仿真时钟

仿真时钟（精选4篇）

仿真时钟 篇1

1 引言

传统的教学模式已经不能适应现代工科人才的培养, 传统的教学模式是以教师讲, 学生听为主的教学模式, 然后外加实验环节来构成对工科学生全方位的培养, 但是理想与现实的差距是始终避免不了的;教学环节与实验环节的脱节, 带来的是学生对理论的学习与动手实践的学习的分离, 很难达到预定的理论与实践互相促进的效果。然而, 实验室资源和时空的限制, 必然带来了学生参加实践的困难, 也极大的打击了学生参加实践的积极性。

目前, 计算机的发展极大的促进了虚拟仪器的发展, 诸如EDA, CAD, Multisim, Proteus, Matalab等。虚拟仪器所带来的直接好处则是利用计算机的虚拟环境搭建虚拟的硬件平台来代替实际的硬件资源, 而这种仿真的环境与现实的参数通常相差无几。虚拟仪器的开发最初的设想是方便开发, 提高开发效率, 缩短开发周期, 排除掉很多开发中的非核心技术所带来的调试问题。而虚拟仪器的这种特性也刚好可以用在高校的理工科教学中, 这样能极大的避免了硬件资源的限制给学生的学习带来的诸多非知识型的障碍。

本文主要应用到的软件有ISIS 7 Professional和Keil u Vision4, 由ISIS 7 Professional来仿真电子钟的所有硬件平台, 用Keil u Vision4编写的C程序来替代复杂的汇编语言。

2 Keilc51平台与Proteus仿真系统的简介

Proteus软件是是一种混合电路仿真工具, 它包括模数电路的仿真, 单片机及其外围电路组成的仿真等。它由ISIS (一款便捷的电子系统仿真平台软件) 和ARES (一款高级的布线编辑软件) 两个软件所构成, 集成混合模式SPICE电路仿真, 高级原理布图, PCB设计及自动布线来构成了一个完整的EDA电子设计自动化系统。

Keil C51是一种编译型程序设计语言, 它兼顾了多种高级语言的特点, 并具备汇编语言的功能。Keil u Vision4提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具, 利用它编译后生成的汇编代码, 其目标代码效率非常之高, 在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

3 基于51单片机的电子钟硬件

以51单片机电子钟为例, 介绍利用仿真软件来进行电子钟的设计与仿真。

整个电路分为:晶振电路, 复位电路, 显示模块以及按键模块。里面所用到的主要器件有单片机AT89C51, 8为数码管, 排阻, 按键以及晶振。具体的系统模块图与仿真电路图如下:

4 电子钟的软件流程

本电子钟主要是通过按键来设置时间, 通过8位数码管显示时、分、秒。

由于用Keil C很容易做到软件功能的模块化, 因此, 本电子钟的主程序主要包括了:初始化程序, 显示子程序, 计数程序以及键盘扫描子程序, 如图2。显示子程序主要完成了具体如何让单片机控制9位数码管在什么地方显示什么数字;计数程序的功能则主要完成到什么时间数码管应该显示什么内容;键盘扫描子程序的功能则是如何组合按下三个按键来实现设定时分秒的时间显示。

这里主要介绍按键功能流程:

(1) 按key1键一下, 则进入到调秒钟模式, 如图3, 此时再按一下key2键数码管上秒数加1, 计数器也同时加1;或者按一下key3键数码管上秒数减1, 计数器也同时减1。此时, 计数器里的秒钟变量采用模60来实现, 最大不超过60, 最小不小于0; (2) 按key1键两下, 则进入到调分钟模式, 其他原理同上; (3) 如按key1键三下, 则进入到调时钟模式, 其他原理同上。此时, 计数器里的时钟变量采用模24来实现, 最大不超过24, 最小不小于0。

5 结论

(1) 利用Proteus与Keil C51确实能达到仿真学习的目的, 尽管有些细节性的东西不能被仿真出来, 比如虚焊等。

(2) 本文的电子时钟结构简单, 还可以进一步通过1602的LCD屏幕来显示更多的信息, 比如年月日等, 也可以更换定时更为精确地时钟芯片来确保时间的精准。

摘要：电子信息技术相关专业的学生应以具体的工程实践来不断的提升技术能力, 而现实的条件却在时空以及原材料的配置上打消了学生积极参与技能实践的热情, 因此本文以电子仿真软件proteus以及keilc平台来虚拟真实的电子时钟为例, 说明利用虚拟仿真仪器在工科生的课外实践中的优势以及可行性。

关键词：AT89C51,proteus仿真,电路原理图,电子时钟

参考文献

[1]曹洪奎, 马莹莹, 李宁.基于Proteus的单片机系统设计与仿真[J].辽宁工学院学报.2007.8:4 (27) .

