PROTEUS仿真的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)

【摘 要】電子鐘作為現(xiàn)代人日常生活與工作中一種最為多見的計(jì)時工具之一，同人們的生活密切相關(guān)，而數(shù)字電子鐘又憑借著小體積、輕重量與準(zhǔn)確計(jì)時、結(jié)構(gòu)簡單以及少耗電等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在日常生活中。故文章介紹一種基于PROTEUS仿真軟件的數(shù)字電子鐘，并對其設(shè)計(jì)與仿真調(diào)試情況展開具體分析。

【關(guān)鍵詞】PROTEUS仿真；數(shù)字電子鐘；設(shè)計(jì)方案

一、引言

PROTEUS仿真軟件，作為Labeenter Electronics公司研發(fā)出來的一款用于電路設(shè)計(jì)和仿真的軟件，主要涵蓋了ISIS與ARES等軟件模塊，其中，ISIS模塊主要是用于電路原理圖的布圖和仿真，而ARES模塊則多用于PCB設(shè)計(jì)。在該仿真軟件中，有著極為豐富的資源，擁有30多個元器件庫，并為設(shè)計(jì)者提供了27000個以上的仿真元器件，為數(shù)字電路與模擬電路混合仿真效果的實(shí)現(xiàn)奠定了良好的基礎(chǔ)。同時，在該軟件中，還可為用戶提供了邏輯分析儀、虛擬終端與信號發(fā)生器以及交直流電壓表等仿真儀器與儀表資源，即實(shí)現(xiàn)了同一儀器與儀表在同一個電路中的隨意調(diào)整[1]。下面，基于PROTEUS仿真軟件設(shè)計(jì)一數(shù)字電子鐘。

二、數(shù)字電子時鐘的設(shè)計(jì)分析

從本質(zhì)上來說，數(shù)字電子鐘主要可分為分頻器、振蕩器與譯碼器等幾部分，其中，分頻器與振蕩器共同構(gòu)成了一個“標(biāo)準(zhǔn)秒信號的發(fā)生器”，而其計(jì)時系統(tǒng)則由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、顯示器與譯碼器構(gòu)成，當(dāng)秒信號被輸送到計(jì)數(shù)器中時開始計(jì)數(shù)，而后用“時”、“分”、“秒”的形式將累積結(jié)果顯示出來[2]。下面，對數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)展開具體分析。

圖1

本次設(shè)計(jì)主要以AT89C2051為其核心元器件（因PROTEUS仿真軟件無該元器件，故設(shè)計(jì)原理圖時以AT89C4051代替），主要分成以下幾個部分：①振蕩電路，該部分作為計(jì)時器的一個核心部分，其頻率的精確性與穩(wěn)定性直接關(guān)系到計(jì)時器的總體準(zhǔn)確度，故為達(dá)到最佳精確度，本次設(shè)計(jì)選用晶體振蕩器來組成其振蕩電路；②按鍵電路，如圖1-a，即設(shè)計(jì)了S1、S2與S3三個按鍵，并使之分別同P3.5、P3.4與P3.2的端口進(jìn)行復(fù)用，只要對應(yīng)端口輸出高電平的時候，該單片機(jī)就可讀取出按鍵的當(dāng)前狀態(tài)們，并賦予其相對值；③蜂鳴器電路。在數(shù)字電子鐘中，其響鈴電路主要是由一個蜂鳴器與一個PNP型的三極管構(gòu)成的，并經(jīng)AT89C2051中的P3.7端口來驅(qū)動，若三極管被導(dǎo)通之后，其蜂鳴器就會發(fā)出一定響聲，并測得其J3兩側(cè)為高低平，若蜂鳴器無聲，那么，J3兩端的電壓差則是低電平，然而，因PROTEUS仿真軟件無法對排針進(jìn)行仿真，故本次設(shè)計(jì)中直接用2個開關(guān)來代替（如圖1-b）[3]；④顯示電路電路，即用3各兩位一體共陽極數(shù)碼管構(gòu)成，并借助7個200Ω上拉電阻使數(shù)碼管同AT89C2051端口P1.0～P1.6相連，將其電阻作用設(shè)為限流作用。

