電子技術(shù)課程設(shè)計數(shù)電仿真

1、電子技術(shù)課程設(shè)計報告 多功能數(shù)字時鐘電路的設(shè) 計與仿真姓名：學(xué)號：指導(dǎo)老師：2013年6月27日題目：多功能數(shù)字時鐘電路的設(shè)計與仿真任務(wù)設(shè)計一個能夠?qū)崿F(xiàn)時、分、秒計時，整點報時，鬧鐘功能，具有校正 時間功能的電路。主要技術(shù)指標時間以24小時為一個周期；數(shù)值顯示時、分、秒；有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間；具有整點報時功能，當時間到達整點前5秒進行蜂鳴報時；具有鬧鐘功能，當時間到達預(yù)設(shè)的時間進行蜂鳴鬧鈴；為了保證計時的穩(wěn)定及準確須由石英品體振蕩器提供時間基準信號。3、電路形式DCD_HEX151DCD_HEXCLK74IS160N15U13ACLK741BUZZERN

2、AND2LOADCLRENP RCOENT141312TT7 ,107 1034562)14131211r_r14131211QD15U5DCD_HEX151DCD_HEXCLK74IS160N15U13ACLK741BUZZERNAND2LOADCLRENP RCOENT141312TT7 ,107 1034562)14131211r_r14131211QD15U5VCCLOADCLR74LS1&4NAC U6DQAQBQCQDENPENTLOADCLRRCOCLK74LS160NU7AQABQBCQCDQDENP RCO0ENTLOADCLRc 74CLK74LS160N廠710-9 :1

3、 b rLOADCLRLS1LOADCLRCLK74LS160NCLKQAQBQCQDRCOSETJQCLKU24KQRESET電路分析及特點電路分析：多功能數(shù)字時鐘電路一般由中規(guī)模集成模塊構(gòu)成。在此次設(shè)計中包含秒脈沖發(fā)生器、時間顯示、校準部分、整點報時、鬧鐘部分。秒脈沖發(fā)生器由諧振頻率為32768Hz的石英品體振蕩器經(jīng)過15位二進制分頻得到；時間顯示部分秒、分均為六十進制計數(shù)器，時顯示為二十四進制計數(shù)器；校準部分由單刀雙擲開關(guān)、校準信號、邏輯門控電路組成；整點報時由邏輯門控電路控制蜂鳴器來實現(xiàn)。鬧鐘部分由四片74LS85四位數(shù)值比較器構(gòu)成。不過，由于在一張電路 圖上布置的問題，在最終的電路圖

4、上并沒有顯示出來。特點：秒脈沖發(fā)生器由石英品體振蕩器構(gòu)成，具有精度高、穩(wěn)定性好 的優(yōu)點。設(shè)計與分析秒脈沖發(fā)生器由石英品體振蕩器和分頻器構(gòu)成。由于采用的石英品體 振蕩器的諧振頻率為32768Hz，因此需要通過15為的二進制計數(shù)器 進行分頻，才能得到1Hz的秒脈沖信號。選用的中規(guī)模集成模塊為74LS160十進制計數(shù)器。實現(xiàn)六十進制計數(shù)器需要兩片74LS160芯片，采用反饋清零法來實現(xiàn)。 因此，一片為十進制，一片為六進制(反饋狀態(tài)為0110).時計數(shù)器需要的是一個二十四進制轉(zhuǎn)換的遞增計數(shù)電路。個位和十位 均應(yīng)連接成十進制計數(shù)形式，并采用兩片芯片同步級聯(lián)的復(fù)位方式。由于74LS160為十進制計數(shù)器，因

5、此當計數(shù)狀態(tài)到達00100100時就 要反饋置零。整點報時由邏輯門控電路來實現(xiàn)。當分、秒顯示為59分55秒59分 59秒時進行整點報時。轉(zhuǎn)換為二進制代碼就是 0101 1001 0101 01010101 1001 0101 1001 這個區(qū)間，蜂鳴器發(fā)出響聲。因此，可以用邏輯門來實現(xiàn)。校準電路同樣由邏輯門控電路來實現(xiàn)。鬧鐘定時分為兩部分，一部分是定時另一部分為報時。定時由開關(guān)來 決定是高低電平表示二進制數(shù)；報時由74LS85四位比較器來構(gòu)成。如果時間與設(shè)定時間相同，則與門輸出高電平蜂鳴器工作。否則，蜂鳴器不工作。電路仿真及調(diào)試六十進制計數(shù)器:U5DCD HEXV1500-Hz5 VLOADC

