基于Multisim10电子数字钟的设计与仿真.docx

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。Multisim8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
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

3.2.21Hz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。
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74LS00引到Load端便可置0，这样就实现了十进制计数。在分和秒的进位时，用秒计数器的Load端接分计数器的CLK控制时钟脉冲，脉冲在上升沿来时计数器开始计数。
时计数器可由两个十进制计数器串接并通过反馈接成二十四制计数器。
译码显示电路设计
译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，