[2]李丽丽, 施伟.基于AT89S52的多功能电子钟设计与仿真[J].微计算机信息, 2011:11 (27) .

[3]刘维红, 谭永超.基于STC89C52单片机的电子时钟研究[J].机电产品开发与创新, 2012.9:5 (25) .

仿真时钟 篇2

随着电子设计自动化(EDA)技术的发展,开创了利用“虚拟仪器”、“虚拟器件”在计算机上进行电子电路设计和实验的新方法。目前,在这类仿真软件中,“虚拟电子实验台”——Multisim较为优秀,其应用逐步得到推广。这种新型的虚拟电子实验技术软件,在创建实验电路时,元器件、测试仪器均可直接从屏幕图形中选取,且仪器的设置、使用和数据读取方法以及外观都与现实中的仪表非常相似。因此在实际工作中,我们可以利用此软件实现计算机仿真设计与虚拟实验,并且设计与实验可以同步进行,可以边设计边实验,修改调试方便;设计和实验用的元器件及测试仪表齐全,可以完成各种类型的电路设计与实验;可方便地对电路参数进行测试和分析;可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图;实验中不消耗实际上的元器件;实验所需元器件的种类和数量不受限制,从而实验成本低;实验速度快,效率高。因此,我们利用虚拟实验室中的虚拟仪器来组织完成数字时钟显示实验,进而显现其功能和数字时钟的工作原理。

此次仿真的数字时钟能够显示秒、分、时和上下午,并能够随时校正分钟和小时,其涉及的芯片主要包括:5个74LS90D;5个数码阳极显示管;1个74LS47D;1个74LS48D;2个74LS107D;1个74LS20D;1个74LD04D;1个脉冲发生器;若干电阻等。它由秒脉冲发生电路,秒、分、时和上下午计数显示电路,时间校准电路等组成。由秒脉冲发生器产生的秒脉冲信号→计秒电路→计分电路→计时电路,当秒计数满60后,分钟加1;当分满60后,时加1;当时计数器计满12时后,又开始下一个循环技术,只不过此时上下午产生变化。同时,可以根据需要随时进行时分的调整。简要过程如图1所示:

1 主要元件详介

下面,详细介绍各个元器件的功能,进而阐述数字时钟的工作原理。

1.1 二—五—十进制异步计数器

如图2所示,74LS90是二—五—十进制异步计数器,QA, QB, QC和QD分别是脉冲输出线。通过不同的连接方式,74LS90可以实现四种不同的逻辑功能;而且还可借助R01和R02对计数器清零,借助R9(1)和R9(2)将计数器置9。其具体功能详述如下:

a) 计数脉冲从INA输入,QA作为输出端,为二进制计数器;

b) 若将INB和QA相连,计数脉冲由INA输入,QD, QC, QB和QA作为输出端,则构成异步8421码十进制加法计数器;

c) 若将INA与QD相连,计数脉冲由INB输入,QA, QD, QC和QB作为输出端,则构成异步5421码十进制加法计数器;

d) 清零、置9功能:

1) 异步清零:当R01和R02均为“1”,R9(1)和R9(2)中有“0”时,实现异步清零功能,即QDQCQBQA=0000;

2) 置9功能:当R9(1)和R9(2)均为“1”,R0(1)和R0(2)中有“0”时,实现置9功能,即QDQCQBQA=1001。

1.2BCD-7段译码器/驱动器

BCD-7段译码器/驱动器是数字集成电路如图3所示,用于将BCD码转化成数码块中的数字,然后我们就能看到从0～9的数字。译码器原理(74LS47)译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器,它在这里与数码管配合使用,表1列出了74LS47的真值表,表示出了它与数码管之间的关系。

