基于Multisim的电子钟仿真_32768晶振产生秒脉冲

数字电子钟主要由秒脉冲电路、计时电路、译码电路、显示电路、校时控制电路、整点报时电路、清零控制电路组成详见下图。电路主要部分是由计时电路产生1HZ的脉冲给秒计数器再由秒计数器给译码器进行译码译码后传给显示器显示。其中秒计时器记到60后清零同时传给“分计数器”一个信号待“分计数器”计满60后清零同时给“时计数器”传递信号以此类推至“星期计数器”。同时整点报时电路(下图并未画出通过计时电路输出一个脉冲控制喇叭校时电通过单次或连续脉冲电路单独产生脉冲来控制显示器显示的数字。

3.系统各模块简述

根据设计任务和要求对照数字电子钟的框图可以分以下几部分进行模块化设计。

1.秒脉冲发生器

脉冲发生器是数字钟的核心部分它的精度和稳定度决定了数字钟的质量通常用晶体振荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。如晶振为32768 Hz通过15次二分频后可获得1Hz的脉冲输出。

2.计数译码显示

秒、分、时、日分别为60、60、24、7进制计数器、秒、分均为60进制即显示00～59它们的个位为十进制十位为六进制。时为二十四进制计数器显示为00～23个位仍为十进制而十位为三进制但当十进位计到2而个位计到4时清零就为二十四进制了。

周为七进制数按人们一般的概念一周的显示日期“日、1、2、3、4、5、6”所以我们设计这个七进制计数器应根据译码显示器的状态表来进行。日用数字8代替所有计数器的译码显示均采用BCD—七段译码器显示器采用共阴电极数码管。

3.校时电路

计在刚刚开机接通电源时由于日、时、分、秒为任意值所以需要进行调整。置开关在手动位置分别对时、分、秒、日进行单独计数计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输入。

4.整点报时电路

当时计数器在每次计到整点前六秒时需要报时这可用译码电路来解决。即当分为59时则秒在计数计到54时输出一延时高电平去打开低音与门使报时声按500Hz频率呜叫5声直至秒计数器计到58时结束这高电平脉冲当秒计数到59时则去驱动高音1KHz频率输出而鸣叫1声。

4.系统各单元电路设计

4.1显示电路

工作原理数码管采用七段共阴极数码管公共端接地要想点亮数码管并显示指定数字则需要对数码管相应端口输入高电平。管脚排列如下图所示。

其内部是八段发光二极管的负极连在一起的电路。当在它的 a、b、c...g、DP 加上正向电压时各段发光二极管就点亮例如当 a、b 和 c 段为高电平其它各段为低电平时就显示数码“7”。

4.2计时器及译码电路

4.2.1 译码电路

工作原理

74LS248 是显示译码器负责将74LS161计数器输出的四位二进制码转为驱动数码管显示的七段码它的管脚图如下图所示。

其中A、B、C、D引脚为输入引脚a、b、c、d、e、f、g为输出引脚对应连接数码管a、b、c、d、e、f、g七位段选引脚。要想74LS正常工作需要将图中LT 灯测试、RBO/BI(脉冲消隐输出)、 RBI(消隐输入)三个引脚接高电平(低电平有效)。

4.2.2计时电路

计时电路采用74LS161计数器其管脚分布如下

74LS161计数器具有多种功能其真值表如下

工作原理

由真值表可知若要实现计时功能输入A、B、C、D应该接入低电平ENP、ENT、~LOAD接高电平CLK接脉冲输入而~CLR为清零输入根据所需的进制位数通过与非门进行连接。

举例若要实现单个数码管满十清零十进制而若要数码管显示十则74LS161输出QA、QB、QC、QD分别为0、1、0、1将QB、QD通过与非门连接后输入到74LS161的清零输入端~CLR即实现数码管满十清零。至于七进制、二十四进制显示原理与此相似。