同時，對電路的時鐘功能、校時功能與鬧鐘功能、倒計(jì)時功能以及秒表功能、計(jì)數(shù)器功能進(jìn)行合理調(diào)整與設(shè)計(jì)，比如短短按5次S1鍵，其顯示狀態(tài)就變成了00：00：00，且冒號長滅，這時若按S2鍵，計(jì)數(shù)器則加1開始計(jì)時，若按S3鍵，計(jì)數(shù)器則清零。

三、電子時鐘的仿真分析

（一）設(shè)計(jì)仿真原理圖

在PROTEUS仿真中，原理圖的設(shè)計(jì)是其中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具體流程為：①新建一個文件夾，并將圖紙的相關(guān)參數(shù)與信息設(shè)置好；②放置元器件，即查找并選擇相應(yīng)元器件，后于對象選擇器中把選定元器件置于新建圖紙上，合理調(diào)整元器件位置，設(shè)定元器件相關(guān)參數(shù)，如名稱、標(biāo)準(zhǔn)與顯示狀態(tài)等[4]；③對原理圖實(shí)施布線處理，即借助有意義導(dǎo)線與網(wǎng)絡(luò)圖標(biāo)對預(yù)制元件器進(jìn)行連接處理，從而使各元件間存在一定關(guān)系，形成一張有效電路原理圖；④對原理圖展開相應(yīng)的調(diào)整、檢查與補(bǔ)充修改，以強(qiáng)化其有效性、可視性與可讀性，最后將其存盤并輸出。如圖1。

（二）編輯秒脈沖信號

本次設(shè)計(jì)中，時鐘所選用的秒脈沖頻率是1Hz，具體編輯步驟為：首先，在電路中加設(shè)時鐘仿真輸入源，后單擊Generator圖標(biāo)，并選中“DCLOCK”信號源，出現(xiàn)編輯框，單擊鼠標(biāo)左鍵，將時鐘信號源放置進(jìn)去，最后，雙擊信號源，彈出窗口，選用“Timing”下拉“Frequency”項(xiàng)目，并將其設(shè)置成1Hz。

（三）仿真結(jié)果分析

單擊控制面板上的運(yùn)行按鈕，使系統(tǒng)進(jìn)入到仿真狀態(tài)中，而這時數(shù)碼管也從00-00-00開始進(jìn)行計(jì)時，而設(shè)計(jì)者可通過對SW1（校時）、SW2（校分）與SW3（校秒）開關(guān)位置進(jìn)行改變來對其電子鐘的小時、分與秒進(jìn)行調(diào)試。比如把SW1調(diào)至高電平，那么，該電子鐘的小時數(shù)則從目前計(jì)數(shù)值開始以大小為1Hz的頻率逐步增加，直到SW1開關(guān)被調(diào)至低電平，而分與秒仍正常計(jì)數(shù)。

四、結(jié)束語

總而言之，PROTEUS仿真軟件有著極為強(qiáng)大的功能，而其在數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與仿真中的有效應(yīng)用，僅僅只是其部分功能的發(fā)揮，在現(xiàn)實(shí)生活與設(shè)計(jì)研究中，還可將其應(yīng)用于模擬電子技術(shù)與電工技術(shù)等方面的仿真設(shè)計(jì)與開發(fā)，以此來最大限度加快系統(tǒng)的開發(fā)速度，減少開發(fā)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]李瓊.基于PROTEUS仿真的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2011，12：216-217.

[2]朱曾志.數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與仿真[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2013，08：25-26.

[3]黃華飛.基于Proteus的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014，28：101-102.

[4]謝家興，王建，劉洪山，趙懿琨. LED點(diǎn)陣顯示式多功能數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)[J].軟件導(dǎo)刊，2014，04：93-95.

作者簡介：1.牛瑞斌，新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 助教.2.劉源，新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 助教.