基于Multisim10电子数字钟的设计与仿真..doc

电子技术综合设计报告 设计课题： 电子数字钟的设计与仿真 专业班级： 电子信息工程 学生姓名： 指导教师： 设计时间： 电子数字钟的设计与仿真 设计者 指导教师 摘要 数字钟能经振荡器、计数器、译码和显示电路准确地将时间“时”“分”“秒”用数字的方式显示出来，并且需要校正电路使其准确工作，还可以有定时和报时功能。研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。本文在Multisim基础上设计的数字钟，是由数字集成电路构成、用数码管显示。 关键词 数字钟 振荡器 计数器 译码显示 仿真 引言 数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播。而且与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动、无需人的经常调整等优点。数字钟的设计涉及到模拟电子与数字电子技术，其中绝大部分是数字部分、逻辑门电路、数字逻辑表达式、计算真值表与逻辑函数间的关系、编码器、译码器显示等基本原理。现在主要用各种芯片实现其功能，更加方便和准确。Multisim 8作为一种高效的设计与仿真平台。其强大的虚拟仪器库和软件仿真功能，为电路设计提供了先进的设计理念和方法。 1 设计任务与要求 1.1设计+5V稳压电源； 1.2用LED管显示时、分、秒； 1.3具有校时功能； 1.4具有整点报时功能； 1.5具有闹钟功能； 1.6应用Multisim仿真软件对电路进行关键元器件参数的选择、主要功能特性的仿真与电路特性分析。 2 方案设计与论证 该设计主要由以下几部分组成:震荡器、秒计数器、分计数器、时计数器、BCD-七段显示译码/驱动器、LED七段显示数码管、时间校准电路[3]。 数字钟数字显示部分，采用译码与二极管串联电路，将译码器、七段数码管连接起来，组成十进制数码显示电路，即时钟显示。要完成显示需要6个数码管，八段的数码管需要译码器械才能显示，然后要实现时、分、秒的计时需要60进制计数器和24进制计数器，在在仿真软件中发生信号可以用函数发生器仿真，频率可以随意调整。60进制可能由10进制和6进制的计数器串联而成，频率振荡器可以由晶体振荡器分频来提供，也可以由555定时来产生脉冲并分频为1Hz。计数器的输出分别经译码器送显示器显示。计时出现误差时,可以用校时电路校时、校分。扩展电路必须在主题电路正常运行的情况下才能进行功能扩展。主体思路如图1所示： 时 时 十 位 时 个位 分 十 位 分个 位 秒 十 位 秒 个 位 24进制 时计数 60进制 分计时 60进制 秒计时 校时电路 振荡器 整点报时 闹时 拓展 时钟显示电路 图1 电子数字钟系统组成框图 3 原理图的设计 3.1 总原理图 图2 电子数字钟总原理图 3.2 工作原理 3.2.1直流稳压电源 串联型直流稳压电源的设计，该系统是由整流、滤波和稳压三部分组成，桥式整流电路加上电容滤波后，使输出的波形更平滑，稳压部分，一般有四个环节：调整环节、基准电压、比较放大器和取样电路。当电网电压或负载变动引起输出电压Uo变化时，取样电路将输出电压Uo的一部分馈送给比较放大器与基准电压进行比较，产生的误差电压经放大后去控制调整管的基极电流，自动地改变调整管的集一射极间电压，补偿Uo的变化，从而维持输出电压不变。[7] 图3 直流稳压电源关键点电压测量仿真 图4 整流滤波后电压的波形和稳压输出电压的波形仿真 图5 整流滤波后电压的波形和稳压输出电压的波形 3.2.2 1Hz标准脉冲发生器 振荡器可由晶振组成，也可以由555与RC组成的多谐振荡器。由555定时器得到1Hz的脉冲，功能主要是产生标准秒脉冲信号和提供功能扩展电路所需要的信号。 3.2.3计数设计 在数字钟的控制电路中，分和秒的控制都是一样的，都是由一个十进制计数器和一个六进制计数器串联而成的，在电路的设计中我采用的是统一的器件74LS161N的反馈置数法来实现十进制功能和六进制功能，根据74LS161的结构把输出端的0101（十进制为5）用一个与非门74LS00引到Load端便可置0，这样就实现了六进制计数。同样，在输出端的1001（十进制为9）用一个与非门74LS0