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文檔簡介
1、電子技術課程設計報告題 目: 數(shù)字時鐘仿真設計 學生姓名: 楊栓柱 學生學號: 1414020137 年 級: 2014級 專 業(yè): 電子信息工程 班 級: 一班 指導教師: 呂兆承 電子工程學院制2016年6月目 錄1.引言12課程設計的思路與任務12.1 課程設計的思路12.2 課程設計的任務23數(shù)字時鐘的發(fā)展前景及現(xiàn)狀24數(shù)字時鐘設計方案制定35.數(shù)字時鐘模塊設計45.1 數(shù)字時鐘秒脈沖的設計45.2 計數(shù)器的設計55.3 計時電路的設計75.4 數(shù)字電子時鐘的設計85.5 校時電路的設計85.6 整點報時105.7 課程總設計圖106.設計仿真實現(xiàn)116.1 秒脈沖信號調制仿真116.
2、2 數(shù)字鐘解調仿真117 總結及體會127.1 課程設計的總結127.2 課程設計的體會12參考文獻12 淮南師范學院 電子工程學院 電子信息工程專業(yè) 2018屆課程設計論文 數(shù)字時鐘仿真設計學生:楊栓柱指導教師:呂兆承電子工程學院 電子信息工程專業(yè)1.引言 在現(xiàn)在社會中,數(shù)字鐘已經(jīng)成為人們日常生活中的必須品。在20世紀末,電子技術有了飛快的發(fā)展,在通信技術上用數(shù)字信號代替模擬信號。數(shù)字時鐘即是在這個背景下產(chǎn)生。數(shù)字鐘相比模擬鐘能給人一種一目了然的感覺,可以同時顯示到時分秒。數(shù)字鐘具有走時準確、方面簡單等優(yōu)點,被廣泛用于個人家庭,車站,碼頭,辦公室等公共場合。由于數(shù)字集成電路的發(fā)展與石英振蕩器
3、的廣泛應用,使得其精度遠遠超過老式鐘表,與傳統(tǒng)的機械表相比,不需要經(jīng)常校時,具有較長的壽命。數(shù)字鐘的設計涉及到模擬電子與數(shù)字電子技術,其中大部分是數(shù)字部分。邏輯門、電路、數(shù)字邏輯表達式、計算真值表和邏輯函數(shù)的關系,編碼器、譯碼器顯示等基本原理?,F(xiàn)在主要用各種芯片實現(xiàn)其功能,更加方便和準確。數(shù)字鐘的發(fā)展也是越來越重要,諸如定時報警,校時自動打鈴,定時廣播,自動啟閉路燈甚至各種定時電氣的自動啟用都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此研究數(shù)字鐘以及擴大其應用有著非?,F(xiàn)實的意義。2課程設計的思路與任務2.1 課程設計的思路本課程設計主要設計由555定時器構成的秒信號發(fā)生器,數(shù)字計時電路,校時電路以及整點報時電
4、路組成。其中數(shù)字計時電路又分為60進制計數(shù)器完成秒和分的計數(shù);24進制計數(shù)器完成時的計數(shù),采用譯碼器將計數(shù)器的輸出譯碼后送至七段數(shù)碼管顯示。譯碼器統(tǒng)一采用74LS160D,計數(shù)器為74LS160D與7413N實現(xiàn)六十進制,74LS160D與7412實現(xiàn)二十四進制。校時電路采用開關控制時、分、秒計數(shù)器的時鐘信號為校時脈沖以完成校時。整點報時電路需譯碼電路將整點時間識別出來完成報時。先設計出脈沖振蕩器輸入一定頻率的脈沖,但是現(xiàn)在不明確是否會出現(xiàn)輸入信號無法使電路工作所以,將大致的電路用原理圖表示出來,然后通過原理圖畫出電路,對出現(xiàn)的問題采用進一步的分析以及整改。1原理框圖如圖1秒顯示器譯碼器分計數(shù)
5、器秒計數(shù)器校時電路秒信號發(fā)生器譯碼器時顯示器譯碼器分顯示器時計數(shù)器報時圖1 原理框圖2.2 課程設計的任務(1)熟悉multisim12仿真軟件的應用。(2)設計一個具有顯時、校時、報時的數(shù)字電子時鐘,能獨立完成整個系統(tǒng)的設計。(3)用multisim12.0仿真實現(xiàn)數(shù)字時鐘的功能。3數(shù)字時鐘的發(fā)展前景及現(xiàn)狀 現(xiàn)在是一個知識爆炸的新時代。新產(chǎn)品、新技術層出不窮。電子技術的發(fā)展更是日新月異,可以毫不夸張地說,電子技術的應用無處不在。電子技術正在不斷改變我們的生活,改變著我們的世界。在這快速發(fā)展的年代,時間對于人們來說是越來越寶貴,在快節(jié)奏的生活時,人們往往忘記了時間。一旦遇到了重要的事情而忘記了