如图4所示,74LS48和74LS47功能类似,区别在于电流上。74LS47输出电压电流都比74LS48大,如果不是驱动很大的数码管的话,直接替换是可以的,如果电压较高,电流较大时,可以在74LS48的输出引脚上接一个三极管进行扩压扩流。

1.3 双下降沿JK主从触发器

如图5所示,触发器是存放二进制信息的最基本单元,是构成时序电路的主要元件。触发器具有两个稳态:即“0”态undefined和“1”态undefined.在时钟脉冲的作用下,根据输入信号的不同,触发器可具有置“0”、置“1”、保持和翻转功能。主从型JK触发器由两级RS触发器串接而成。主从型JK触发器的工作情况和逻辑功能主要有以下几个方面(表2):

1.4 74LS04反相器

图6所示,74LS04反相器是电子电路中简单而重要的一员,它可以将高点平转换为低电平,同时也可以将低电平转换为高电平。

1.5 74LS20双四输入与非门

74LS20双四输入与非门由两个四输入与非门构成,当输入的四个引脚上全是高电平时,输出时低电平;放有一个输入引脚时低电平时输出高电平。如图7所示,通过以上介绍让我们懂得了仿真所需要电子元器件的基本原理。

2 模拟仿真与分析

下面我们将利用这些元器件进行模拟仿真。用Multisim 7进行仿真实验的主要步骤包括:创建仿真电路图→寻找相关的仿真分析方法→启动Multisim 7仿真→仿真结果的处理。

仿真流程设计如图8所示。

首先,详细地分析一下本数字时钟的工作原理:这个电路图中有7个显示数字显示屏,其中上排左边两个表示分钟数,右边两个显示秒数;下派左边的一个显示A和P,分别代表上午和下午,右边的两个表示小时数。首先是电源,图8中我们直接用了一个5V,2MHz的电源,而实际的电子表电源可由555定时器构成频率为1kHz的多谐振荡器再经过三片74LS90D分频,把1kHz的频率降为1kHz。这个数字时钟中秒和分钟的显示主要由74LS90芯片来控制,芯片和数码管的连接方式如图9所示,数码管根据输入的脉冲来显示相应的数字,其数字显示对应如表3所示,由于数字时钟的秒和分以及时的个位数字的变化范围是0～9,因此当个位达到9时就要直接变为0,而不是A,这就需要进行调节控制,这里我们利用74LS90芯片的“清零”功能如表3所示,当4和2首次对应高电平时,将其清零,就能满足要求,不出现A而是0,因此,将其4和2分别与R01和R02相连。对于秒和分的十位数字要求其到达6后就要清零,因此将3和2连接到R01和R02上就能满足要求。而对于小时的十位的数字显示,为了进一步了解74LS47,便采用其进行译码,使其显示小时的十位数字。对于上下午P和R的显现较为简便,只需要当小时的十位由2变为0时进行转换便可以了。总体电路如图10所示:

为了更好的体现数字时钟的实际应用效果,我们对其进行了进一步更改,使其能够随时进行小时和分钟的调整,防止各种原因造成数字时钟的不准时,具体实现步骤如下:

a) 分钟的调节:利用联动开关,按下键盘上的空格键,使脉冲发生器的脉冲停止输送到74LS90,而是直接输送到分钟显示的74LS90上,这时每按下键盘的A键一次,分钟便会加1,从而实现分钟数的调节;

b) 小时的调节:小时调节时,首先按下键盘空格键盘上的空格键,此时秒停止,每一次再按键盘上的B键,小时会自动加1,通过小时的循环,便可以进而调整上下午的显示;

c) 时序分析:在连接完成后,我们可以对其进行运行仿真。打开运行开关,便可以看到秒钟开始运行起来,我们可以随时更改根脉冲的频率,从而改变计数速率。双击元件便可以得到如图11所示的脉冲频率、频宽比和电压的对话框,在Value选项Frequency中选择所需的频率即可。为了验证计数的正确性,我们可以对其进行时序分析,在分钟和秒钟处分别连接上示波器,对其波形进行分析,得到图12:从图中我们可以看到,每隔60s的周期分钟进行脉冲的变更,这就验证了电路连接的正确性,达到了预期目标。

