数字电子钟课程总结
题目：基于Multisim10.0的多功能电子钟的设计与仿真
学院：电子工程学院
专业：电子信息工程
学 号： 20121271008
姓名：卫丽业
指导教师：蒋品群
2014年 05月
基于Multisim10.0的多功能电子钟的设计与仿真
摘 要: 数字钟是由555定时器电路产生1KHz秒时钟信号, 经过分频器分频后输出稳定的秒脉冲, 作为时间基准。
秒计数器满60向分计数
器进位,分计数器满60向时计数器进位, 时计数器以24为一个周
期。
计数器的输出经译码器送到数码管显示,可将时、分、秒在相
应位置正确显示。
计时出现误差或者调整时间时可以用校时电路
进行时、分的调整,并实现整点报时功能。
关键词: 数字钟 分频器 译码器 校时电路 整点报时电路 定时器
1．概述
主要是通过Multisim10.0软件作为应用平台,设计出电子数字钟逻辑电路,并在这个平台上进行仿真,验证它的工作状态是否正常,以实现要求的功能电路。
1.1 研究目标与任务
设计一个24小时制的数字时钟。
要求计时、显示精确到秒、有校时功能，采用中小规模集成电路设计。
1.2 研究步骤
（1）根据要求，设计出比较合理的方案，选取合适的硬件器件，熟悉各个器件的性能；
（2）通过Multisim10.0软件进行仿真和调试；
（6）实验总结。
2．总体设计和电路框图
2.1 设计思路
1).由秒时钟信号发生器、计时电路、校时电路和整点报时电路构成。
2).秒时钟信号发生器可由555定时器构成。
3).计时电路中采用两个60进制计数器分别完成秒计时和分计时；24进制计数器完成时计时；采用译码器将计数器的输出译码后送七段数码管显示。
4).校时电路采用开关控制时、分计数器的时钟信号为校时脉冲以完成校时。
2.2 电路框图
图1. 数字钟电路框图
3.子模块具体设计
3.1 由555定时器构成的1KHz信号发生器。
由下面的电路图产生1Hz的脉冲信号作为总电路的初输入时钟脉冲。
图2. 时钟信号发生电路
3.2 秒脉冲产生电路
我们这里是通过三个74LS160N将555多谐振荡器产生的1KHz信号进行三级分频，第一级输出为100Hz,第二级输出为10Hz，第三级输入是1Hz 的秒脉冲时钟信号。
图3.千分频秒脉冲产生仿真图
图4千分频秒脉冲产生仿真波形图
3.3 分、秒计时电路及显示部分
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74LS160D的反馈置数法来实现十进制功能和六进制功能，根据74LS160D的结构把输出端的0110（十进制为6）用一个与非门74LS00引到CLR端便可置0，这样就实现了六进制计数。
由两片十进制同步加法计数器74LS160级联产生，采用的是异步清零法。
显示部分用的是七段数码管和两片译码器74LS48D。
图5 60进制的分、秒计数器电路
3.4 时计时电路及显示部分
由两片十进制同步加法计数器74LS160级联产生，采用的是同步置数法，u1输出端为0011（十进制为3）与u2输出端0010（十进制为2）经过与非门接两片的置数端。
显示部分用的是七段数码管和两片译码器74LS48D。
图6 时计数器
3.5 校时电路
校时电路采用开关控制时、分计数器的时钟信号为校时脉冲以完成校时。
3.6 整点报时电路
数字电子钟一般都应具备整点报时电路功能，即在时间出现整点前数秒内，数字电子钟会自动报时，以示提醒。
其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波，较复杂的也可以是语音提示。
此处应用的是音频声波来实现的。
图7 整点报时电路
3.7整体电路原理图
整体电路共分为六大模块：脉冲产生部分、计数部分、译码部分、显示部分、校时部分、整点报时部分。
主要由震荡器、秒计数器、分计数器、时计数器、七段显示译码器74LS90、LED七段显示数码管、时间校准电路、整点报时电路构成。
数字钟数字显示部分，将七段数码管与七段显示译码器连接起来，组成显示译码电路，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1KHz。
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、整点报时。
图6. 整体电路图
图8 整体仿真电路图
4.仿真结果
4.1 60进制计数器计数仿真结果
如图连接好电路，点击运行按钮，经过观察电路仿真结果所设计的电路是正确的，可以正常工作。
计数显示从0到59。
当计数器数到59后有一个短暂的60显示，这是异步清零的原因。
实际工作后不会出现计数不准的现象。
4.2 24进制计数器计数仿真结果
给电路加脉冲信号源，频率可以加大。
如图，频率为1kHz，经过观察电路的仿真结果可以看到显示数字是从0到23与设计相符。
特别注意74LS160
的连接。
4.3 总体电路仿真结果
分、秒计数器仿真。
如图连接好电路，点击运行后，可以看到秒计数计
图9. 60进制计数器计数仿真电路
图10. 24进制计数器计数仿真电路
到59后可以向分计数器进位，电路运行正常。
时计数器仿真。
如图连接好电路，点击运行后，可以看到秒计数计到23后变为0，电路运行正常。
校时电路运行正常。
整点报时电路运行正常。
图11 正常运行中各频率信号图
5.遇到的问题
555谐振不出结果，检查后发现电阻的阻值不对，修改阻值后解决。
分频器不出结果，检查后改用74LS90后解决
运行时总提示出错，检查后发现在复制粘贴时，部分线路的编号重复，修改后正常运行。
6．总结
由震荡器、秒计数器、分计数器、时计数器、BCD-七段显示译码/驱动器、LED七段显示数码管设计了数字时钟电路，经过仿真得出较理想的结果，
说明电路图及思路是正确的，可以实现所要求的基本功能：计时、显示精确到秒、时分秒校时、整点报时。
7．致谢
通过对软件Multisim的学习和使用，进一步加深了对数字电路的认识。
在仿真过程中遇到许多困难，在本次毕业设计过程中，我的指导老师蒋品群老师对论文从选题、构思、资料收集到最后定稿的各个环节都给予了细心指引与教导，使我得以最终完成此次课程设计，在此对蒋老师表示衷心感谢！蒋老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维以及诲人不倦的师者风范是我终生学习的楷模。
最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议的各位老师表示感谢
参考文献
[1] 郭锁利 基于Multisim的电子系统设计、仿真与综合应用[J] 人民邮电出版社,2012第159699号。