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1、西安工程大学学报JournalofXi.anPolytechnicUniversity第23卷第3期(总97期)2009年6月Vo.l23,No.3(Sum.No.97)文章编号:16712850X(2009)0320059204基于Proteus的数字钟设计及仿真12马丽萍,肖渊(1.西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;2.西安工程大学机电工程学院,陕西西安710048)摘要:基于Proteus强大的仿真功能和丰富的元件仿真模型,提出了新的用于电子技术的仿真方法.使用常用的芯片555定时
2、器和74LS90计数器设计了电路原理图,对电路的每个单元进行了仿真实验,可以直观地观测出电路的仿真效果.这种基于Proteus软件的仿真方法在电子技术的教学演示及实际设计等方面具有很大的辅助作用.关键词:Proteus;数字钟;仿真中图分类号:TP273文献标识码:A0引言在电子技术设计期间,仿真扮演着非常重要的角色,通过对电路的仿真,可以提高设计效率,在常规的仿真中,使用较多的软件如MATLAB、MAX2plusÒ,其仿真功能强大,可以用于各个科学领域.但在电子技术设计中,特别是数字电路设计时,不仅
3、要了解它们的实时信号,还需要同时对多个输出信号的逻辑关系进行分析.Proteus软件是来自英国Labcenterelectronics公司的EDA工具软件,它除了有和其他EDA工具[122]一样的原理图编辑、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外,还有一些虚拟的仪器及仪表,而这些仪器及仪表非常适合分析电子电路,如:逻辑分析仪、计数计时仪、信号发生器等,其中逻辑分析仪可以同[3]时观测到16个波形,而且逻辑关系一目了然.另外Proteus还提供了一个图形显示功能,可以将线路上变化的信号,以图形的方式实时
4、地显示出来,设计者可以直观地观测到仿真效果.本文以Proteus软件作为[425]仿真平台,利用集成电路及其所需要的外围电路组成数字钟及校正电路,并对其结果进行了详尽的仿真及结果分析.1数字钟的工作原理数字时钟一般由振荡器、分频器、译码器等几部分组成.其中,振荡器和分频器组成标准秒信号发生器,由不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统.秒信号送入计数器进行计数,把累积的结果以/时0、/分0、/秒0的数字显示出来./时0显示由二十四进制计数器、译码器和显示器构成;/分0、/秒0显示分别由六十进制计数
5、器、译码器和显示器组成.其原理框图如图1所示.2数字钟的设计及仿真211振荡器收稿日期:2008211226通讯作者:马丽萍(19762),女,陕西省咸阳市人,西安工程大学讲师.E2mai:lmlp0106@yahoo.com.cn60西安工程大学学报第23卷(1)电路原理及参数设置振荡器是计时器的核心,振荡器的稳定性和频率的准确度决定了计时器的准确度.一般来说,振荡器的频率越高,计时的精度就越高,但耗电量也增大,因此从准确度及经济两方面考虑,在此采用集成电路555[627]定时器与RC组成频率f=1
6、kHz的振荡器,理论上只需将555定时器的2,6角连接在一起先构成施密图1电路原理框图特触发器,然后再将输出Vo经RC积分电路接回输入端即可.但这种接法可能会出现一些实际问题,如电容C1较大时555内部逻辑门电路的带负载能力有限,不宜直接提供充、放电电流等.为此将7端与R1结接成一个反相器,由于7端与3端逻辑关系上完全等价,然后再将7端经RC积分电路接到施密特触发器输入端,就得到了振荡器.为了使输出频率可调,加入可调电阻RV1,如图2所示.在此电路中电容经R1,R2,RV1充电,所以充电时间为T1=(
7、R1+R2+RV1)C2ln2.经RV1放电,放电时间为T2=RV1C2ln2.因此电路的振荡周期为T=T1+T2=(R1+R2+2RV1)C2ln2.为了得到1kHz的振荡频率,取R1=10k8,R2=511k8,根据T=T1+T2=(R1+R2+2RV1)C2ln2=1/1000,取RV1=100k8,C2=10nF.具体参数如图2所示.(2)仿真及结果分析在Proteus的界面中摆放好所需元器件RES,555,CAP等,按照上述计算结果设定好参数,为了观察仿真波形,在输出端加上示波器.根据需要设
8、置好示波器后按界面左下角中的就得到了如图2所示的仿真结果.从示波器观察到的波形计算其频率,示波器的Ls/DIV设置是500Ls档,所以理论上应该为两横格,由仿真结果图知其频率偏大,经适当减小RV1的值使振荡周期为2格.频率即可达到1kHz.212分频器(1)分频器的构成由振荡器产生的是1kHz矩形波,为了得到1Hz基准秒计时信号,需用分频器[425]进行分频,74LS90是二2五2十进制异步加法计数器,用三片74LS90构成的三级十分频器可将1kHz的矩