在整个电路中,数字时钟显示仅通过综合学习过程中用到的简单的逻辑元件便可完成,并且和实际元件极为相似。因此,我们可以随时应用Multisim软件进行我们所设计的电路的准确性和可行性,从而节省人力财力和时间,提高科研效率。

3 小结

借助虚拟仪器来完成电子技术实验,具有低成本、高效率和低设备损坏率的特点,登陆相应的网站,如“www.Electronics Workbench.com”和“www.EDApart.com”等,在电子技术实验的教学过程中,首先利用虚拟器件,预先进行仿真设计和分析,然后再结合硬件仪器,加强学生们的实际操作能力,会使学生更加深入地了解实验内容,提高实验教学的效果。在电子教学实验中,借助仿真软件,学生不仅可以把课堂中所学到的知识,直接加以运用,而且还可以帮助他们把各个分离的知识点组合为一个整体。奥苏贝尔的有意义学习理论认为,人的学习应该是有意义学习,影响学习的最主要因素是学习者已掌握的知识,当学习者有有意义学习的意向,并把所要学的新知识同原有的知识联系起来时,有意义学习便发生了。所以仿真软件在电子线路实验教学中不仅是一种手段,而更是一种载体,借助这种载体,可以改进实验教学方法。

参考文献

[1]郑步生,吴渭.Multisim8电路设计及仿真入门与应用[M].北京:电子工业出版社.

[2]崔建明.电工电子EDA仿真设计[M].北京:高等教育出版社.

仿真时钟 篇3

时钟在整个传送网中占有举足轻重的地位, 时钟的好坏直接影响到整个传送网的传输质量以及运维成本。目前, 随着人们对网络传输速率和传输质量的要求越来越高, 必须对传输系统各个阶段所使用的网络时钟质量进行评估, 以使时钟质量得到保证。所以, 在建立实际系统前对传送网时钟的性能进行有效的衡量和分析是至关重要的。

2003年3月的ITU-T会议上, 在G.709/Y.1331协议中定义了光传送网 (OTN) 的接口体系, 由此奠定了OTN体系架构的基础[1]。另一方面, 随着网络的发展, 以太网技术以其高效、简明、标准开放和价格低廉等特点, 逐渐成为局域网技术的主流。为了灵活地将以太网数据适配进传送网并有效地进行传送, 在2008年的ITU-T会议上, 提出了扩展性能更强的下一代光传送网 (Next Generation Optical Transport Network, NG-OTN) 。其中, 新增的接口包括但不限于ODU0、ODU4和ODU2e等 (ODU为光数据单元) 。为了能够灵活地适配各种速率的客户信号, NG-OTN体系还提出了一种新的映射方式——通用映射过程 (Generic Mapping Procedure, GMP) [2]。

OTN是异步时钟网络, 映射过程中客户信号的速率容差导致的码速调整将影响网络时钟的性能。不同的映射方式产生的码速调整是不同的, 因此对时钟产生的影响也不同。本文结合ITU-T最新提出的NG-OTN体系结构和接口定义, 模拟了以太客户信号在NG-OTN中进行传送的过程, 其中分别使用了GMP和传统的异步映射过程 (Asynchronous Mapping Procedure, AMP) 对客户数据进行码速调整, 最终得出了不同映射方法对NG-OTN时钟性能产生影响的仿真结果和分析报告。

1 系统模型设计

该模型模拟了以太客户信号在NG-OTN中传送的过程。模型首先通过OTN接口ODU的映射和解映射搭建出OTN体系架构, 然后将解映射后输出的时钟相位输入到时钟性能测量模块进行计算, 最后得出时钟性能测量结果。

