“秒”进行校时），这样可手动设置系统的是、分和秒。4.2.4 整点译码电路整点译码电路的作用是识别整点时间信号，一实现整点报时的功能。整点时间信号的特征是零分作为数字量来说，是一个代码，用门电路组成的译码电路可识别一个代码。整点译码电路如图4.7所示，器封装模块如图4.8所示，器引脚功能如表4.4所示。图4.7 整点译码电路定时比较电路是将设定时间和当前的计时时间进行比较，电路可选用数值比较器CC4585实现数字代码的比较。定时比较电路如图4.9所示。图4.9 定时比较电路如图4.9所示，共用4片CC4585构成定时比较电路，因为定时时间为小时和分钟，共16为二进制代码，每片数值比较器CC4585能比较两个4位二进制代码，用4片CC4585能构成16位数值比较器。当数字时钟的计时时间等于设定时间时，定时比较电路输出高电平，否则输出低电平。4.2.6 脉冲产生和分频电路设计时可选用555定时器构成时钟脉冲产生电路，如图4.10所示，通过设置电阻、电容，可产生2Hz时钟脉冲，选择电阻R1为电位器，通过调整电位器的值，可精确调整输出脉冲的频率。设计时，先确定电容值的大小，再确定电阻R1、R2的值9。如图4.10所示的74LS73D为JK触发器构成的T触发器。起分频作用，将2Hz时钟信号分频为1Hz。这样就得到系统所需要的秒脉冲信号。图4.10 脉冲产生和分频电路应说明的是，能产生时钟脉冲的电路很多，如用晶体振荡器附加适当的门电路，可产生脉冲，但其振荡频率由晶体决定，而且振荡频率通常很高，调整和分频不大方便。还可用滞回比较器加RC电路产生时钟信号。4.2.7 整点报时电路声音报警电路可用555定时器构成高低音发声电路，电路如图4.11所示。该电路可产生高音，频率为876Hz，持续时间为1.04s；产生低音，频率为611Hz，持续时间为1.1s。图4.11 整点报时电路4.3.1 总体电路设计图4.12 数字时钟总体电路