基于Multisim的數字時(shí)鐘設計

摘要：為了提高電子電路實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量，引入了Multisim仿真軟件，以增加學(xué)生的學(xué)習興趣。利用邏輯電路的設計方法，做了數字時(shí)鐘的實(shí)驗，得到了正確的結果。得到的結論：利用Multisim強大的功能對電子電路進(jìn)行仿真測試，可以提高電路的設計和分析效率，提高電子電路實(shí)驗的教學(xué)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：Multisim；數字時(shí)鐘；實(shí)驗教學(xué)；電路仿真

加強實(shí)驗教學(xué)、提高動(dòng)手能力與創(chuàng )新能力是高等教育的教學(xué)重點(diǎn)。伴隨著(zhù)電子技術(shù)的快速發(fā)展，元器件、設備儀器不斷更新，現有的實(shí)驗室條件無(wú)法滿(mǎn)足各種電路設計、調試要求，尤其綜合性、創(chuàng )新性實(shí)驗需要多種儀器共同完成其功能，暴露出實(shí)驗室儀器設備費用高、損耗大、更新慢的缺點(diǎn)，一般高校無(wú)法滿(mǎn)足此類(lèi)實(shí)驗要求。電路仿真軟件Multisim擁有龐大的元器件庫，具有強大的虛擬儀器功能，有一般實(shí)驗室少有的頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò )分析儀等虛擬儀器。在電子技術(shù)基礎實(shí)驗中引入Multisim，再配合傳統的實(shí)驗設備進(jìn)行實(shí)驗，減輕了購買(mǎi)、更新實(shí)驗設備的資金壓力?？梢哉f(shuō)，利用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)已經(jīng)勢在必行。有些院校已經(jīng)使用Multisim展開(kāi)教學(xué)。

1 數字時(shí)鐘實(shí)驗
數字時(shí)鐘實(shí)驗是電子技術(shù)基礎實(shí)驗中的綜合性實(shí)驗之一。數字時(shí)鐘是一種典型的數字電路，包括了組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路，通過(guò)設計數字時(shí)鐘，學(xué)生會(huì )進(jìn)一步了解數字時(shí)鐘的原理和集成電路的使用方法，加深掌握邏輯電路的原理和使用方法。
1．1 數字時(shí)鐘的組成
數字時(shí)鐘是一個(gè)對標準頻率(1 Hz)進(jìn)行計數的計數電路。在計數時(shí)，如果起始時(shí)間和當前時(shí)間不一致，還需要加一個(gè)校時(shí)電路。同時(shí)，校時(shí)電路還可以在調試數字時(shí)鐘時(shí)發(fā)揮重要作用。數字時(shí)鐘構成如圖1所示。

1．2 模60和模24計數器的實(shí)現
“秒”和“分”計數器都是模60計數器，由個(gè)位的10進(jìn)制計數器和十位的6進(jìn)制計數器組成。74LS90是10進(jìn)制計數器，利用2片74LS90，通過(guò)異步清零功能，并配合與門(mén)74LS08使用，實(shí)現模60計數器或模24計數器的功能。
1．3 譯碼電路
譯碼電路可以選用4線(xiàn)-7段譯碼器／驅動(dòng)器74LS248，采用共陰極LED數碼顯示器。
1．4 校時(shí)電路
當數字時(shí)鐘接通電源或計時(shí)出現誤差時(shí)，需要校準。常用的校準方法為“快速校準法”，即校準的時(shí)候使分、時(shí)計數器對1 Hz的秒脈沖信號進(jìn)行計數。

2 仿真、測試
實(shí)驗環(huán)境：Multisim10．1，Windows XP。經(jīng)實(shí)際測試，60進(jìn)制和24進(jìn)制計數器都能夠運行正常，能夠實(shí)現60進(jìn)制和24進(jìn)制的邏輯功能，校時(shí)電路也能夠對時(shí)、分計數器進(jìn)行校正。實(shí)現了數字時(shí)鐘的功能。
仿真電路如圖2所示。

3 結語(yǔ)
使用Multisim仿真數字時(shí)鐘時(shí)，如果按照現實(shí)中的時(shí)、分來(lái)計時(shí)的話(huà)，不便于觀(guān)察時(shí)鐘運行周期。比如，花費一天的時(shí)間才能觀(guān)察24小時(shí)的顯示周期是否正確。而提高輸入脈沖的頻率，可以“縮短”時(shí)間，實(shí)驗者可以花費較少的時(shí)間觀(guān)察時(shí)鐘運行周期的變化。運行環(huán)境是CPU AMD Athlon 2．01 GHz，仿真脈沖最高頻率達到240 MHz，再高的頻率就影響LED的顯示，無(wú)法清晰觀(guān)察時(shí)鐘的變化。數字時(shí)鐘的實(shí)驗還能做一些功能擴展，如整點(diǎn)報時(shí)、定時(shí)控制，可以留做大學(xué)生創(chuàng )新性實(shí)驗的一部分。通過(guò)制作數字時(shí)鐘，即加深了理論知識的學(xué)習，還鍛煉了動(dòng)手能力和創(chuàng )新能力。先利用Multisim仿真，再用實(shí)際器件搭建電路，實(shí)現邏輯功能，一方面節省了器件費用、減少了儀器損耗，另一方面，提高了工作效率。因此，利用Multisim強大的功能對電子電路進(jìn)行仿真測試，參數精確可靠，可以提高電路的設計和分析效率。