1.1 系统结构

OTN对客户信号的承载主要是通过使用ODUk (k=0、1、2、2e、3和4) 对客户信号的承载来描述。在发送端, 客户信号映射进ODU进行传送, 在接收端进行相应的解映射, 提取出客户信号。时钟方面, 由于OTN是异步时钟网络, 所以每级映射时钟的中心频率由本地时钟产生, 通过对客户信号频偏的调整产生最终的传送时钟。为了支持有效传输、保证模型的可靠性, 本文中设计的OTN模型包含了3级映射/复用结构, 分别为客户信号 (client) →低阶 (LO) ODU、LO ODU→高阶 (HO) ODU和HO ODU→超高阶 (SHO) ODU。LO ODU的速率大于客户信号速率且尽可能地接近客户速率。HO ODU可以包含多个复用的LO ODU。SHO ODU可以包含多个复用的HO ODU[1]。因此, 本模型基于图1构建了OTN的体系结构[3]。

图1中, M表示映射模块, 它通过不同的映射方式将客户信号承载到服务器信号中;D表示解映射模块, 它通过带宽为300 Hz、增益系数为0.1 dB的二阶滤波器得到解映射端输出的客户相位信息;LO Island为低阶岛; HO Island为高阶岛;SHO Island为超高阶岛。模型中进入第1个岛的客户信号带有频偏, 在解映射处被滤波后作为下一个岛的输入。测量结果是在客户信号经历整个传送过程之后, 通过对每个采样时间输出的时钟相位进行计算得到的。

模型仿真时输入的客户信号传送过程设定如下: (1GE→ (2 repetitions of ODU0→ (2 repetitions of ODU1→ODU2→ODU1) →ODU0) →1GE) 。

1.2 映射模块

为了将客户信号适配进OTN, 本模型中所对比的映射方法为传统的AMP以及新的映射方法GMP, 仿真中的映射方式设置如表1所示。

下面将具体描述本模型对这两种映射方法的实现。

1.2.1 AMP[3]

AMP框架由具有高低门限的缓存器实现, 其填充状态由缓存器初始相位和累积相位共同决定。缓存器的填充状态在每一个调整机会到来时对比于高低门限来确定是正调整、负调整还是不调整。缓存中相位信息由缓存的读时钟、写时钟、调整字节数以及缓存中上一次调整后剩余的相位信息所决定, 即B (t) =φw (t) -φr (t) +B0+Unstuff (t) , 式中, B (t) 是t时刻 (采样时刻) 同步器缓存内的填充值;φw (t) 是t时刻 (采样时刻) 写时钟信息;φr (t) 是t时刻 (采样时刻) 读时钟信息;B0是缓存初始时刻 (t =0) 的填充值;nstuff (t) 是t时刻 (不包括t时刻) 调整字节总数;U是每个字节中所含有的码字的个数。

其中, φw (t) 等于上一个岛的相位输出, 它包含了之前所累积的所有时钟信息, 但对于每一级岛的第1个岛, 输入写时钟相位信息等于客户信号的相位信息, 即

$\phi {}_{\text{w},\text{i}\text{s}\text{l}\text{a}\text{n}\text{d}1}(t)=(1.0\times 10{}^{-6})Uf{}_{0}y{}_{\text{c}\text{l}\text{i}\text{e}\text{n}\text{t}}t,$

式中, f0为读时钟普通速率;yclient为输入的客户信号的频偏。模型中允许输入的客户信号存在一定的频偏, 且该频偏的最大值范围指定为±yclient, max。

另外, 所有读时钟普通速率f0是一致的, 只是频偏yclock有所变化, 故φr (t) 定义为

$\phi {}_{\text{r}}(t)=(1.0\times 10{}^{-6})Uf{}_{0}y{}_{\text{c}\text{l}\text{o}\text{c}\text{k}}t。$

本文所关注的主要是从服务器时钟恢复出的客户时钟相对于映射端客户时钟的相位差别, 所以, 整个解映射过程可等效为一个二阶低通滤波器, 输入解同步滤波器的相位信息由以下公式决定:

$\phi {}_{\text{u}\text{n}\text{f}\text{l}\text{i}\text{t}}(t)=\phi {}_{\text{r}}(t)-Un{}_{\text{s}\text{t}\text{u}\text{f}\text{f}}(t)+\phi {}_{\text{m}\text{u}\text{x}/\text{d}\text{e}\text{m}\text{u}\text{x}}(t),$

