家庭电路设计原理

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家庭电路设计原理范文第1篇

关键词:JZ863数传模块;无线遥控;单片机串行通信;程序控制

中图分类号:TP368文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)11-2794-01

Design of Wireless Remote Control Circuit Based on Module JZ863

WANG Yang, LI Ji

(Experiment Center of Aviation University of Air Force, Changchun 130022, China)

Abstract: For home appliances and lighting intelligent control, a kind of wireless remote control circuitprogram based on module JZ863 and SCM 89C2051 be designed. this design has the following advantages: simpler peripheral circuit, low power consumption, easy programming, high reliability and strong extensions.

Key words: JZ863 DTU; wireless remote; serial communication; program control

当前,对现代化电器实现无线遥控,已经成为各种专业和家用电器最基本的首要的功能。而这些遥控功能多数都是单一的、一对一的,如何实现分机分体遥控到中央集中的遥控,这在许多环境、场合条件下是需要的。本文介绍一种以JZ863为数据传输模块的、基于89C51系列单片机的无线遥控电路设计方案。

1 JZ863 数传模块功能特点

JZ863数据传输模块用于单片机之间的串行无线数据传输。JZ863数传模块的标准发射功率为100mW(20dB);接收灵敏度高达-110dbm。模块的功耗低,以直流(DC5V)电源供电,接收电流最低500m,(BER=10 ?3/9600bps)>200m。JZ863型模块标准配置提供8个信道、多种通信波特率,无线传输速率与接口波特率成正比,满足用户多种通信组合方式和多种波特率的需求。由于JZ863型模块具有以上的功能特点,所以在工业遥控、数据通信、仪表自动化控制、安防报警和家庭电器和灯光智能控制等方面得到了广泛的应用。

2 JZ863数传模块与用户终端的连接

2.1 JZ863的TTL、RS232、RS485三种接口方式

本文采用的是RS232接口方式,接口引脚如图1所示,定义说明如表1所示。

2.2 JZ863无线模块与用户设备的连接

用户终端设备可以是PC机或单片机,方式连接如图1所示。

2.3 软件测试检验及参数设置

1)安装技卓科技提供的无线模块设置与通信软件。

2)连接JZ863与电脑,并接上电源,选择所用的串口。

3)电台检测,当检到电台时(软件提示检测成功),这样就可以对单个参数进行读取或更改了。

4)更改参数时,选择好设置的参数,设置进行完要再次进行读取,看所设的参数是否完成。

3 单片机遥控发射/接收电路的硬件设计

本电路采用了89C2051单片机设计,分发射和接收电路两部分,如图2所示。89C2051是89C51系列单片机的缩减版,适用于设计功能比较简单的遥控电路。本电路仅用于JZ863数传模块原理应用试验,取代了由P2272/P2262系列编码电路芯片设计的遥控电路。电路设计要求遥控8个对象,其中7个用LED代替,另一个为亮度可调的电灯,控制距离≥10m。一路电灯的亮度分8级控制,并用数码管显示亮度等级数。根据遥控点亮各个灯泡的设计要求,发射电路部分用了8个轻触微动开关做按键开关,接到89C2051的P1端口。接收电路部分P1端口对应连接7个用LED,P3口外接一位7段译码显示驱动器CD4511,并接3个亮度等级控制三极管。与P2272/P2262系列编码电路芯片设计的遥控电路相比,电路少,可靠性高,故障率低,体积小,重量轻。由于JZ863数传模块必须通过PC机进行软件调试和参数设置,本例JZ863数传模块是RS232接口方式,以便与PC机进行通信。在模块与单片机发射电路和接收电路之间也必须加上RS232电平转换电路MAX232,如图3所示。

4 单片机遥控发射/接收电路的软件设计

软件说明:首先,收发模块的频率和空中速率必须一致。模块与用户设备要进行通讯,模块和用户设定的串口参数必须一致。其次,发射端编程简单,循环检测外接的按键,只要有键按下即行发射串行数据。第三,发射端设一个亮度控制键,每按一次亮度增加一级。接收程序中要设置一个增亮计数器,接收端收到数据,首先判断键值是否亮度控制按键。如果是,计数器加1,输出亮度显示、控制字到P3口;如果不是,直接输出收到的数据到P1口,点亮对应的LED灯。由于JZ863模块传送的是发送端的数据,所以能够把发送电路P1端口的开关状态直接反映到接收电路P1端口的LED灯上。

5 结束语

本设计方案如果使用TTL接口方式的JZ863模块,就可以发挥89C2051的低电压供电的优势,并开发出休眠状态功能,使无线遥控电路的功耗更低,使用更加便捷、有效,功能更强,应用更加广泛。

参考文献:

[1] 朱定华,戴汝平.单片微机原理与应用[M].北京:北方交通大学出版社,2003.