6、LRCLK:AQA.BQB.CQCDQD.ENPRCOENTLOADCLRCLK74LST60D U3A-六十進制的波形圖二十四進制計數(shù)器：AQABQBCQCDQDENPRCOENTLOADCLRCLK74LS160D U3A-710-9】-C1AQABQBCQCDQDENPRCOENTLOADCLRCLK74LS160DDCD_HEX二十四進制輸出波形整點報時：當七輸入的與門輸出為高電平時，蜂鳴器工作發(fā)出“嘟嘟” 聲。校準電路:校準電路中單刀單擲開關(guān)S1、S2分別為時分校正開關(guān)。不校正時S1 和S2閉合，校正時時，S1閉合，撥動單刀雙擲開關(guān)S5來進行調(diào)整 顯示；校正分同校正時操作一樣。單刀雙

7、擲開關(guān)S4、S3為控制時分 校正信號與基準信號的開關(guān)。當進行校正操作時，單刀雙擲開關(guān)打向 左側(cè)，此時校正信號與計時器接通，可以進行校正操作。秒脈沖發(fā)生器：石英品體的諧振頻率為32768Hz，經(jīng)過左側(cè)電路頻率降為2Hz，在經(jīng) 過二進制計數(shù)器進行分頻就可以得到1Hz的信號。周期盼沖寇臺I交流.I 直流頊垂計教黯MFC?v觸發(fā)電平靈敏度IRM3觸盅電平o靈逾度皿1上升/下降裁合周期盼沖寇臺I交流.I 直流頊垂計教黯MFC?v觸發(fā)電平靈敏度IRM3觸盅電平o靈逾度皿1上升/下降裁合恣命縷喪信號正縮比:口緩登信號 壓宿比:16從圖中可以看出電路的輸出波形大致在1Hz,滿足要求。完整的電路基本實現(xiàn)了多功能

8、數(shù)字時鐘的功能。定時鬧鐘:電路圖可以對時分進行定時，能夠準確報時。元器件參數(shù)介紹：石英晶體振蕩器：精度高，穩(wěn)定性好；數(shù)碼顯示管：可以顯示09之間的任意一個數(shù)字;蜂鳴器：工作電壓為5V,發(fā)聲頻率為1KHz；邏輯門：與門、或門、非門； 74LS160:十進制計數(shù)器，從00001001為有效計數(shù)狀態(tài)輸 入輸出CLKLOADCLRENPENTQXX0XX全 001XX預(yù)置數(shù)1111計數(shù)X110X保持X11X0保持74LS85:四位數(shù)值比較器A3,B3 333333333333AAAAAAAAAAAAAAB3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3ComparingA3,B3 3333333

9、33333AAAAAAAAAAAAAAB3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3ComparingInputsCa.s-&a.dlngInputsOutput意2. B2A1. BlAD.BDA BA BA D2XXXXXIILL D1XXXXIILL=D2A1 XXXIILL=D2A1 =B1AS XXXLHL=B2A1 = B1A0= BDIILLHLL=B2A1 = B1A0= BDLHLLHL=B2A1 = B1A0= 80LLIILLH=B2A1 = B1A0= BDXXIILLH=B2A1 = B1A0= 80IIHLLLL=B2A1 = B1A0= BOLLLHHL

10、好A2A2A2A2A2A2A2A2A2A2A2H 一 Kgli LwdL L Low L改H X Dont Care小結(jié): 由于之前做過了模擬電路的設(shè)計，本以為數(shù)字電路的設(shè)計會簡單一些， 但事實上，數(shù)字電路的設(shè)計自己搞的也并不輕松。模擬電路的元器件 很多需要自己計算得出理論結(jié)果來選取，而數(shù)字電路的元器件基本上 是以模塊的形式給出的，也就是只要將元器件以正確的方式連接起來 就可以了。但在實際的操作過程中仍然遇到了較多的困難。 首先，就是六十進制、二十四進制計數(shù)器的設(shè)計。由于之前做設(shè)計用 的是74LS161,數(shù)字電路書上和實驗課上用到的也是74LS161,因此 這次首先考慮的也是74LS161。在

11、設(shè)計六十進制、二十四進制的過程 中沒有遇到問題。但后來考慮到74LS161為4位二進制計數(shù)器，而 74LS160為十進制計數(shù)器，因此最后選用了 74LS160芯片。選用 74LS160后在設(shè)計六十進制計數(shù)器時，一片就可以直接使用。整點報時電路設(shè)計的還是比較順利的。我覺得主要是自己理解的比較 簡單，用的電路簡單，精度不夠高，但實現(xiàn)了報時的功能。至于，精 度和準確度，就有待自己知識儲備和設(shè)計能力的提高了。校時電路的設(shè)計也遇到了困難，主要是自己對如何校時不理解，根本 想不通如何對時分進行校時調(diào)整。因此，關(guān)于校時電路的部分是在參 考有關(guān)Multisim設(shè)計書上的數(shù)字時鐘電路來進行仿真測試的。經(jīng)過 分析