式中, φmux/demux为读时钟经过上层的解复用滤波器后所剩的相位调整;Unstuff (t) 为在映射端所记录下来的为了吸收读时钟变化导致的调整相位。在解映射端, 为了恢复出客户时钟信息, 就需要将读时钟反向变换, 尽量恢复调整前的时钟信息。

1.2.2 GMP

GMP的主要原理是在映射处产生Cn值来记录客户端时钟, 将Cn值在帧开销中进行传输, 在解映射处根据Cn值计算的逆过程恢复出客户时钟, 以达到对不同客户信号都可以进行比特透明传输的目的。Cn值的求解公式如下[4]:

$C{}_n=\mathrm{int}\left(\frac{f{}_{\text{c}\text{l}\text{i}\text{e}\text{n}\text{t}}}{f{}_{\text{s}\text{e}\text{r}\text{v}\text{e}\text{r}}}\times \frac{B{}_{\text{s}\text{e}\text{r}\text{v}\text{e}\text{r}}}{n}\right)‚$

式中, Cn为一个光净荷单元中承载的客户数据个数;fclient为客户时钟频率;fserver为服务器时钟频率;Bserver为每帧比特数;n为映射粒度。

在GMP的实现中, 信号首先被映射到多个ODU0时隙中, 这些时隙是输入的映射信号的最小单位 (时隙是以速率为单位进行划分的) 。GMP导致时钟劣化的原因是因为Cn是基于理想的读写时钟进行计算而得到的, 所以理想情况下 (即恢复出的时钟无偏差) , 在客户时钟的恢复端 (即解映射端) , 每次采样时刻缓存器中残余的相位应该为0, 但是由于实际的时钟存在频偏、填充等, 导致恢复出的客户时钟不能保证在每次采样时刻收端缓存器中残余相位为0, 所以实现过程中就需要对由Cn恢复出的理想客户时钟进行调整, 使调整后的客户时钟尽可能地与实际输入的客户时钟相符。若调整后, 缓存器中仍然有残留的相位, 则这些相位将被视为时钟劣化因子, 输出到时钟性能测量模块进行运算。

1.3 时钟性能测量模块

网络设备中的时钟性能相差变化慢、幅度大, 所以采用类似于随机噪声的描述方法。本文采用了样本极差以及标准差两种方式对时钟性能进行衡量[5]。

(1) 最大时间间隔误差 (Maximum Time Interval Error, MTIE) :

MTIE是一个极差统计值, 相当于样本极差。它反映了在测量时间T中, 每τ秒内信号相位变化的最大值。计算过程如下:在测量时间T内的所有可能测量 (或观察) 时间间隔τ=n·τ0中, 计算出给定时钟信号相对于理想时钟信号的最大峰峰延迟变化xppk。模型中所用到的MTIE的计算公式为

$\begin{array}{l}{\rm M}{\rm T}{\rm I}E(n\tau {}_0)=\underset{1\le k\le {\rm N}-n}{{\displaystyle \max }}[\underset{k\le i\le k+n}{{\displaystyle \max (x{}_i)}}-\underset{k\le i\le k+n}{{\displaystyle \min (x{}_i)}}],\\ n=1,2\cdots ,{\rm N}-1‚\end{array}$

式中, x (i) 为离散的相位 (或时延) 误差函数。

(2) 时间方差 (Time Deviation, TDEV) 参数:

TDEV是通过从相差样本取二阶差分计算得到的, 相当于标准差。模型中所用到的计算公式为

${\rm T}DEV(n\tau {}_0)=\sqrt{\frac{1}{6n{}^2({\rm N}-3n+1)}{\displaystyle \sum _{j=1}^{{\rm N}-3n+1}\left[{\displaystyle \sum _{i=j}^{n+j-1}(}x{}_{i+2n}-2x{}_{i+n}+x{}_i)\right]}{}^2},n=1,2,3,\cdots ,\frac{{\rm N}}{3}(\text{取}\text{整}\text{数}\text{部}\text{分})‚$

式中, xi为相差样值;N为样值总数目;τ0为采样周期;τ为观察间隔即积分时间;n为积分时间τ内的采样间隔数目。

2 仿真结果与分析

本文中的模型是运用Microsoft Visual C++ 6.0搭建的, 通过文件输入模型参数, 并将运行后的时钟性能结果输出到文件中, 最后运用MATLAB软件将输出数据作为时间、相位轴画出仿真图。