[2] 何希才.新型集成电路应用实例[M].北京:电子工业出版社,2002.

[3] 技卓科技无线模块设置与通讯软件用户手册[Z].深圳市技卓科技有限公司

家庭电路设计原理范文第2篇

【关键词】数字温度计；测温传感器；系统

1.引言

日常生活中温度测量占用非常重要的地位，人们每天通过天气预报关注当天的温度，工业中锻造高性能的产品，对于温度的控制至关重要，生活上人们感觉身体不舒服时首先通过体温计测量温度，根据测量结果进行治疗，温度过高或过低会对人的身体产生非常大的伤害。当前常见测量温度的基本是模拟式温度计，并且测量误差较大，测量读数不准确，所以研究一种简洁、准确的高精度数字温度计非常重要。本文就是基本以上原因，在前人研究的基础上设计一种高精度的数字温度计，以适应当前的工农业及生活的需要。

2.系统方案设计

2.1 系统设计的组成

该数字温度计电路系统是由电源部分、单片机主控电路、温度传感器电路、显示电路、蜂鸣器和继电器驱动电路、串口通讯电路等组成。设计电路合理，测量结果准确。

2.2 系统硬件介绍

2.2.1 温度传感器

系统温度传感器采用DALLAS公司生产的单总线式数字温度传感器DS18B20，它具有高性能、低功耗、微型化、抗干扰能力强、易配处理器等优点，特别适用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号（提供9位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片。DS18B20具有3引脚，TO-92小体积封装形式，温度测量范围广（一般为-55℃～+125℃），可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。

2.2.2 单片机

采用宏晶科技研究开发的STC11F01单片机，该单片机具有加密性强、超强抗干扰、超强抗静电（整机可过两万伏静电测试）、速度快，1个时钟/机器周期，可用低频晶振，大幅降低EMI等特点。另外该单片机输入/输出端口多，最多有40个I/O，复位脚如果I/O口使用，可以省去外部电路。还有其具有超低功耗，空闲模式功耗

单片机STC11F01引脚功能

RST（1脚）：强制复位端；

RXD（2脚）：串行输入口；

TXD（3脚）：串行输出口；

XTAL1、XTAL2（5、4脚）：时钟电路引脚；

（6、7脚）：外部中断输入口；

T0、T1（8、9脚）：定时/计数口；

Gnd（10脚）：接地端；

P1.0～P1.7（12～19脚）：输入输出端口；

VCC（20脚）：电源端+5V。

图1 STC11F01引脚图

2.3 电路硬件设计

2.3.1 电源电路设计

串联稳压电路接通220V的交流电后，经降压、整流、滤波后得到12V电压，再经数字温度计电源电路稳压、滤波得到5V电压。

图2 系统电源电路

2.3.2 单片机与温度传感器电路设计

温度传感器DS18B20探测环境温度，由5V电源供电，内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲进行计数，并将此信号由2脚经上拉电阻送入单片机STC11F01的P3.7口，经单片机程序处理将数据显示到四位数码管。

图3 单片机与温度传感器设计图

当按下单片机STC11F01的K1键时，由RST引脚进行强制复位。

2.3.3 显示电路设计

显示电路由动态显示控制电路、电源驱动电路和数据总线构成，四位数码管显示电路采用共阳极接法，由三极管Q1、Q2、Q3、Q4控制（Q1-Q4三极管均为8550），当单片机的2、3、6、7引脚使得三极管8550的基极为低电平时，三极管导通，相应的数码管动态工作，数据显示内容由单片机的P1.0～P1.7经总线传送到数码管。

图4 显示电路设计图

2.3.4 蜂鸣器驱动电路设计

蜂鸣器驱动电路由开关三级管Q5控制，当温度超过35℃时，单片机的T0口为低电平，使三极管Q5导通，蜂鸣器工作，当温度低于35℃时，T0口为高电平，三极管Q5截止，蜂鸣器停止工作。

图5 蜂鸣器驱动电路设计图

串口通讯电路由串口控制芯片MAX232CPE实现，可通过串行口与微机或其他设备实现数据交换。

3.结束语

采用DS18B20的高精度温度传感器为测温传感器，以数码显示的方式设计的数字温度计，精确度高、测温速度快；应用场合广泛，既可测量体温，也可测量空气、食物、水等物质的温度，量程大；操作使用方便，不仅适合普通家庭也适合某些需要语音提示的工业现场生产应用。

参考文献：

[1]周克辉.基于单片机控制的DS18B20数字温度计设计[J].湖南农机，2010（11）.

