基于Multisim的数字时钟的设计及仿真方案说明书

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Tˊ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。

4.3.1 总体电路设计

图4.12 数字时钟总体电路