图2所示为MTIE仿真图。由仿真结果可以看出:运用AMP传送信号时, MTIE峰值约为8.4 ns;运用GMP传送信号时, MTIE峰值约为5.4 ns。AMP的MTIE峰值略高于GMP, 但 GMP从最开始到峰值的上升过程更陡。原因是在AMP映射中, 填充调整的频率较GMP低, 低频部分在解同步端的二阶低通滤波器中未被滤除, 导致时钟劣化;而GMP的调整频率较高, 高频部分在解同步端更容易被二阶低通滤波器滤除, 所以没有影响接收端恢复出的时钟。GMP的相位变化频率高, 短时间间隔的相位变化幅度大, 导致了前期运用GMP的时钟信号劣化程度高于AMP。

图3所示为TDEV仿真图。由仿真结果可以看出:运用AMP传送信号时, TDEV峰值为0.83 ns, 出现点在间隔时间为0.06 s的地方;而GMP的测量结果峰值为0.43 ns, 出现点在间隔时间为0.002 s的地方, 即运用AMP进行映射时, 时间间隔越长, 其TDEV越大, 但观察时间间隔越短, GMP的TDEV越大。这是由于GMP的相位变化频率更高, 所以短时间内它的相位均方值会超过AMP。从测量峰值中我们可以看出, 无论是通过MTIE还是TDEV进行计算, 由于GMP在映射过程中对客户端时钟进行了记录且调整频率比AMP高, 所以运用GMP来传送客户信号时, 对时钟性能的影响更小。

3 结束语

本文构建了一种模拟下一代光网络传送客户信号的模型, 该模型成功地将以太客户信号进行了承载和传送, 得到了不同映射方法对网络时钟性能影响的仿真结果, 证明了运用GMP映射方式对光网络时钟影响更小, 更有益于网络传送的优势。另外, 本文构建的模型同样适用于系统设计人员在建立系统体系结构之前对网络时钟性能进行评估和分析。

参考文献

[1]ITU-T Rec.G.709/Y.1331-2003, Interfaces for theOptical Transport Network[S].

[2]ITU-T Rec.G.709/Y.1331-2008, G.709 amendment3[S].

[3]ITU-T Rec.G.8251-2001, The control of jitter andwander within the optical transport network (OTN) [S].

[4]Maarten Vissers.Analysis of TTT+GMP vs GFP-Tas 1GE into OPU0 mapping method[DB/OL].ht-tp://www.itu.int/md/T09-SG15-C/en, 2008-12-01.

仿真时钟 篇4

定时开关[1]在人们生活中扮演着重要的角色,给人们的生活带来了很大的方便。早在我国的古代采用滴水方式计时,当水滴到一定量时就引发机关报时。随着电子信息的快速发展,如今的电视机,电风扇等电器产品都附带了定时器,但是电子产品附带的定时器只适用于该用电器,并不能扩展使用到其他用电器上。

本文所介绍的定时开关目的在于控制主电源,从而适用于能瞬间断电的一切电子产品,不仅能在规定的时间准时断开同时能在设定的时间内准时开启,给人们日常生活带来了极大的方便,如能通过应用此定时开关在上班期间定时煮饭,手机充电在适当时间将电源断开。

该定时器具备以下几个特点:采用C语言[2]编写程序,与汇编语[3]言相比便于修改和增减功能;所采用的芯片STC89C52单片机、1602液晶显示器,DS1302时钟芯片功耗低、可靠性高;与机械定时器相比不仅消除了噪声,更加准确,且使用寿命要长;采用Protues仿真,方便直观。

1 系统设计方案

以STC89C52[4]单片机为核心,通过DS1302时钟芯片进行时间控制,使用1×4键盘作为数据输入方式,驱动1602显示器提示程序运行过程和开锁的步骤。系统结构如图1所示。