家庭电路设计原理范文第3篇

关键词： 自主排风； 实时监测； SIM900A； 语音报警； STM32

中图分类号： TN876?34； TP391.4 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）03?0096?04

Design and implementation of voice gas alarm device based on SIM900A

LIU Yongtao， LIU Jia， LI Yuhua， XIA Xuhong， LIU Hao， HUO Qingzhou

（College of Electronic and Information Engineering， North China Institute of Science and Technology， Beijing 101601， China）

Abstract： The carbon monoxide poisoning and explosion incidents caused by gas leakage occur frequently， so only the field sound?light alarm and SMS reminder can be adopted because the function of the existing alarm system is somewhat simple. Even though it can reduce the incidents greatly， it isn′t popularized due to its high price. Aiming at the above situations， a gas alarm device based on SIM900A and STM32 embedded processor was designed. The device can detect the field gas， carbon mo?noxide， smog and temperature parameters. When the detected value is higher than the set value， the device gives the sound?light alarm， starts the internal air exhaust device and external large?scale air exhaust device， sends the short massage to the multigroup phone numbers stored in SIM card， and calls the stored phone numbers successively to notice the dangerous situation with the voice until someone answers the phone. The device is equipped with a large?capacity lithium battery， and can automatically switch the power supply and provide the continuous monitoring after the sudden power failure.

Keywords： autonomous air exhaust； real?time monitoring； SIM900A； voice alarm； STM32

0 引 言

随着中国城市化进程的加快，煤气、天然气以及沼气等燃料得到广泛应用，而这些大多是易燃易爆气体， 一旦发生气体泄漏， 很容易引发爆炸， 直接危害国家财产和人民生命安全[1]。因此，需要采取相应的措施来减少损害。现有的报警系统功能较为单一，只能采取现场声光报警和短信提示，并且价格较高使其未能得到普及。

针对以上情况本文设计了一种基于SIM900A的语音燃气报警装置。该装置能够检测空气中一氧化碳、甲烷的浓度以及空气温度，当浓度超标或者温度超过设定值之后，系统会自动打开自有排风系统，将室内有毒气体排放到室外；同时通过拨打预设电话和向预设电话号码发送短信两种方式来告知用户危险的情况，便于用户进一步处理危险状况，避免造成重大财产损失和人身伤害。

1 系统结构设计

系统由STM32嵌入式处理器、传感器电路、电源电路、声光报警电路、排风系统、GSM通信电路等功能模块组成。主控芯片采用的是STM32F103RBT6处理器，相比于传统的STC单片机，该处理器处理速度更快，性价比更高。气体检测传感器采用了对一氧化碳具有很高灵敏度的ZYMQ?7和对甲烷具有良好选择性的ZYMQ?2。温度检测选用了基于单总线技术的DS18B20数字温度传感器。通信电路主要由基于GSM网络的SIM900A芯片控制。现场由蜂鸣器和LED灯实现声光报警。自有排风选用的是排风量为440 m3/min的轴流风机。系统5 V电源由MP2303芯片构成的稳压单元提供。系统整体结构如图1所示。

2 硬件电路设计

2.1 主电路设计

主控制器采用低功耗、高性能的STM32F103RBT6芯片，内核为ARM 32位的Cortex??M3 CPU，片内集成128 KB FLASH，20 KB SRAM，最高72 MHz的工作频率，正常工作电压范围[2]为2.0～3.6 V。其主要负责将采集到的传感器浓度和温度与设定值进行比较，超过预定值之后会控制系统进行声光报警，自动启动排风，并且通过控制SIM900A拨打电话和发送短信来告知用户[3]。

