多功能數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)與仿真-上海大學(xué)

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告——多功能數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)與仿真上海大學(xué)機(jī)自學(xué)院自動化系電氣工程及其自動化專業(yè)姓名:***學(xué)號:******指導(dǎo)老師:徐昱琳2015年6月26日一、任務(wù)及要求用中小型規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一個多功能數(shù)字鐘電路，在EDA軟件上完場硬件系統(tǒng)的仿真。多功能數(shù)字鐘電路的技術(shù)指標(biāo)如下：=1\*GB3①時間以24小時為一個周期;=2\*GB3②數(shù)值顯示時、分、秒;=3\*GB3③有校時功能,可以分別對時及分進(jìn)行單獨(dú)校時,使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間;=4\*GB3④具有整點(diǎn)報(bào)時功能,當(dāng)時間到達(dá)整點(diǎn)前5秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時;=5\*GB3⑤具有鬧鐘功能，當(dāng)時間到達(dá)預(yù)設(shè)的時間進(jìn)行蜂鳴鬧鈴；=6\*GB3⑥為了保證計(jì)時的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由石英晶體振蕩器提供時間基準(zhǔn)信號。二、數(shù)字鐘介紹。數(shù)字鐘的構(gòu)成：數(shù)字式計(jì)時器應(yīng)由秒發(fā)生裝置、計(jì)秒，計(jì)分，計(jì)時部分、時間顯示部分、時間校正和鬧鐘報(bào)時等幾部分組成。所涉及的電子器件主要有振蕩器、加法計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、寄存器、比較器等。其中，振蕩器組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號發(fā)生器；由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計(jì)時，顯示系統(tǒng)；寄存器和比較器構(gòu)成定點(diǎn)報(bào)時系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)原理圖如下：三、詳細(xì)的電路模塊及電路設(shè)計(jì)過程如下：（1）、秒脈沖器。秒脈沖器可以產(chǎn)生頻率為1Hz的方波信號。其精確程度直接影響到電子鐘計(jì)時的精確程度。實(shí)驗(yàn)要求使用石英晶體振蕩器作為秒脈沖器，提供時間基準(zhǔn)信號。石英晶體構(gòu)成的秒脈沖器結(jié)構(gòu)圖如下：七段數(shù)字顯示器介紹它是將七個發(fā)光二極管按一定的方式排列起來，七段a、b、c、d、e、f、g各對應(yīng)一個發(fā)光二極管，利用不同發(fā)光段的組合，顯示不同的阿拉伯?dāng)?shù)字。(a)數(shù)字顯示器分段布置圖(b)段組合圖七段數(shù)字顯示器的內(nèi)部接法(a)共陽極電路(b)供應(yīng)及電路譯碼電路及顯示電路圖如下：其中電阻R1作用是穩(wěn)定數(shù)值顯示,IO1~4為計(jì)時狀態(tài)輸入端，接計(jì)時器的狀態(tài)輸出端。（4）、時間校準(zhǔn)電路校時電路有各類開關(guān)組成，開關(guān)類型見圖校時電路圖如下：其中IO1與IO4串聯(lián)在小時個位計(jì)時芯片CP端和分十位計(jì)時進(jìn)位端之間，IO2與IO5串聯(lián)在分個位計(jì)時芯片CP端和秒十位計(jì)時進(jìn)位端之間，IO3與IO5串聯(lián)在秒個位計(jì)時芯片CP端和秒脈沖信號端之間。