數(shù)字電路課程設計-多功能數(shù)字時鐘設計報告()08006

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1、多功能數(shù)字時鐘設計報告 目錄 一、 設計任務和要求……………………………………………2 二、 設計的方案的選擇與論證…………………………………2 (1) 總體電路分析…………………………………………2 (2) 仿真分析………………………………………………3 (3) 仿真說明………………………………………………3 三、 電路設計計算與分析………………………………………4 （1） 小時計時電路………………………………………4 （2） 分鐘計時電路………………………………………5 （3） 秒鐘計時電路………………………………………7 （4） 校時選擇電路……………

2、…………………………8 （5） 整點譯碼電路………………………………………9 （6） 定時比較電路………………………………………11 （7） 脈沖產(chǎn)生電路………………………………………12 四、 電路仿真 五、 總結(jié)及心得…………………………………………………13 六、 附錄…………………………………………………………15 （1） 元器件明細表……………………………………………15 （2） 附圖………………………………………………………17 七、 參考文獻……………………………………………………17 一、 設計任務和要求 實現(xiàn)24小時的時鐘顯示、校準、整點報時、鬧鈴

3、等功能。 具體要求： （1）顯示功能：具有“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示（“時”從0~23，分0~59，秒0~59）。 （2）校時功能：當剛接通電源或數(shù)字時鐘有偏差時，可以通過手動的方式去校時。 （3）整點報時：當時鐘計時到整點時，能進行整點報時。 （4）鬧鈴功能：在24小時之內(nèi)，可以設定定時時間，當數(shù)字時鐘到定時時間時能進行報時提醒。 二、 設計的方案的選擇與論證 （1） 總體電路分析 總體電路設計是將單元電路模塊小時計時電路、分鐘計時電路、秒計時電路、校時選擇電路、整點譯碼電路、鬧鐘電路等模塊連接在一起，外接輸入開關和輸出顯示數(shù)碼管構(gòu)成。總

4、體結(jié)構(gòu)圖如下： 時顯示電路 分顯示電路 秒顯示電路 時譯碼電路 分譯碼電路 秒譯碼電路 時計數(shù)電路 分計數(shù)電路 秒計數(shù)電路 校時選擇電路 鬧鐘電路 秒脈沖產(chǎn)生電路 （2） 仿真分析 單擊運行按鈕，可觀測仿真結(jié)果。電路能完成顯示計時、校時、整點報時以及鬧鈴等功能。 計時功能。當開關S1、S2都處于左邊觸點時，數(shù)字時鐘工作于計時狀態(tài)。此時，電路中的秒計時電路、分計時電路以及小時計時電路分別對秒脈沖、分脈沖和小時脈沖進行計數(shù)。計數(shù)結(jié)果經(jīng)數(shù)碼管顯示計時時間值。 校時功能。當開關S1、S2都處于右邊觸點時，數(shù)字時鐘工作于校時狀態(tài)。按瞬態(tài)按鈕B鍵，可以選擇對

5、“小時”、“分鐘”和“秒鐘”進行校時。校時時通過開關S3（按C鍵）手動輸入校時時間。 整點報時功能。整點譯碼電路通過識別整點時間，產(chǎn)生整點報時信號。當前時間為零點時，會產(chǎn)生整點報時，此時探針會亮，蜂鳴器會響。 鬧鐘報時功能。通過校時功能將“小時”、“分鐘”和“秒鐘”設定在某一時間點，然后重新校時，調(diào)整到設定點以前的某一時間，當時鐘到達設定點時，信號燈會亮，并且蜂鳴器會響。 （3） 仿真說明。 因版面有限，總設計圖并未納入本設計報告中，而是在此之外通過PROTELL畫圖，用A3紙另外打印。這樣看圖較為清晰。 采用總線方式，使信號線連線簡介、美觀，電路可持續(xù)性

6、強。 三、 電路設計計算與分析 （1） 小時計時電路。小時計時電路如下圖： 該電路用兩片74LS160構(gòu)成二十四進制計數(shù)器，與非門74LS00D構(gòu)成譯碼電路，該譯碼電路能識別代碼“24”，輸出信號使～CLR=0，計數(shù)器的計數(shù)值被置0.所以，整個計數(shù)器的技術(shù)狀態(tài)圖為00至01至02至…至23至24（暫態(tài)）至00至01至…，共有24個穩(wěn)定狀態(tài)。小時計時電路的封裝模塊如下圖： 其引腳功能如表： 引腳 信號流向 信號連接 HOURSET 輸入 校時選擇輸入，正常工作為高電平 CLOCK 輸入 接小時計數(shù)脈沖 H04 輸出 接LED數(shù)碼管，顯示計時時