注秒脉冲电路主要由晶振频率为32768HZ的石英晶体、22pF的电容、可变电容器、电阻、CD4060、74LS74组成。主要用32.768kHz晶振与CD4060组成32.768kHz信号振荡器再经CD4060的14级分频器分频后在输出端Q14上得到1/2秒脉冲并送入由74LS74构成的二分频器取得1Hz信号。

4.3整点报时电路

注为了方便观察仿真中以LED代替蜂鸣器。

工作原理

整点报时电路主要由二极管、或非门电路、电阻、电源组成。主要通过计数器计数当分计数器计数到六十时引出一个脉冲通过二极管单向导通进入整点报时电路再通过滤波电路、或非门产生稳定电流通过三极管放大产生足够驱动蜂鸣器的电流。

4.4校时电路

工作原理

刚接通电源或走时不准时都需要进行时间校准。理论上校时电路是可以通过直接与脉冲源相接而获得脉冲频率。但是因为实物电路的硬件缘故。在按下和弹开按钮的瞬间数码管的数字会因为按钮的接触原因而抖动。这就导致了在较好之间后想结束校时因为按钮抖动的原因时间又改变了。相当于无校时功能。实现校时电路的方法有很多采用基本R-S触发器构成单脉冲发生器是其中的一种。RS触发器具有置位、复位和保持记忆的功能可以消除抖动所以决定用这个比较简单的校时电路。

5.元器件的选择依据及其相关技术参数的计算

5.1元器件选型

根据总体电路图可知显示电路需要数码管校时电路需要一个74LS00的与非门的芯片、一个74LS04的或非门的芯片、以及两个10千欧和一个两百欧的电阻、一个可变电阻、一个电容、一个三位拨码开关、一个5v电源译码电路需要七个74LS248的译码器芯片、74LS161的计数器的芯片、两个与非门的芯片和两个或非门的芯片考虑到74LS161的工作电压还需要一个5V的电源整点报时电路需要一个300千欧以及两个200欧的电阻、两个二极管、一个10μF的电容、一个三极管、以及一个蜂鸣器。

5.2 元器件清单

元件名称	功能	数量/个
数码管	7段LED灯显示数字	7
74LS248译码器	二进制转换为数码管需要的二进制	7
74LS161计数器	脉冲计数	7
74LS00与非门	与非逻辑运算	2
74LS08与门	与逻辑运算	1
74LS04或非门	或非逻辑运算	3
电阻	限制电流大小	2
三位开关	控制电路断开和导通	5
电容	获得振荡、滤波、相移、旁路、耦合等功能	2
三极管	放大电流	1
蜂鸣器	产生声音	1
线路板	放置电路	1

6.Multisim电路搭建及仿真

6.1总体电路图

6.2仿真调试过程及结果

注Multisim其实并不很适合数字电路的仿真如上图整体电路仿真过程非常缓慢因此将整个系统按单元电路分别进行仿真。

6.2.1显示电路的仿真

6.2.2校时电路的仿真

校时前

校时后:

6.2.3整点报时电路的仿真

蜂鸣器未工作没到整点

蜂鸣器工作整点

由于整点报需要满整点才报时仿真起来十分不便所以我们为整点报时电路单独设置了一个脉冲产生电路用来模拟满整点脉冲。又因为蜂鸣器仿真时效果不明显我们用LED灯代替蜂鸣器LED灯亮便代表蜂鸣器正常工作。

7.实物制作和调试结果

7.1实物电路图

注强烈建议直接某宝打PCB否则背部的焊点直接让人抓狂见下图。

7.2实物调试结果

注焊接时一个焊点粘连直接全盘翻车直接暴躁放弃接下来报时等电路。

8.成本管理与经济决策

元器件	价格/元	个数
数码管	0.945	7
74LS248译码器	2.79	7
74LS161计数器	2.48	7
74LS00与非门	0.3	2
74LS08与门	0.3	1
74LS04或非门	0.3	3
电阻	0.12	2
三位开关	0.44	5
电容	0.03	2
三极管	0.07	1
喇叭	0.57	1
线路板	16.80	1
总计	65.245	/