2.2 传感器电路设计

甲烷检测采用ZYMQ?2传感器，它将微型Al2O3陶瓷管、SnO2敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在不锈钢金属腔体内；内部加热电阻丝为气敏元件提供必要的工作条件；敏感层使用非常稳定的SnO2制成，具有很好的长期稳定性。为了减弱氮氧化物、烷类等气体的干扰，过滤腔体内填充了活性炭。气敏传感器有六只金属针管脚，其中四个用于信号取出，两个用于接入加热电源[4]。传感器信号处理电路如图2所示。

传感器电阻[Rs]电压是通过与其串联的负载电阻[RL]上的有效电压信号[VRL]输出而获得的。二者之间的关系为：

[RsRL=Vc-VRLVRL]

利用回路测得在传感器由结晶空气转移至甲烷氛围中时，从[RL]上输出变化信号，信号的测定在一个或两个完整的加热周期内测得。传感器输出电压接入由LM393组成的电压比较器通过电位器R6来调整校准报警值，正常时运放输出高电平，当一氧化碳浓度超标后运放输出低电平，报警指示灯D3点亮。PB5，PB6为双色LED，正常时PB5绿色灯亮，超标后PB6红色灯亮，PB5熄灭。

一氧化碳检测采用ZYMQ?7传感器，处理电路与甲烷检测电路相同，该电路结构简单，并且具有灵敏度高、响应快的特点。

温度传感器采用基于单总线技术的DS18B20，该传感器具有独特的单总线数据接口，只需一个I/O口即可与处理器通信完成温度的采集，电路简捷应用方便[5]。

2.3 报警电路设计

报警系统主要由基于GSM网络通信技术的SIM900A芯片控制，此芯片是一个双频的GSM/GPRS模块，工作频段为EGSM 900 MHz和DCS 1 800 MHz，支持多种编码方式，在SLEEP模式下最低耗流只有1.0 mA。SIM900A仅适用于中国市场，其性能稳定，外观精巧， 性价比高； 可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输[6]。芯片应用原理如图3所示。

装置通过STM32处理器的PA14管脚来控制SIM900A的PWRKEY引脚，完成SIM900A的上、下电及重启控制[7]。通过处理器的串口1完成与SIM900A的串行通信控制。控制前首先要对SIM900A初始化，程序如下：

void Init_Module（） //对SIM900模块的初始化

{

printf（"ATE0＼r＼n"）； //取消回显

delay_ms（255）；

Clear_Buffer（）；

printf（"AT+CNMI=2，2＼r＼n"）；

//新短信到来时直接通过串口输出不做存储

delay_ms（255）；

Clear_Buffer（）；

printf（"AT+CMGF=1＼r＼n"）； //设置为TEXT模式

delay_ms（255）；

Clear_Buffer（）；

printf（"AT+COLP=1＼r＼n"）；

delay_ms（255）；

Clear_Buffer（）；

}

处理器发送AT指令后，如果SIM900A正确响应，将返回“OK”字符给STM32。当有监测数据超标后处理器通过AT指令操作SIM900A向用户发送短信，告知用户危险情况，并会按顺序拨打预存在SIM卡内的电话号码，直到有人接听，拨通之后会向处理器返回命令，进而处理器控制语音芯片播放语音，告知用户危险情况。

语音芯片采用的是SC080，此芯片是一颗单芯CMOS一次性生成语音芯片，其使用的是最新嵌入式RPROM架构的OTP语音晶元，有一个Input脚和2个I/O脚，内部精准的内阻振荡不需外加振荡电阻，PWM输出端可直接驱动8 Ω 0.5 W喇叭，语音的还原度高。其应用原理如图4所示。

2.4 电源电路设计

电源电路采用的是由MP2303芯片控制的电源模块，该模块工作稳定，能够提供最大3 A的工作电流，为系统提供5 V电压，供传感器和继电器工作。主开关电源提供12 V/3 A的电压，供给整个电路和内置大功率风机工作。5 V电源电路如图5所示。

另外，本设计采用4 000 mA的锂电池作为备用电源，保持该装置在断电的情况下待机超过12 h以上，排风系统启动后可维持1 h以上。

3 系统软件设计

首先，主控芯片进行初始化，然后初始化SIM900A模块，再把SIM900A模块接人GPRS网络[8]。系统程序由C语言编写完成。软件主要用来控制传感器采集数据、控制语音芯片语音报警、控制SIM900A拨打电话以及短信发送。主程序流程如图6所示。