7、間（小時）高位 H03 輸出 H02 輸出 H01 輸出 L04 輸出 接LED數(shù)碼管，顯示計時時間（小時）低位 L03 輸出 L02 輸出 L01 輸出 （2） 分鐘計時電路。分鐘計時電路如下圖： 該電路用兩片74LS160構(gòu)成六十進制計數(shù)器，與非門74LS00D構(gòu)成譯碼電路，該譯碼電路能識別代碼59。整個計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)圖為00至01至…至58至59至00…,共有60個穩(wěn)定的狀態(tài)。其封裝引腳同小時計時電路。分鐘計時電路的封裝模塊如下圖： 其引腳功能如下表： 引腳 信號流向 信號連接 MINSET

8、 輸入 校時選擇輸入，正常工作為高電平 CLOCK 輸入 接分鐘計數(shù)脈沖 H04 輸出 接LED數(shù)碼管，顯示計時時間（分鐘）高位 H03 輸出 H02 輸出 H01 輸出 CLR 輸入 接清零輸入，系統(tǒng)未用，接高電平 L04 輸出 接LED數(shù)碼管，顯示計時時間（分鐘）低位 L03 輸出 L02 輸出 L01 輸出 （3） 秒鐘計時電路。秒鐘計時電路如下圖： 該電路用兩片74LS160構(gòu)成六十進制計數(shù)器，與非門74LS00D構(gòu)成譯碼電路，該譯碼電路能識別代碼59。整個計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)圖為00至01至…至58至5

9、9至00…,共有60個穩(wěn)定的狀態(tài)。其封裝引腳同小時計時電路。秒鐘計時電路的封裝模塊如下圖： 其引腳功能如下表： 引腳 信號流向 信號連接 SECSET 輸入 校時選擇輸入，正常工作為高電平 CLOCK 輸入 接秒鐘計數(shù)脈沖 H04 輸出 接LED數(shù)碼管，顯示計時時間（秒鐘）高位 H03 輸出 H02 輸出 H01 輸出 CLR 輸入 接清零輸入，系統(tǒng)未用，接高電平 L04 輸出 接LED數(shù)碼管，顯示計時時間（秒鐘）低位 L03 輸出 L02 輸出 L01 輸出 （4） 校時選擇電路。校時選擇電路如下圖：

10、 校時選擇電路用計數(shù)器74LS160和譯碼器74LS138組成，計數(shù)器74LS160設計為三進制計數(shù)器，譯碼器的輸出為反變量，其輸出要接反向器。校時選擇電路的封裝模塊如下圖： 其對應的封裝引腳如下表： 引腳 信號流向 信號連接 TIMESET 輸入 接瞬態(tài)開關 HOUR 輸出 接小時計時電路的HOURSET輸入端 MIN 輸出 接分鐘計時電路的MINSET輸入端 SEC 輸出 接秒鐘計時電路的SECSET輸入端 TIMESET：接瞬態(tài)開關，可手動選擇校時信號。當校時信號HOUR=1、MIN=0、SEC=0時（選中“小時”計時電路，

11、表示對“小時”進行校時）；單擊一次開關按鈕，可使校時選擇信號變?yōu)镠OUR=0、MIN=1、SEC=0（選中“分鐘”計時電路，表示對“分鐘”進行校時），再單擊一次開關按鈕，可使校時選擇信號變?yōu)镠OUR=0、MIN=0、SEC=1（選中“秒”計時電路，表示對“秒”進行校時），這樣可手動設置系統(tǒng)的時、分和秒。 （5） 整點譯碼電路。 整點譯碼電路的作用是識別整點時間信號，以實現(xiàn)整點報時的功能。整點時間信號的特征是零分，零分作為數(shù)字量來說，是一個代碼，用門電路組成的譯碼電路可識別一個代碼。整點譯碼電路如下圖： 其封裝模塊如下圖： 其引腳功能功能如表：

12、引腳 信號流向 信號連接 I01 輸入 接分鐘計時模塊輸出 I02 輸入 I03 輸入 I04 輸入 I05 輸入 I06 輸入 I07 輸入 I08 輸入 I09 輸出 接整點報時指示燈 （6） 定時比較電路（鬧鐘電路）。 定時比較電路是將設定的定時時間和當前的計時時間進行比較，電路可選用數(shù)值比較器CC4585。定時比較電路如圖所示： 該電路共用四片CC4585和四片74LS175D構(gòu)成定時比較電路，因為定時時間為小時和分鐘，共16位二進制代碼，每片數(shù)值比較器CC4585能比較兩個4位二進制代碼，用4片CC45

