數(shù)字電子鐘是用數(shù)字集成電路構成并有數(shù)字顯示特點的一種現(xiàn)代計數(shù)器，與傳統(tǒng)的機械計時器相比，它具有走時準、顯示直觀、無機械磨損等，因而廣泛應用于車站、碼頭、商店等公共場所。目前，數(shù)字電子鐘的設計，主要是采用計數(shù)器等集成電路構成，由于所用集成電路多。連線雜亂，不便閱讀。本文采用層次電路設計，將各單元電路設計成層次電路，這樣每個單元電路和整體電路連線一目了然，既美觀也便于閱讀，還有利于團隊設計，因每一層次電路為一獨立電路，便于獨立設計和修改。

1 設計任務

（1）電子鐘能顯示“時”、“分”、“秒”；

（2）能夠實現(xiàn)對“時”、“分”、“秒”的校時。

2 整機框圖

數(shù)字電子鐘主要由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼顯示器、校時電路等組成。秒信號發(fā)生器主要由石英晶體振蕩器或555振蕩器分頻后得到；秒、分都是60進制，故由60進制計數(shù)器構成；時為24進制，即由24進制計數(shù)器構成；顯示部分由譯碼和數(shù)碼顯示構成；校時電路由門電路和開關等構成。整機框圖如圖1所示。

3 各部分電路設計

3．1 秒、分、時計數(shù)器

秒、分計數(shù)采用60進制計數(shù)器，時采用24進制計數(shù)器。它們都是8個BCD碼輸出，1個進位輸出，1個時鐘脈沖輸入。在設計層次電路時，皆可設計為1個輸入端，9個輸出端。在Multisim仿真軟件中，執(zhí)行Place／New Hierachical Block命令，在FiIe Name Of Hierachical Block中填入你要設計的電路名稱，如“60進制計數(shù)器”等，再根據(jù)需要在輸入、輸出端口數(shù)中填寫所需數(shù)字，點“OK”后，即得如圖2所示電路層次模塊。雙擊它，得到圖3所示窗口，點Edit HB／SC對其內電路進行設計。若要進行修改，同樣采用以上步驟。

由此，采用4518十進制計數(shù)器，設計了60進制和24進制的計數(shù)器，計數(shù)器的內部電路分別如圖4、圖5所示。

3．2 校準電路

同樣的方法，設計校準電路的層次電路時，設計為6個輸入口、3個輸出口，其內部電路如圖6所示。為便于使用，將校準開關外接。

校時電路工作過程如圖7所示，正常工作情況下，J3斷開，J1，J2閉合，秒脈沖進入計數(shù)器。當需要對秒進行校正時，閉合和斷開J3，直到需要的數(shù)字為止；需要對分校正時，J3處于閉合的情況下，斷開J2，秒脈沖進入到分計時，則分計數(shù)器快速計數(shù)，直到顯示的時間為需要的數(shù)字為止，再閉合J2；同理，可以對時進行校正。

4 整機電路安裝調試

在Multisim中，執(zhí)行Place／Hierachical Block命令，找到已存儲的層次塊，點打開即可出現(xiàn)在電路模扳中，再在元件庫中找出信號發(fā)生器和數(shù)碼顯示器。本例中采用現(xiàn)成的信號發(fā)生器，可以將信號頻率設置為較高頻率，以便快速調節(jié)。數(shù)碼顯示器直接采用16位數(shù)碼顯示管，因本例中不會出現(xiàn)大于9的數(shù)碼，即使初始可能出現(xiàn)，可以通過校時電路快速調節(jié)為所需數(shù)字。

為使各電路接線后能順利工作，對各層次塊可以先分別測試其功能。將信號發(fā)生器分別接入60進制和24進制計數(shù)器層次塊，其輸出接數(shù)碼管或示波器看其是否能完成其功能。對其校準電路，只有當整機電路接好后，按校準電路所說工作方式，看是否能起到時、分、秒的校準。本例中各模塊皆能完成其功能，接好整機電路后，能完成所需功能，故本例數(shù)字電子鐘滿足設計任務。

5 結語

采用層次電路設計方法，對數(shù)字電子鐘進行了設計，較好地完成了該電路的設計任務。整機電路連線美觀，各部分電路功能明確，便于理解整體電路的構成、工作原理等。在數(shù)字電路及其他更多的課程中都涉及到較復雜的電路設計，若是采用層次電路設計方法，既便于對電路的理解，也便于團隊協(xié)作，共同完成設計任務，故而層次電路設計方法將會廣泛地應用在大型復雜電，路系統(tǒng)的設計中。
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