12、，自己還是理解校時原理啦。在這個多功能數(shù)字時鐘電路中，秒脈沖發(fā)生器是最麻煩的部分。如果 不考慮精度和準確度，由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器是最理想的選 擇，但是這個設(shè)計中要求精度和準確度，因此就把555定時器排除在 外，必須選擇石英晶體振蕩器。而石英品體振蕩器的諧振頻率有多個 型號的，但是沒有1Hz的，所以即使選用石英品體振蕩器也必須進行 分頻。本來選用諧振頻率為32768Hz的石英晶體振蕩器構(gòu)成振蕩電路， 在經(jīng)過15位的二進制計數(shù)器進行分頻后，得到1Hz的秒脈沖信號。15位二進制分頻器由CMOS元器件庫中的4 0 6 0 BD和D觸發(fā) 器構(gòu)成。理論上，4 0 6 0 BD芯片可以對信號進行1

13、4位的二分頻， 進過D觸發(fā)器就可以得到1Hz的信號。但是，在Multisim12.0軟件 中進行仿真時并未得到預(yù)期的效果。而4060BD芯片的使用也沒有錯 誤，在網(wǎng)上查找的電路圖也和這個差不多，但是結(jié)果就是不對，因此 我就放棄這種方法，改用了另外一種方法。這種方法雖然可以分頻得 到1Hz左右的脈沖信號，但是還是有一定的誤差。至于4060BD芯片 的使用以及如何解決這個問題就有待自己在以后的學(xué)習(xí)設(shè)計中琢磨 實踐了。鬧鐘定時這個功能的實現(xiàn)需要用到比較器。我采用的是四位數(shù)值比較 器74LS85。但是，如何預(yù)定時間卻讓我犯了難。起初，考慮用74LS138 譯碼器，但是譯碼器的輸入端如何輸入要設(shè)置的時間

14、也是個問題。后 來，仔細想了一下，根本不需要用譯碼器?？紤]到二進制數(shù)的特點， 可以用高低電平來表示二進制數(shù)，因此就可用開關(guān)控制電路的導(dǎo)通與 否，間接的來表示二進制數(shù)。通過開關(guān)來進行預(yù)定時間的設(shè)置。除了需要將十進制的時間轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)比較麻煩，其他的還是很簡單的。通過數(shù)字電路的設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)如果直接進行電路的連接會比較麻煩， 而且電路圖很復(fù)雜，也不美觀，不易于理解電路圖。而Multisim中 提供了電路子模塊的功能，可以將一部分電路以模塊的形式放入總電 路圖中，只需要留出接線的端口即可。但是，自己對這個操作并不是 特別熟悉，這就需要在以后的學(xué)習(xí)和設(shè)計中不斷熟悉軟件的功能。在設(shè)計的過程中，更加覺得自

15、己專業(yè)知識的不牢固和缺乏。雖然學(xué)過 了數(shù)電課程，在實驗課程中也做過數(shù)電的實驗，但是真正讓自己去設(shè) 計一個電路時，還是會出現(xiàn)這樣那樣的問題。一方面是自己知識的欠 缺，思維不夠開闊，另一方面自己對所學(xué)過的知識根本就沒有完全消 化吸收，不能做到靈活運用，僅僅局限于書本上的例子。多功能數(shù)字 時鐘中所用到的電路芯片以及電路結(jié)構(gòu)都是老師課堂上所講過的。但 是，自己照葫蘆畫瓢卻不能搞好，不得不說自己學(xué)到的東西完全還不 是自己的。以后的學(xué)習(xí)過程中，自己要學(xué)會將知識活學(xué)活用，真正的 融會貫通。自己的思維也要開闊，不能囿于書本上的例子和自己想當 然的想法。要經(jīng)過思考，分析在進行實際的操作。通過這么一次仿真設(shè)計自己的收獲還是很大的。自己認識到了自己的 不足，清醒地看到了自己距離優(yōu)秀的差距?？赡茏约涸跀?shù)電的考試考 得不錯，但自己也要知道考試的題目畢竟是沒有發(fā)散思維的題目。要 真正學(xué)好，需要自己在課后花時間去操作和實踐。IO6整