13、85能構(gòu)成16位數(shù)值比較器。當數(shù)字時鐘的計時時間等于設定時間時，定時比較電路輸出高電平，否則輸出低電平。定時比較電路封裝模塊如圖： （7） 脈沖產(chǎn)生電路。 脈沖產(chǎn)生電路如圖： 該電路由555定時器構(gòu)成時鐘脈沖產(chǎn)生電路。由于其相對于MULTSIM軟件提供的脈沖產(chǎn)生器件較復雜，故在此并不是用這個秒脈沖電路，而是用所提供器件。 四、 總結(jié)與心得 時間過的好快，轉(zhuǎn)眼間，為期一周的數(shù)字電路課程設計就結(jié)束了。通過這一周的課程設計，我拓寬了知識面，鍛煉了能力，綜合素質(zhì)得到較大提高。 設計，給人以創(chuàng)作的沖動。但凡涉及設計都是一件良好的事情，因為她能給人以美的幻想，因為她能給人以金般

14、財富，因為她能給人以成就之感，更為現(xiàn)實的是她能給人以成長以及成長所需的營養(yǎng)，而這種營養(yǎng)更是一種福祉，一輩子消受不竭享用不盡。安排課程設計的基本目的，在于通過理論與實際的結(jié)合、人與人的溝通，進一步提高思想覺悟。尤其是觀察、分析和解決問題的實際工作能力，以便培養(yǎng)成為能夠主動適應社會主義現(xiàn)代化建設需要的高素質(zhì)的復合型人才。 課程設計發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，對于理論知識學習不夠扎實的我深感“書到用時方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾教材與實驗手冊，對知識系統(tǒng)而全面進行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學請教，終于熟練掌握了基本理論知識，而且領悟諸多平時學習難以理解掌握的較難知識，

15、學會了如何思考的思維方式，找到了設計的靈感。 課程設計的過程中，由于對理論掌握的不熟練，或者是操作過程中發(fā)生失誤，都會導致最后結(jié)果出不來。至善至美，是人類永恒的追求。但是，不從忘卻“金無足赤，人無完人”，我們換種思維方式，去惡亦是至善，改錯亦為至美。在課程設計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。 對我們電子信息專業(yè)的本科生來說，實際能力的培養(yǎng)至關重要，而這種實際能力的培養(yǎng)單靠課堂教學是遠遠不夠的，必須從課堂走向?qū)嵺`。這也是一次預演和準備畢業(yè)設計工作。通過課程設計，讓我們找出自身狀況與實際需要的差距，并在以

16、后的學習期間及時補充相關知識，為求職與正式工作做好充分的知識、能力準備，從而縮短從校園走向社會的心理轉(zhuǎn)型期。 作為整個學習體系的有機組成部分，課程設計雖然安排在兩周進行，但并不具有絕對獨立的意義。它的一個重要功能，在于運用學習成果，檢驗學習成果。運用學習成果，把課堂上學到的系統(tǒng)化的理論知識，嘗試性地應用于實際設計工作，并從理論的高度對設計工作的現(xiàn)代化提出一些有針對性的建議和設想。檢驗學習成果，看一看課堂學習與實際工作到底有多大距離，并通過綜合分析，找出學習中存在的不足，以便為完善學習計劃，改變學習內(nèi)容與方法提供實踐依據(jù)。 通過課程設計，我還更加明白了一個真理。時至今日，課程設計基本告成，才

17、切身領悟“實踐是檢驗真理的唯一標準”，才明曉實踐出真知。因為在教材上，數(shù)字鐘不過是由計數(shù)器和譯碼顯碼器組合而成，也便不以為然搭建電路圖，結(jié)果電路出現(xiàn)諸多問題，譬如短路開路，EWB中引腳懸空即為低電平，現(xiàn)實中引腳懸空呈現(xiàn)大電阻特性即高電平，不為則不知，無為則無知，實踐出真知。 課程設計達到了專業(yè)學習的預期目的。在一個星期的課程設計之后，我們普遍感到不僅實際動手能力有所提高，更重要的是通過對設計過程的了解，進一步激發(fā)了我們對專業(yè)知識的興趣，并能夠結(jié)合實際存在的問題在專業(yè)領域內(nèi)進行更深入的學習。 五、 附錄 一、 元器件明細表 74LS160N

18、 74LS138N 管腳圖如下： 管腳圖如下： 74LS175D 4585BD 管腳圖如下： 管腳圖如下： 74LS00D 電源 74LS21D 7432N

19、 74LS04D 74LS08D 7408N 蜂鳴器 數(shù)碼管 信號燈 秒脈沖 開關

20、 雙選擇開關 開關 二、 附圖（見A3打印紙） 六、 參考文獻 1. 從宏壽.Multisim8仿真與應用實例開發(fā).北京：清華大學出版社，2007 2. 黃智偉.基于NI Multisim的電子電路計算機仿真設計與分析.北京：電子工業(yè)出版社，2008 3. 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎.第四版.北京：高等教育出版社，2010 4. 郭鎖利.基于Multisim9的電子系統(tǒng)設計、仿真與綜合應用.北京：人民郵電出版社，2008