2 系统设计

2.1 系统硬件组成

使用的元器件有:核心芯片STC89C52、时钟芯DS1302、液晶显示1602、继电器、蜂鸣器、1×4键盘[5]、发光二极管和三极管。

2.2 系统软件设计

本文采用单片机的C语言编写程序对整个系统的硬件进行管控,实现了对DS1302的控制,1602的显示,时间管控。其中时间管控包括:系统时间以及开启与关闭时间的设定,系统时间与开启或关闭时间相同时继电器、蜂鸣器和指示灯工作状态的管控。系统程序流程如图2所示。

2.2.1 DS1302的控制[6]

DS1302的RST,SCLK和I/O分别与单片机的P2.0,P2.1和P2.2相连。单片机与DS1302进行数据交换时,首先要将RST变为高电位,也就是单片机P2.0必须为逻辑1。在RST保持为高电位时,SCLK时钟由低电位变为高电位的上升沿时,数据被写入DS1302中,数据从最低位通过I/O开始写入。在RST保持高电位,SCLK时钟由高电位变为低电位的下降沿时,从DS1302读取数据,数据也是从DS1302的最低位通过I/O读取。

DS1302读取数据子程序

2.2.2 1602的显示[7]

通过单片机指令控制1602光标是否闪烁,是否清除原来数据以及显示的具体位置,并不停地对数据显示进行刷新,从而显示了准确的时间,并为系统提供了智能的人机对话模式。

2.2.3 时间的管控

当系统启动时,STC89C52单片机立即从DS1302时钟芯片获取时间,并通过键盘和1602显示器配合完成对当系统时间、启动时间和关闭时间的设定。当系统时间与启动时间相同,从而控制继电器闭合,直到系统时间与关闭时间相同时断开。

3 系统仿真

本文采用具有强大的EDA仿真功能的Protues[8]软件进行仿真,仿真图如图3所示。

3.1 系统介绍

系统仿真图中的STC89C52为真个系统的控制核心,将其编写的程序以二进制的形式烧入后,它将按照编写的指令运行。通过P2.0,P2.1和P2.2与右上方的DS1302时钟芯片的联系在一起,从而控制DS1302的执行方式。在STC89C52的控制下,1602液晶显示器能显示当前时间,提示用户修改时间;左下方的继电器能在设定的开启时间闭合,在设定的关闭时间断开;中间的蓝色信号灯在继电器闭合是点亮;四个独立键盘在1602液晶显示器配合下完成系统时间、开启时间和关闭时间的设置;右下方整个模块为系统提示模块,当系统时间与设定的开启或者关闭时间相同时,D1将闪烁3次同时蜂鸣器响3声;D2用于模拟用电器,当继电器闭合时,将会被点亮。

3.2 系统时间的设置

当电源开启时,1602将显示系统初始化时间,按下FUC键后,时间停止走动并且显示秒的数字将会闪烁,此时可以通过ADD和SUB键调节。其中每按下一次ADD键数字将加1,每按下SUB键数字将减1。调节完秒后,再次按下FUC键,闪烁的光标将转移到分钟位置,同样通过调节ADD和SUB键盘调节当前的时间。同样的原理调节小时与日期。当调节星期时候,按下ADD和SUB将按照星期的英文缩写变化显示。调节完星期后在此按下FUN键后,闪烁光标将消除,同时时间开始在调节完毕的基础上开始运行。

3.3 开启与关闭时间的设置

在1602显示器正常显示时间的期间,按下CHOOSE键一次,液晶显示器显示当前设置的开启时间,如图4所示。按下FUC键后,光标在秒位闪烁,同样通过ADD和SUB键进行调节。再次按下CHOOSE键后,液晶显示器显示当前关闭时间。同样按下FUC键配合ADD与SUB键调节关闭时间。再次按下CHOOSE键,显示器回到系统时间显示界面。当系统时间与设定的启动时间相同时,继电器闭合,蜂鸣器[9]响3声,D1闪烁3次,信号灯变蓝,同时D2被点亮。直到系统时间与设定的关闭时间相同,蜂鸣器再次响3声,D1闪烁3次,信号灯和D2都熄灭。

4 结语

该智能定时开关系统采用C语言编写,以STC89C52和DS1302为核心,具备时间准确,功耗低,增加功能方便。通过Protues的仿真,直观展示了系统的运行界面,证明了此设计方案的可行性。

参考文献

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