廖）而又農(nóng)林希技大學(xué)電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書基于multisim的數(shù)字電子鐘

設(shè)計(jì)與仿真基于multisim的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)與仿真摘要數(shù)字電子鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示秒、分、時(shí)的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀，無機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)。隨著現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電子鐘廣泛的應(yīng)用于各個(gè)生活生產(chǎn)領(lǐng)域，如時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備等等。本次課程設(shè)計(jì)之一 電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)，具有最簡單的計(jì)時(shí)功能及調(diào)整時(shí)間的功能。基于TTL集成電路和LED數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成一個(gè)簡單的數(shù)字電子時(shí)鐘。通過數(shù)碼管能夠準(zhǔn)確顯示時(shí)間，時(shí)、分、秒，并且可以通過校正電路進(jìn)行校時(shí)。本設(shè)計(jì)以multisim為仿真軟件，由虛擬元器件組成的數(shù)字電子鐘，它主要由振蕩器、時(shí)分秒計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、譯碼器、數(shù)碼管等幾部分組成。通過multisim的仿真，它可以實(shí)現(xiàn)時(shí)分秒的計(jì)時(shí)功能。關(guān)鍵詞：計(jì)數(shù)器；譯碼器；三五定時(shí)器；數(shù)碼管；multisim10.0TOC\o"1-5"\h\z一設(shè)計(jì)任務(wù) 51.1設(shè)計(jì)目的和意義 51.1.1設(shè)計(jì)目的 51.2任務(wù)和要求 5二系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5\o"CurrentDocument"2.1數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的工作原理： 52.2器件選擇 62.2.1器件表 6\o"CurrentDocument"2.2.2器件詳細(xì)介紹 72.3.3時(shí)分秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì) 10\o"CurrentDocument"2.3.4校時(shí)電路設(shè)計(jì) 122.3.5主體電路圖 13\o"CurrentDocument"2.4電路仿真測試 14\o"CurrentDocument"2.4.1基本功能測試 14\o"CurrentDocument"2.4.2校正功能測試 15三總結(jié) 17\o"CurrentDocument"3.1結(jié)論 173.2優(yōu)點(diǎn)與不足 18優(yōu)點(diǎn) 18\o"CurrentDocument"不足 183.3心得與體會(huì) 18\o"CurrentDocument"四參考文獻(xiàn) 18設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)目的和意義1.1.1設(shè)計(jì)目的熟悉集成電路的引腳安排。掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。了解數(shù)字鐘的組成及工作原理。熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作。1.1.2設(shè)計(jì)意義數(shù)字鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示時(shí)分秒的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)機(jī)械相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀，無機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)。隨著現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字鐘廣泛的應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)生活領(lǐng)域。1.2任務(wù)和要求1.2.1任務(wù)本設(shè)計(jì)以multisim為仿真軟件，由虛擬元器件組成的數(shù)字電子鐘，它主要由振蕩器、時(shí)分秒計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、譯碼器、數(shù)碼管等級(jí)部分組成。通過multisim的仿真，它可以實(shí)現(xiàn)時(shí)分秒的計(jì)時(shí)功能。1.2.2設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)分秒的時(shí)間。小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為“二十四翻一”，分和秒的計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)位。校正時(shí)間。二系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的工作原理：振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)作為數(shù)字時(shí)鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，秒

計(jì)數(shù)器計(jì)滿六十后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器計(jì)滿六十后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，時(shí)計(jì)數(shù)器

按照“二十四翻一”規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)可以

用校正電路進(jìn)行校時(shí)，校分。數(shù)字時(shí)鐘電路

圖一數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖2.2器件選擇2.2.1器件表表一器件明細(xì)表器件名稱器件個(gè)數(shù)器件參數(shù)器件標(biāo)號(hào)SEVEN-SEG-COM-A65mA1.66v17447N62R115303R215254DGND15C2910nF6GROUND27VDD15V874LS04D39KEY=SPACE21074LS190411VCC25V12LM555C11374LS08D51474LS00D9152.2.2器件詳細(xì)介紹1）四位二進(jìn)制進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器74LS190VetACP鬲Qcc/臼邛Fi）c；i）