6、時間,這將會帶來很大的損失。因此我們需要一個定時系統(tǒng)來提醒這些忙碌的人。數(shù)字化鐘表帶給人極大的方便。 近些年隨著科技的發(fā)展和社會的進步,人們對數(shù)字鐘的要求也越來越高,傳統(tǒng)的時鐘已經(jīng)不能滿足人們的需求。多功能數(shù)字鐘不管在性能上還是樣式上都發(fā)生了質的變化,有電子鬧鐘、數(shù)字鬧鐘等等。人們對數(shù)字鐘的功能及工作順序都非常熟悉。但是卻很少知道它的內部結構及工作原理。所以對于探索數(shù)字鐘的結構及應用成為了首要目的。4 數(shù)字時鐘設計方案制定針通過555定時器為電路輸入1HZ的脈沖。而在計數(shù)器方面,分別為60進制計數(shù)器與24進制計數(shù)器。在60進制的設計中,統(tǒng)一采用74LS160D反饋置數(shù)法實現(xiàn)十進制與六進制的功能
7、,采用六進制與十進制串聯(lián),而74LS160D的輸出端(0110六進制端)通過7413N與非門引到CLR端則實現(xiàn)清零作用,另一輸出端(1001十進制端)通過與非門與load端相連可實現(xiàn)清零。在分與秒的進位中,用秒計數(shù)器的Load端接分計數(shù)器的CLK端控制時鐘脈沖。脈沖在上升沿來時計數(shù)器開始計數(shù)。時計數(shù)器可由兩個十進制計數(shù)器串接并通過反饋接成二十四進制計數(shù)器。秒信號經(jīng)過秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器之后,分別得到“秒”個位、十位,“分”個位、十位以及“時”個位,十位的計時輸出信號,然后送至顯示電路,以便實現(xiàn)用數(shù)字顯示時、分、秒的要求。“秒”和“分”的計數(shù)器應為六十進制,而“時”計數(shù)器應為二十四進制。
8、采用10進制計數(shù)器74LS160來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。 由alldatesheet可得74ls160d的引腳圖如圖2所示:圖2 74ls160引腳圖5.數(shù)字時鐘模塊設計5.1 數(shù)字時鐘秒脈沖的設計 振蕩器可由晶振組成。也可由555與組成多諧振蕩器。由555定時器得到的脈沖,功能主要是產(chǎn)生標準脈沖信號和提供功能擴展電路所需要的信號。集成定時器555電路是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路,輸入信號自引腳6和引腳2輸入,輸出信號至引腳3輸出。引腳4是復位端,當其為0,555輸出低電平,平時4端開路或。引腳5是控制電壓端,當其外接一個輸入電壓,即改變了比較器的參考電平,從而實現(xiàn)對輸出的另一
9、種控制,在不接外加電壓時,通常接一濾波電容,以消除外界來的干擾,并確保參考電平的穩(wěn)定。當芯片內部三極管導通時,將給接于引腳7的電容提供低阻放電通路。555定時器構成多諧振蕩器。5端口連接電容,起濾波作用。將端口6和端口2連在一起,作為輸入信號的輸入端。在電路接通電源時,由于電容還未充電,所以 (即6端口和2端口)為低電平,電路輸出(即3端口)為高電平。555芯片內部的三極管截止,通過電阻對電容充電,電路進入暫穩(wěn)態(tài)。 在暫穩(wěn)態(tài)期間,隨著電容的充電,電位不斷升高,當時,電路輸出(即3端口)反轉為低電平,電路發(fā)生一次自動翻轉。 與此同時,555芯片內部的三極管導通,電容放電,電路進入另一暫穩(wěn) 態(tài)。在