4 装置功能实现及测试

基于SIM900A的语音燃气报警装置目前已通过实验室测试。装置包含内置大功率轴流风机、主控电路板、大容量锂电池和内吸气小功率风扇。

报警装置的核心电路板如图7所示。核心电路板集成了一氧化碳传感器、甲烷传感器以及温度传感器，两路继电器用于启动内置排风装置和外部风机，蜂鸣器和双色指示灯完成声光报警，SIM900A与STM32处理器直连完成短信和语音的报警[9]。

通过对整个装置的硬件和软件实验室检测和调试，该装置实现了以下功能：

（1） 可燃气体浓度超过2 500 PPM，启动报警和排风。

（2） 一氧化碳浓度超过300 PPM启动报警和排风。

（3） 温度超过40 ℃启动报警和排风。

（4） SIM卡存储：1～6组电话号码，报警时全部发送短信然后按先后顺序拨打电话，直到有人接听完成语音报警。

（5） 可燃气体报警：先向SIM卡中存储所有号码短信，内容为“燃气浓度超标，注意！”，之后按先后顺序拨打电话，直到有人接听或者环境正常，报警语音提示“燃气浓度超标，注意！”。

（6） 一氧化碳报警：先向SIM卡中存储所有号码短信，内容为“有毒气体超标，注意！”，之后按先后顺序拨打电话，直到有人接听或者环境正常，报警语音提示“有毒气体超标，注意！”。

（7） 温度报警：先向SIM卡中存储所有号码短信，内容为“温度超标，火灾隐患！”，之后按先后顺序拨打电话，直到有人接听或者环境正常，报警语音提示“温度超标，火灾隐患！”。

5 结 语

本系统实现了基于SIM900A和STM32嵌入式处理器的语音燃气报警装置的设计[10]，经过现场测试完成了一氧化碳监测、可燃气体监测、烟雾监测、高温监测报警的功能。设备监测到各项参数超标后能及时启动自有排风装置，并且短信通知用户，拨打电直至有人接听进行语音报警。其具有待机低功耗、实用性强、性价比高、安装便捷等优点。可用于家庭及酒店厨房监测、燃煤锅炉房以及一些特殊气体监测场所，因此可以广泛的加以推广和应用。

参考文献

[1] 龚翔，李亚杰，高学平，等.基于GSM的燃气报警系统[J].机械工程与自动化，2012（1）：178?180.

[2] 徐大诏，李正明，刘军.基于STM32 的便携式矿用多气体检测仪的设计[J].仪表技术与传感器，2014（3）：14?16.

[3] 张明富.基于SIM900A的智能电话机的研究与设计[J].科技风，2014（15）：31.

[4] 刘丽霞.嵌入式煤矿瓦斯检测仪应用研究[J].煤炭技术，2010（6）：45?47.

[5] 彭浩.黄河河道冰情定点连续自动测报系统的设计与研究[D].太原：太原理工大学，2010.

[6] 黄超，刘婷，谢印庆.基于STC12C5A60S2多功能通信开发板设计[J].现代电子技术，2014，37（5）：152?155.

[7] 左兆辉，孙耀杰，马晓峥.基于PPI协议与SIM900A的抽油机监控系统[J].仪表技术与传感器，2014（4）：50?52.

[8] 黎山峰，扬雷，孙建军.面向智慧社区的环境监测系统设计与实现[J].计算机测量与控制，2015，23（5）：1785?1787.

家庭电路设计原理范文第4篇

关键词: 视觉惰性；单片机；三维立体式；旋转灯笼；

中图分类号：S611文献标识码： A

1 引言

LED具有节能、环保、寿命长、体积小、低热量等特点。在当今社会，发展低碳经济已经成为全球的共识。由此可见，LED发光二极管方面的电子产品具有很好的发展前景。本设计创新的把LED360度环形显示系统方案与传统灯笼有效的结合在一起，小到家庭，大到商场、酒店都可以使用本产品进行装饰，用现有的基于AT89C51芯片组成的LED显示屏控制系统，从而得到良好的动态视觉效果。

2 总体方案设计

目前使用的二维平面LED显示产品大多是由8×8的点阵块组成一定长宽的显示屏，要想进行三维空间的立体显示，首先必须将8×8的平面点阵块用线状点阵条替代，点阵条沿某一直线平移就形成了类似点阵屏的平面，若点阵条沿某一曲线平移，就形成了三维立体空间的显示。考虑空间显示画面的美观和减少设计时的难度，本文将采用使点阵条沿圆周运动的方式，显示的画面是圆筒外表面，只要改变圆的半径即可改变显示面积。