詞r~ir~i廣inr~in01 8BQe4咨IT的QdGND圖二74LS190引腳圖表二74LS190功能表CLK1S'LD'U'/D工作狀態(tài)x11x保持xx0x預(yù)制數(shù)上升沿010加法計(jì)數(shù)上升沿011減法計(jì)數(shù)2）二-五-十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74LS90圖三74LS90引腳圖如圖所示，74LS90是二-五-十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器，QA，QB，QC，QD分別是脈沖輸出線。通過不同的連接方式它可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能，而且還可借助R01和R02對(duì)計(jì)數(shù)器清零，借助R9（1）和R9（2）將計(jì)數(shù)器置9。具體功能如下：a） 計(jì)數(shù)脈沖從INA輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；b） 若將INB和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖有INA輸入QD,QC,QB,QA作為輸出端，則構(gòu)成8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器；c） 若將INA和QD相連，計(jì)數(shù)脈沖由INB輸入，QA,QD,QC,QB作為輸出端，則構(gòu)成異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器；d） 清零，置9功能；（1） 異步清零：當(dāng)R01和R02均為“1”，R9（1）和R9（2）中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，艮flQDQCQBQA=0000;（2） 置9功能：當(dāng)R91和R92均為“1”，R01和R02中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA=1001;3）BCD-7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器7447BCD-7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器是數(shù)字集成電路如圖所示，用于將BCD碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)字，然后我們就能看到從0?9的數(shù)字。譯碼器原理（7447）譯碼為編碼的逆過程。它將編碼時(shí)賦予代碼的含義“翻譯”過來。實(shí)現(xiàn)譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。7447是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數(shù)碼管配合使用，表1列出了7447的真值表，表示出了它與數(shù)碼管之間的關(guān)系。圖四7447引腳圖表三7447功能表LTRBIDCBABI/RBOABCDEFG顯示數(shù)字1x00011100111111x00101001001021x00111000011031x01001100110041x01011010010051x01101110000061x01111000111171x10001000000081x1001100011009xxxxxx01111111熄滅10000000111111熄滅0xxxxx100000008注釋：a、LT：試燈輸入，是為了檢查數(shù)碼管各段是否能正常發(fā)光而設(shè)置的。當(dāng)LT=0時(shí)，無論輸入。，C，B或A為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為低電平，若驅(qū)動(dòng)的數(shù)碼管正常則顯示出8。b、 BI：滅燈輸入，是為控制多位數(shù)碼顯示的滅燈所設(shè)置的。BI二0時(shí)。不論LT和輸入。，C，B或A為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為高電平，使共陽極數(shù)碼管熄滅。c、 RBI:滅零輸入，它是為使不希望顯示的0熄滅而設(shè)定的。當(dāng)對(duì)每一位D=C=B=A=0時(shí)，本應(yīng)顯示0，但是在RBI=0作用下，使譯碼器輸出全為高電平。其結(jié)果和加入滅燈信號(hào)的結(jié)果一樣，將0熄滅。d、 RBO：滅零輸出，它和滅燈輸入BI共用一端。兩者配合使用，可以實(shí)現(xiàn)多位數(shù)碼顯示的滅零控制。4）反相器74LS04如圖所示74LS04反相器是電子電路中簡單而重要的器件，它可以將高電平轉(zhuǎn)換成低電平，同時(shí)也可以將低電平轉(zhuǎn)換成高電平。圖五74LS042.3電路設(shè)計(jì)2.3.1總體思想：主體電路有功能部件或單元電路組成，在設(shè)計(jì)這些電路或選擇部件是，盡量選用同類型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成電路或都采用CMOS集成電路，整個(gè)系統(tǒng)所用的器件應(yīng)盡可能的少，下面介紹各功能部，與單元電路的設(shè)計(jì)。2.3.2振蕩器的設(shè)計(jì)振蕩器是數(shù)字時(shí)鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字時(shí)鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度。通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。石英晶體振蕩器具有頻率精確，振蕩穩(wěn)定，溫度系數(shù)小的特點(diǎn)，可以滿足一般數(shù)字時(shí)鐘走時(shí)準(zhǔn)確性的要求。一般來說，振蕩器頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。在電子手表中，常取的晶振的頻率32768Hz。在本次設(shè)計(jì)中，精度要求不是很高，所以選用有集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器，振蕩頻率為1Hz。電路圖及參數(shù)如圖二所示VDDlLM555CM C4::WiRf:::I十G3 1■t~^GND 圖六555振蕩器2.3.3時(shí)分秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

分和秒計(jì)數(shù)器都是M=60的計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)規(guī)律為00—01 58—59—00…，選74LS190（單時(shí)鐘同步十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器電路）作為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，74LS90（十分頻計(jì)數(shù)器）作為個(gè)位計(jì)數(shù)器，再將它們級(jí)聯(lián)組成模數(shù)M=60的計(jì)數(shù)器。分計(jì)數(shù)器育苗計(jì)數(shù)器原理相同，如圖三所示■L . 'CAU3U37CAU3U37是哭目能*：：是哭目能*：：1?!ag1!.■■!I-J§f-H■：<叵f-H■：<叵1.?唳:U12：::7447Nvcc2930，凈導(dǎo)罵畢3234下一級(jí)豚沖輸入IJ13A::?4LS00D?rt；|K|fa1M--=.景：?rulLJtU9：:74LS1!2930，凈導(dǎo)罵畢3234下一級(jí)豚沖輸入IJ13A::?4LS00D?rt；|K|fa1M--=.景：?rulLJtU9：:74LS1!U14：74LS90D'U38LA74L-S08D脈沖輸入圖七秒計(jì)數(shù)器及顯示電路2）時(shí)計(jì)數(shù)器時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)“二十四翻一”的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器即當(dāng)時(shí)鐘運(yùn)行到23時(shí)59分59秒時(shí)，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖時(shí)，數(shù)字時(shí)鐘自動(dòng)顯示為00時(shí)00分00秒，選用兩片74LS190（四位二進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器）級(jí)聯(lián)而成。