10、這一暫穩(wěn)態(tài)期間,隨著電容的放電,使電位逐步下降。當下降至時,使電路輸出(即3端口)翻轉為高電平,電路又一次自動發(fā)生翻轉。此后,重復上述電容的充電過程,如此反復,形成多諧振蕩。由上述分析,在電容充電時,暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間為 (1)在電容放電時,暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間為 (2)因此,電路輸出矩形脈沖的周期為 (3)振蕩頻率為 (4)令占空比為 (5)為,則求出,約為。則數(shù)字時鐘秒脈沖如圖3所示:圖3 數(shù)字時鐘秒脈沖設計圖5.2 計數(shù)器的設計 60進制計數(shù)器 用兩片74LS160再加上一片74LS13,從而即可構成60進制計數(shù)器,如圖4:圖4 60進制計數(shù)器的設計二十四進制計數(shù)器 時計時電路與分、秒計時電路相
11、比,首先就是觸發(fā)信號來源于分計時電路的進位,其計時范圍為0-23,如圖5所示:圖5 二十四進制計數(shù)器5.3 計時電路的設計秒計時電路的設計秒計時電路周期計時為60s,觸發(fā)信號由秒信號發(fā)生器提供。當計數(shù)值為59s時,下一次觸發(fā)信號輸入時,向前進位并對計數(shù)值清零同時開始進入到下一個計數(shù)周期。設計圖如圖6所示:圖6 秒計時電路時計時電路的設計在數(shù)字時鐘的設計中,時計時的周期都為24h,當觸發(fā)信號輸入時,計數(shù)器計數(shù)1,累計到23后,下一秒開始清零并向前進位。當計數(shù)值達到23時,下一個觸發(fā)信號輸入時,計數(shù)器清零同時進入下一個計數(shù)周期。設計圖如圖7所示:圖7 時計時電路的設計5.4 數(shù)字電子時鐘的設計由6
12、0進制與24進制組合而成的系統(tǒng)如圖8所示:圖8 數(shù)字電子時鐘5.5 校時電路的設計數(shù)字鐘應具有分校正和時校正功能,因此,應該截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路,并采用正常計時信號與校正信號隨時切換的電路接入其中。校正信號可直接取自信號發(fā)生器產(chǎn)生信號,輸出端則與分或時個位計時輸入端相連。當開關打到一端時,正常輸入信號可以順利通過,故校時電路處于正常計時狀態(tài),當開關打到一端時,信號產(chǎn)生校時電路處于校時狀態(tài)。校時電路采用開關控制時、分、秒計數(shù)器的時鐘信號為校時脈沖以完成校時。如圖,當開關A,B閉合,C,D斷開時,電路進行正常的計時工作;當開關A,B斷開,C,D閉合時,就可以自動進行校時。當然也可以手動
13、校準時間,這是需要不斷閉合、斷開開關,每次只改變一個數(shù)。其中C是校時開關,D是校分開關,開關E用來控制秒的校準,斷開時,秒顯示為0??紤]到開關電路中到59秒及開始向前進位,故添加反向器,從而實現(xiàn)開關校時電路。如圖9所示:圖 9 校時電路將開關校時加入到時鐘電路中,時鐘出現(xiàn)誤差,需要校準。當數(shù)字鐘接通電源或者計時出現(xiàn)誤差時,需要校正時間。校時是數(shù)字鐘應具備的基本功能。對校時電路的要求是,在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù),在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)。校時方式有快校時和慢校時兩種。快校時是,通過開關控制,使計數(shù)器對1HZ的校時脈沖計數(shù)。慢校時是用手動產(chǎn)生單脈沖作校時脈沖下圖所示為校時電路和
14、校分電路。其中S1是校分用的控制開關,S2為校時用的控制開關,他們的控制功能下表所示。校時脈沖采用分頻器輸出的1HZ的脈沖,當S1或S2分別為0時可進行快校時。如果校時脈沖由單脈沖產(chǎn)生器提供,則可進行慢校時。Multisim 12.0仿真軟件校時的具體設計方法是:用一個單刀雙擲開關切換技術功能與校時功能,另一端接計數(shù)器的脈沖輸入端,開關置于函數(shù)發(fā)生器這一端便可以校時,置于計數(shù)器的進位端便是計時。不校正時間時開關都應打在與非門的那一端。5.6 整點報時電路應在整點前十秒鐘內開始整點報時,即當時間在59分50秒到59分59秒期間時,報時電路報時控制信號。當時間在59分50秒到59分59秒期間時,分