系统采用单片机为核心的控制系统。系统由单片机、最小系统部分、驱动电路部分、显示电路部分、单相电机开关调速部分及电源部分组成。系统的核心采用AT89S52单片机，该芯片具有极高的性价比，适用于众多嵌入式控制应用系统。

3 系统硬件电路设计

（1）采用12MHz的晶振提供系统时钟，并附加复位电路，组成单片机最小系统。

（2）采用单基色红色LED发光管。

（3）利用一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。

（4）电源部分采用的是三端稳压器7812和7805，输入由变压器和桥式电路整流提供+12V直流电，经7805稳压，由电容滤波，输出+5V电压，为单片机、霍尔传感器和LED数码管提供工作电源。L298驱动电路需要12V和5V直流电压同时供电。

（5）利用芯片8255A扩展电路来实现电机旋转。

4 系统主程序设计

void main()

{

uchar l;

while(1)

{

for(I=0;I

{

P0=zimo[4*l];

P2=zimo[4*l+1];

P1=zimo[4*l+2];

P3=zimo[4*l+3];

delayms(1);

}

}

}

END

5 系统总电路图仿真

首先点击Project->New Project 后选择单片机型号建立库Target 1，双机打开库文件看到Source Group 1，右键添加一个“.c”文件输入程序并保存。最后利用keil编译。

6 产品设计图

图1 产品设计图

7 结语

本设计以单片机为核心部件，通过单片机控制LED扫描显示的时间，能够稳定的显示数字或文字。通过调整圆的半径即可改变灯笼显示空间的大小，可在360°的任意角度显示、观看。在设计过程中，力求硬件线路简单，充分发挥软件优势来满足设计的要求，制作的成品达到了预期的效果。

参考文献

[1] 李群芳 肖看． 单片机原理、接口-嵌入式系统技术基础 [M]．清华大学出版社，2004 55-79

[2] 马明建． 数据采集与处理技术 （第二版）[M]．西安交通大学出版社，2005 33-59

[3] 周明德. 单片机原理与技术 [M].人民邮电出版社,2008 24-27

家庭电路设计原理范文第5篇

关键词：数字电子时钟；计数器；Multisim10

1 概述

数字电子时钟是由数字电路构成、有数字显示特点的一种现代化的计时工具[1-3]，它显示直观、走时精准，深受人们的喜欢，广泛应用于公交站、汽车站、图书馆、商店、大型广场等公众场合以及百姓家庭，给人们的生活、学习、工作和娱乐带来了很大的便利[4-5]。

Multisim10是美国NI公司推出的用于电子电路仿真和设计的EDA工具软件，可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，是一个高效的设计仿真平台[6-10]。其强大的虚拟仪器库和仿真功能，为电路设计与分析创造了良好的环境，也提高了电路设计效率。

简易数字电子时钟的核心电路部分是计时和数字显示两个，本文应用Multisim10仿真软件设计了一个时钟电路，能够准确而直观地将时间的“时”“分”“秒”以数字方式显示出来，并设计了时间校正电路使其准确工作，该电路具有校时功能和整点自动报时功能。尽管本文设计的数字时钟与当今社会正使用的数字时钟差别较大，但研究其核心数字电路部分及扩展其应用，仍具有非常重要的指导意义[11]。

2 设计方案及电路框图

数字时钟是一个将时间的“时”、“分”、“秒”以数字的形式显示于人的视觉器官的一种计时装置，它的主要功能是计时和显示，因此，简易数字电子时钟电路的主要电路设计包括标准脉冲计数信号模块、“时、分、秒”计数模块、时间显示模块等电路的设计。其中，标准时间计数脉冲信号由555振荡器经分频器得到，即1Hz的秒计数脉冲信号；由于计时可能出现误差，故在电路中增加时间校准电路模块。最后，在主电路正常运行情况下，扩展其整点报时功能。总体电路框图设计如图1所示。

3 各电路模块的设计及仿真调试

在Multisim10仿真平台上搭建简易数字电子时钟的总设计仿真电路图如图2所示，其各电路模块设计如下。

3.1 标准计数脉冲信号

本文设计的标准时间计数脉冲信号由555振荡器与RC组成的多谐振荡电路产生，即1Hz的秒计数脉冲信号，作为总电路的计数时钟脉冲，也是扩展电路所需要的工作信号。（见图3）

