基于Multisim的数字时钟设计

作者：刘允峰

加强实验教学、提高动手能力与创新能力是高等教育的教学重点。伴随着电子技术的快速发展，元器件、设备仪器不断更新，现有的实验室条件无法满足各种电路设计、调试要求，尤其综合性、创新性实验需要多种仪器共同完成其功能，暴露出实验室仪器设备费用高、损耗大、更新慢的缺点，一般高校无法满足此类实验要求。电路仿真软件Multisim拥有庞大的元器件库，具有强大的虚拟仪器功能，有一般实验室少有的频谱分析仪、网络分析仪等虚拟仪器。在电子技术基础实验中引入Multisim，再配合传统的实验设备进行实验，减轻了购买、更新实验设备的资金压力。可以说，利用虚拟仪器技术进行实验教学已经势在必行。有些院校已经使用Multisim展开教学。

1 数字时钟实验

     数字时钟实验是电子技术基础实验中的综合性实验之一。数字时钟是一种典型的数字电路，包括了组合逻辑电路和时序逻辑电路，通过设计数字时钟，学生会进一步了解数字时钟的原理和集成电路的使用方法，加深掌握逻辑电路的原理和使用方法。

1．1 数字时钟的组成

     数字时钟是一个对标准频率(1 Hz)进行计数的计数电路。在计数时，如果起始时间和当前时间不一致，还需要加一个校时电路。同时，校时电路还可以在调试数字时钟时发挥重要作用。数字时钟构成如图1所示。




1．2 模60和模24计数器的实现
     “秒”和“分”计数器都是模60计数器，由个位的10进制计数器和十位的6进制计数器组成。74LS90是10进制计数器，利用2片74LS90，通过异步清零功能，并配合与门74LS08使用，实现模60计数器或模24计数器的功能。
1．3 译码电路
     译码电路可以选用4线-7段译码器／驱动器74LS248，采用共阴极LED数码显示器。
1．4 校时电路
     当数字时钟接通电源或计时出现误差时，需要校准。常用的校准方法为“快速校准法”，即校准的时候使分、时计数器对1 Hz的秒脉冲信号进行计数。

2 仿真、测试
     实验环境：Multisim10．1，Windows XP。经实际测试，60进制和24进制计数器都能够运行正常，能够实现60进制和24进制的逻辑功能，校时电路也能够对时、分计数器进行校正。实现了数字时钟的功能。
     仿真电路如图2所示。





3 结语
     使用Multisim仿真数字时钟时，如果按照现实中的时、分来计时的话，不便于观察时钟运行周期。比如，花费一天的时间才能观察24小时的显示周期是否正确。而提高输入脉冲的频率，可以“缩短”时间，实验者可以花费较少的时间观察时钟运行周期的变化。运行环境是CPU AMD Athlon 2．01 GHz，仿真脉冲最高频率达到240 MHz，再高的频率就影响LED的显示，无法清晰观察时钟的变化。数字时钟的实验还能做一些功能扩展，如整点报时、定时控制，可以留做大学生创新性实验的一部分。通过制作数字时钟，即加深了理论知识的学习，还锻炼了动手能力和创新能力。先利用Multisim仿真，再用实际器件搭建电路，实现逻辑功能，一方面节省了器件费用、减少了仪器损耗，另一方面，提高了工作效率。因此，利用Multisim强大的功能对电子电路进行仿真测试，参数精确可靠，可以提高电路的设计和分析效率。