開關(guān)S4在上方是為校準(zhǔn)狀態(tài)，在下方為計(jì)時狀態(tài)。S1為調(diào)時按鈕，S2為調(diào)分按鈕，S3為調(diào)秒按鈕。（5）、整點(diǎn)報(bào)時電路整點(diǎn)報(bào)時電路要求在59分55到59分59秒均輸出高電平供電給蜂鳴器，促使蜂鳴器發(fā)生?？梢詫⒂?jì)時芯片輸出的二進(jìn)制狀態(tài)通過各種門組合，使其在特定的時間輸出高電平。整點(diǎn)報(bào)時電路圖如下：其中U1最上端為多余端，與非門多余端接高電平。IO1~IO9分別接：分的十位的計(jì)時芯片Qc、Qa輸出端，個位的計(jì)時芯片的Qd、Qa輸出端，秒的十位的計(jì)時芯片的Qc、Qa輸出端，個位的計(jì)時芯片的Qc、Qb、Qc、Qa、Qd輸出端。（6）鬧鐘電路鬧鐘電路由兩部分電路組成，一個為定時電路，用來儲存輸入的預(yù)置的鬧鐘信號，另一個為比較電路，用來比較鬧鐘信號與計(jì)時電路的輸出信號是否一致，若一致則輸出高電平來促使蜂鳴器工作。定時電路的電路與計(jì)時電路基本一致。去掉計(jì)時電路的秒，并且將小時、分的個位的芯片CP端接手動調(diào)成按鈕，即可獲得鬧鐘電路鬧鐘電路的定時電路部分如下圖所示其中IO1~16分別按順序連接比較電路的各B接口。同時為了顯示方便，IO1~16還要接額外譯碼顯示電路。鬧鐘電路的比較電路部分，鬧鐘的比較部分需要用到數(shù)值比較器。這里可以用74HC85芯片。74HC85是四位數(shù)值比較器。將四片74HC85芯片串聯(lián)起來就可以得到16位數(shù)值比較器。串聯(lián)的方法便是將其中一片85芯片的各I端口依次與另一個85芯片的Q端口相連。各A端口和各B端口用于輸入用來比較的數(shù)值。74HC85的功能表如下鬧鐘的比較部分的電路圖如下其中各A端口按序依次接計(jì)時電路的狀態(tài)輸出，各B端口按序依次接定時電路的狀態(tài)輸出（7）、總電路圖如下其中為了連線方便以及連線整潔，電路圖使用了總線連接的方法（粗線為總線）。四、電路的仿真及指標(biāo)驗(yàn)證。（1）、打開仿真開關(guān)。（2）、仿真校準(zhǔn)時間功能：把校準(zhǔn)開關(guān)往右撥，進(jìn)入校準(zhǔn)狀態(tài)。調(diào)節(jié)計(jì)時時間為9點(diǎn)29分。然后將校準(zhǔn)開關(guān)往左撥，進(jìn)入計(jì)時狀態(tài)。電子鐘正常工作。如下圖所示，已經(jīng)走了7秒。（3）仿真整點(diǎn)報(bào)時：為了顯示清楚，蜂鳴器旁邊再接一個指示燈。這樣便于觀察。將時間調(diào)到9點(diǎn)59分30秒，然后計(jì)時。到9點(diǎn)59分55秒時，指示燈亮，說明蜂鳴器工作，10點(diǎn)00分00秒時，指示燈熄滅，說明蜂鳴器停止工作。蜂鳴器工作持續(xù)5秒鐘調(diào)至59分30秒，初始燈不亮：計(jì)入計(jì)時狀態(tài)，到了59分55秒，燈亮：到了10點(diǎn)00分00秒，燈熄滅：（4）、仿真鬧鐘功能：將鬧鐘定時至10點(diǎn)01分，開始計(jì)時：鬧鐘定時按鈕在下方時間走到10點(diǎn)01分00秒，指示燈亮，說明蜂鳴器工作：一分鐘后，定時時間與計(jì)時時間不同，指示燈滅，表明蜂鳴器停止工作：五、個人小結(jié)多功能數(shù)字電子鐘電路的設(shè)計(jì)需要用到許多芯片，這就要求我對各類芯片功能有較好的掌握。通過查閱數(shù)電教科書以及百度文庫中對74HC系列芯片的相關(guān)介紹，我對各類芯片的功能有了一定的掌握。數(shù)字鐘電路線非常多，連起來非常麻煩。在軟件中，我看到總線。通過了解，我發(fā)現(xiàn)線路非常多時，可以將各種線連接到一根總線上，這樣子便可以使畫面整潔，連接方便。這說明，對軟件的深入了解，對設(shè)計(jì)還是有很大的幫助的。剛開始話電路圖時，發(fā)現(xiàn)計(jì)時錯誤，但是怎