15、十位、分個位和秒十位均保持不變,分別為5,9和5。因此可將分計數(shù)器十位的Qc和Qa、個位的Qd和Qa及秒計數(shù)器十位的Qc和Qa相與。從而產(chǎn)生報時控制信號。報時電路可選74HC30來構成。74HC30為8輸入與非門。整點報時的功能要求時,每當數(shù)字時鐘計時快到整點時發(fā)出聲響。由原理可知當分鐘計數(shù)到一個周期向前進位時,蜂鳴器開始工作。如圖10所示:圖10 整點報時電路5.7 課程總設計圖圖11數(shù)字電子時鐘6.設計仿真實現(xiàn)6.1 秒脈沖信號調制仿真圖12秒脈沖信號調制波形輸出6.2 數(shù)字鐘解調仿真圖13數(shù)字鐘數(shù)字輸出7 總結及體會7.1 課程設計的總結由振蕩器、秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器、顯示數(shù)碼管
16、設計了數(shù)字時鐘電路,經(jīng)過仿真得出較理想的結果,說明電路圖是正確的,可以實現(xiàn)所要求的基本功能:計時、顯示精確到秒、時分秒校時,整點報時的功能。測試時有的器件在理論上可行,但是在實際運行中就無法看到結果,所以得換不少器件,有時無法找出錯誤便更換器件重新接線以使電路正常運行。Multisim12.0軟件有時會出問題,在理論上可行的電路在調試中未必能顯示出來,這就需要耐心,仔細的分析和解決問題,不斷地嘗試才能得出正確的答案。7.2 課程設計的體會這一個月以來一直在搞課程設計,本來好多試驗報告或者課堂作業(yè)啥的,就需要利用更多時間去完成了。不僅僅是對multisim的學習更是對word的學習。首先,我之前
17、不了解multisim,但是經(jīng)過自己的琢磨后畫圖、連線、找元器件什么的已經(jīng)很熟練了,而且我現(xiàn)在加上我的已經(jīng)完成了六個人的布線,仿真等,而且同學遇到仿真圖無法仿真什么的問題大都是我給他們解決,所以覺得時間花的很值!在一個,是對于word的學習,自從搞了課程設計后,我發(fā)現(xiàn)以前不明白的如何不在目錄添加頁眉頁腳的設置,如何排版,如何利用公式編輯器,引腳,參考文獻的分類都有所了解,所以我覺得這次課程設計的學習中,學了很多很充實。 經(jīng)過對Multisim12.0的學習和使用,進一步加深了對數(shù)字電路的認識。在仿真過程中遇到許多困難,但通過自己的努力和同學的幫助都一一克服了。首先,連接電路圖過程中,數(shù)碼管不能
18、顯示,后經(jīng)圖形放大后才發(fā)現(xiàn)是電路斷了。其次,布局的時候因元器件較多,整體的布局比較困難,因子電路不如原電路直觀,最后在不斷努力下,終于不用子電路布好整個電路。調試的時候有的元器件在理論上可行,但是在實際運行中就無法看到效果,所以得換不少器件,有時候無法找出錯誤便更換器件重新接線以使電路正常運行。在整個設計中,74LS160的接線比較困難,反復修改了多次。在認真學習其方法后采用歸零法和置數(shù)法設計出60進制和24進制的計數(shù)器。同時,在最后仿真時,預置的頻率一開始用的就是1HZ,結果仿真結果很慢,后把頻率加大,這才在短時間內就看到全部結果??傊?,通過這次對數(shù)字時鐘的設計與仿真,為以后的電路的設計打下良好的基礎。一些經(jīng)驗和教訓,將成為寶貴的學習財富。參考文獻1梁宗善. 電子技術基礎課程設計M.華中科技大學出版社,2009.03。2余孟嘗.數(shù)字電子技術基礎(簡明教程)M.高等教育出版社,2006.03。3劉舜奎.電子技術實驗J.廈門日報,2008.01。4毛哲等主編.電路計算機設計仿真與測試M.華中科技大學出版社,2008.01。5卿太全等主編.常用數(shù)字集成電路原理與應用M.人民郵電大學出版社,2003.04。6閻石.數(shù)字電子技術基礎M.高等教育出版社,2008.05。7阮秉濤等主編.電子技術基礎實驗
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