基于Multisim的數字時鐘設計

摘要：為了提高電子電路實驗教學質量，引入了Multisim仿真軟件，以增加學生的學習興趣。利用邏輯電路的設計方法，做了數字時鐘的實驗，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，提高電子電路實驗的教學質量。
關鍵詞：Multisim；數字時鐘；實驗教學；電路仿真

加強實驗教學、提高動手能力與創新能力是高等教育的教學重點。伴隨著電子技術的快速發展，元器件、設備儀器不斷更新，現有的實驗室條件無法滿足各種電路設計、調試要求，尤其綜合性、創新性實驗需要多種儀器共同完成其功能，暴露出實驗室儀器設備費用高、損耗大、更新慢的缺點，一般高校無法滿足此類實驗要求。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，有一般實驗室少有的頻譜分析儀、網絡分析儀等虛擬儀器。在電子技術基礎實驗中引入Multisim，再配合傳統的實驗設備進行實驗，減輕了購買、更新實驗設備的資金壓力。可以說，利用虛擬儀器技術進行實驗教學已經勢在必行。有些院校已經使用Multisim展開教學。

1 數字時鐘實驗
數字時鐘實驗是電子技術基礎實驗中的綜合性實驗之一。數字時鐘是一種典型的數字電路，包括了組合邏輯電路和時序邏輯電路，通過設計數字時鐘，學生會進一步了解數字時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 數字時鐘的組成
數字時鐘是一個對標準頻率(1 Hz)進行計數的計數電路。在計數時，如果起始時間和當前時間不一致，還需要加一個校時電路。同時，校時電路還可以在調試數字時鐘時發揮重要作用。數字時鐘構成如圖1所示。

1．2 模60和模24計數器的實現
“秒”和“分”計數器都是模60計數器，由個位的10進制計數器和十位的6進制計數器組成。74LS90是10進制計數器，利用2片74LS90，通過異步清零功能，并配合與門74LS08使用，實現模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-7段譯碼器／驅動器74LS248，采用共陰極LED數碼顯示器。
1．4 校時電路
當數字時鐘接通電源或計時出現誤差時，需要校準。常用的校準方法為“快速校準法”，即校準的時候使分、時計數器對1 Hz的秒脈沖信號進行計數。

2 仿真、測試
實驗環境：Multisim10．1，Windows XP。經實際測試，60進制和24進制計數器都能夠運行正常，能夠實現60進制和24進制的邏輯功能，校時電路也能夠對時、分計數器進行校正。實現了數字時鐘的功能。
仿真電路如圖2所示。

3 結語
使用Multisim仿真數字時鐘時，如果按照現實中的時、分來計時的話，不便于觀察時鐘運行周期。比如，花費一天的時間才能觀察24小時的顯示周期是否正確。而提高輸入脈沖的頻率，可以“縮短”時間，實驗者可以花費較少的時間觀察時鐘運行周期的變化。運行環境是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，無法清晰觀察時鐘的變化。數字時鐘的實驗還能做一些功能擴展，如整點報時、定時控制，可以留做大學生創新性實驗的一部分。通過制作數字時鐘，即加深了理論知識的學習，還鍛煉了動手能力和創新能力。先利用Multisim仿真，再用實際器件搭建電路，實現邏輯功能，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。