□41$3q114&ili%P口日J(rèn)A與￡旨***^LI1YCC0口fei—29U15□41$3q114&ili%P口日J(rèn)A與￡旨***^LI1YCC0口fei—29U1574LS190N<工，，，?:，匕■U7r心"i」：m7447NU1674LSISliN31U22R74LS04DU2M74LSC8D圖八時(shí)計(jì)數(shù)器電路2.3.4校時(shí)電路設(shè)計(jì)當(dāng)數(shù)字時(shí)鐘接通電源或者計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間。校時(shí)是數(shù)字時(shí)鐘應(yīng)具備的基本功能。為使電路簡單，只進(jìn)行分和小時(shí)的校時(shí)。對(duì)校時(shí)電路的要求是，在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)，在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。校時(shí)方式有“快校時(shí)”和“慢校時(shí)”兩種，“快校時(shí)”是通過開關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器對(duì)1Hz的校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)?！奥r(shí)”使用手動(dòng)生產(chǎn)單脈沖作為校時(shí)脈沖。圖五為“校時(shí)”“校分”電路。校時(shí)控制功能表如表一所示。當(dāng)校時(shí)脈沖采用分頻器輸出的1Hz脈沖，當(dāng)S1或S2分別為“0”時(shí)進(jìn)行“快校時(shí)”，如果校時(shí)脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供，則可進(jìn)行“慢校時(shí)”。開關(guān)S1或S2為零，

或?yàn)橐粫r(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，接電容可以緩解抖動(dòng)。必要時(shí)刻將其改為去抖開關(guān)。.圖九校時(shí)校分電路表四校時(shí)開關(guān)功能表S2S1功能11計(jì)數(shù)01校分10校時(shí)2.3.5主體電路圖根據(jù)設(shè)計(jì)的主體思想和各部分電路，按照流向分級(jí)安裝，逐級(jí)級(jí)聯(lián)，每一級(jí)指組成數(shù)字鐘的各功能電路。注意事項(xiàng)：級(jí)聯(lián)時(shí)如果出現(xiàn)配合不同步，或尖峰脈沖干擾，引起邏輯混亂，可以增加邏輯門來延時(shí)，如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端加退耦濾波電容。經(jīng)過糾正設(shè)計(jì)方案中的不足之處后，聯(lián)出總體邏輯電路圖，如圖十所示

744FH￡EeEE!i!UTj如2共百U3T447NUB7+4TN?E5 JiU10T447Hi■ iui-i7447N■aiiud-iI&==：a一 ?c=--：*.-PT744FH￡EeEE!i!UTj如2共百U3T447NUB7+4TN?E5 JiU10T447Hi■ iui-i7447N■aiiud-iI&==：a一 ?c=--：*.-PT111JI■rU2QA了41WWLIZTA，LC"U2?MF4LEi燦U1ATA1.S19U32A74LS0C&UTMLSdmui.U23A-<f-T4L5O4DU33AI|73L30flPJ23A'4LSi]DDTiLMDD11?iLiJH1=>0DAU3OAWL4DDIIL_MI?U3-IA74L3C4DU38A?d?SC：：■圖十?dāng)?shù)字鐘的主題電路邏輯圖2.4電路仿真測試連接好電路后進(jìn)行仿真2.4.1基本功能測試兩個(gè)開關(guān)都接高電平，此時(shí)和分計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)。秒計(jì)數(shù)器計(jì)到59時(shí)，下一個(gè)脈沖到來時(shí)，分的各位加一。當(dāng)分計(jì)數(shù)器計(jì)到59并且秒計(jì)數(shù)器計(jì)到59時(shí)，時(shí)計(jì)數(shù)器的個(gè)位加一。即當(dāng)時(shí)鐘運(yùn)行到23時(shí)59分59秒時(shí)，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖時(shí)，數(shù)字時(shí)鐘自動(dòng)顯示為00時(shí)00分00秒，如圖所示*圖十一基本功能仿真測試2.4.2校正功能測試左開關(guān)接高電平，右開關(guān)接低電平時(shí)，可以對(duì)分計(jì)數(shù)器進(jìn)行校正。右開關(guān)接高電平，左開關(guān)接低電平時(shí)，可以對(duì)分計(jì)數(shù)器進(jìn)行校正。如圖所示圖十二基本功能仿真測試圖十三基本功能仿真測試三總結(jié)3.1結(jié)論在進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)中，遇到了很多的問題，設(shè)計(jì)振蕩電路時(shí)，由于電源和地的選擇不正確，導(dǎo)致數(shù)碼管無法顯示，設(shè)計(jì)顯示電路時(shí)，沒有注意數(shù)碼管是共陰還是共陽，導(dǎo)致連接錯(cuò)誤。設(shè)計(jì)校正電路時(shí)，剛開始的門電路選用2V的CMOS系列，導(dǎo)致校正電路無法發(fā)揮作用。后改用74LS系列，電路才發(fā)揮作用，通過自己親身設(shè)計(jì)，熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計(jì)，但通過這次課程設(shè)計(jì)我們了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。3.2優(yōu)點(diǎn)與不足3.2.1優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子中的基本計(jì)時(shí)功能，并且增加了校正電路，在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)，在分校