基于Multisim的數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)

摘要：為了提高電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，引入了Multisim仿真軟件，以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。利用邏輯電路的設(shè)計(jì)方法，做了數(shù)字時(shí)鐘的實(shí)驗(yàn)，得到了正確的結(jié)果。得到的結(jié)論：利用Multisim強(qiáng)大的功能對電子電路進(jìn)行仿真測試，可以提高電路的設(shè)計(jì)和分析效率，提高電子電路實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：Multisim；數(shù)字時(shí)鐘；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；電路仿真

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)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)。伴隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，元器件、設(shè)備儀器不斷更新，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件無法滿足各種電路設(shè)計(jì)、調(diào)試要求，尤其綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)需要多種儀器共同完成其功能，暴露出實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備費(fèi)用高、損耗大、更新慢的缺點(diǎn)，一般高校無法滿足此類實(shí)驗(yàn)要求。電路仿真軟件Multisim擁有龐大的元器件庫，具有強(qiáng)大的虛擬儀器功能，有一般實(shí)驗(yàn)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(chǔ)實(shí)驗(yàn)中引入Multisim，再配合傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，減輕了購買、更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備的資金壓力?？梢哉f，利用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)勢在必行。有些院校已經(jīng)使用Multisim展開教學(xué)。

1 數(shù)字時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)
數(shù)字時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)是電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中的綜合性實(shí)驗(yàn)之一。數(shù)字時(shí)鐘是一種典型的數(shù)字電路，包括了組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路，通過設(shè)計(jì)數(shù)字時(shí)鐘，學(xué)生會(huì)進(jìn)一步了解數(shù)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(shù)字時(shí)鐘的組成
數(shù)字時(shí)鐘是一個(gè)對標(biāo)準(zhǔn)頻率(1 Hz)進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。在計(jì)數(shù)時(shí)，如果起始時(shí)間和當(dāng)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(diào)試數(shù)字時(shí)鐘時(shí)發(fā)揮重要作用。數(shù)字時(shí)鐘構(gòu)成如圖1所示。

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

2 仿真、測試
實(shí)驗(yàn)環(huán)境：Multisim10．1，Windows XP。經(jīng)實(shí)際測試，60進(jìn)制和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器都能夠運(yùn)行正常，能夠?qū)崿F(xiàn)60進(jìn)制和24進(jìn)制的邏輯功能，校時(shí)電路也能夠?qū)r(shí)、分計(jì)數(shù)器進(jìn)行校正。實(shí)現(xiàn)了數(shù)字時(shí)鐘的功能。
仿真電路如圖2所示。

3 結(jié)語
使用Multisim仿真數(shù)字時(shí)鐘時(shí)，如果按照現(xiàn)實(shí)中的時(shí)、分來計(jì)時(shí)的話，不便于觀察時(shí)鐘運(yùn)行周期。比如，花費(fèi)一天的時(shí)間才能觀察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(yàn)者可以花費(fèi)較少的時(shí)間觀察時(shí)鐘運(yùn)行周期的變化。運(yùn)行環(huán)境是CPU AMD Athlon 2．01 GHz，仿真脈沖最高頻率達(dá)到240 MHz，再高的頻率就影響LED的顯示，無法清晰觀察時(shí)鐘的變化。數(shù)字時(shí)鐘的實(shí)驗(yàn)還能做一些功能擴(kuò)展，如整點(diǎn)報(bào)時(shí)、定時(shí)控制，可以留做大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的一部分。通過制作數(shù)字時(shí)鐘，即加深了理論知識的學(xué)習(xí)，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(xiàn)邏輯功能，一方面節(jié)省了器件費(fèi)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(qiáng)大的功能對電子電路進(jìn)行仿真測試，參數(shù)精確可靠，可以提高電路的設(shè)計(jì)和分析效率。