该电路模块设计的优点是：555多谐震荡电路内部的比较器灵敏度较高，并应用差分电路形式，使其振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。缺点是：若要精确稳定地输出1Hz脉冲信号，对电容和电阻的数值精度要求很高。

3.2 计数显示模块

在时钟的计数控制电路模块中，有了时间标准“秒”计数脉冲信号后，就可以按照“60秒为1分”、“60分为1时”、“24时为1天”的计数规则进行计数电路模块的设计。然后设计“时”、“分”、“秒”三个译码显示电路，将“时”、“分”、“秒”的计数状态在七段数码管上显示成直观的数字符号。在本文设计中，采用十进制同步加法计数器芯片74LS160N来实现计数的十进制功能和六进制功能，其工作状态表如表1所示，芯片引脚图如图4所示。

74LS160N的CLK是脉冲输入端，RCO为进位信号输出端，ENP和ENT是计数的工作状态端，CLR为清零端，LOAD橹檬端，A～D是数据输入端，QA～QD为输出端。74LS160是一个十进制的计数器。

应用芯片的异步清零功能，将芯片74LS160N的输出端的0110（十进制为6）用一个两输入的与非门74LS00引到CLR端即可置零，实现六进制计数功能。

3.2.1 六十进制计数显示模块

在计数显示电路模块中，分和秒的计数控制是一样的，即六十进制计数功能，电路模块设计如图5所示。设计中用两片十进制计数芯片74LS160N级联，高位芯片进行六进制计数功能，低位芯片进行十进制计数功能，从而实现计数范围00-59的计数功能。设计时，将低位芯片的进位输出CO端接到高位芯片的时钟脉冲信号输入端CLK，计数脉冲信号在上升沿到来时计数器开始计数，当计数到59时，再来一个计数脉冲信号，两芯片都要清零，于是，应用74LS160N的异步清零功能，当高位芯片计数到6（即输出状态为0110）时，将输出状态通过一个两输入与非门引到两芯片的异步清零端进行复位，从而实现六十进制计数功能。

3.2.2 二十四进制计数显示模块

时计数显示电路模块也由两片74LS160N芯片级联产生，它的计数范围是00-23，计数时钟脉冲信号来自分计数显示电路的高位芯片的进位输出。该电路模块的低位芯片计数为4（即输出状态为0100），高位芯片计数为2（即输出状态为0010）时，将输出状态通过一个两输入与非门引到两芯片的异步清零端进行复位，从而实现二十四制计数器功能，电路模块设计如图6所示。

3.3 校准电路模块

数字电子时钟应具有分校准和时校准功能，因此，应截断分十位和时十位的直接计数路径，并增加秒脉冲计时信号与校正信号随时切换电路。设计校时电路的关键，是通过开关按键，控制电路中“秒”到“分”、“分”到“时”的进位输入端的高低电平的变化，从而实现手动校准“分”和“时”。下面以分校准电路为例，如图7所示。

3.4 整点报时模块

电路设计在整点前10秒钟内开始进行整点报时，即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，报时电路发出报时控制信号。当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5、9和5，因此可将分计数器十位的Qc和QA、个位的QD和QA及秒计数器十位的Qc和QA相与，通过8输入与非门74HC30芯片输出，从而产生报时控制信号。整点报时的功能要求时，每当数字钟计时快到整点时发出闹铃声。由原理可知当分钟计数到一个周期向前进位时，蜂鸣器开始工作，电路模块设计如图8所示。

4 仿真结果及分析

将设计好的各电路模块进行组建，得到如图2所示的数字电子时钟仿真电路图。按下仿真开始键，电路进入时钟计时状态，通过“Pause Simulation”按键，得到以下仿真结果。（见图9、图10）

由以上仿真结果可以看出，本文设计的简易数字电子时钟能实现时钟的正常功能，达到设计要求。

5 结束语

本文基于Multisim10仿真软件，对简易数字电子时钟的各电路模块单元进行了设计，较好地完成了电路功能的设计，并达到了基本设计要求。该电路设计是提升数字电子技术基础理论知识转化为实际动手设计能力的一个重要方面，另外，即使在数字电路及其他更多的课程中涉及到的较为复杂的电路设计中，文中较为清晰的设计构架及思路也较强的参考借鉴价值。

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