基于EWB的数字电路设计方案

1 基于 第一章 绪 论 随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。电子设计自动化（ 术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。为了能在电路付诸实现之前 ,完全掌握操作环境因素 (如电源电压、温度等 ) 对电路的影响 ,利用计算机辅助设计进行电路模拟与仿真 ,并进行输入与输出信号响应的验证 ,可有效地节省产品开发的时间与成本。 软件是专门用于电子电路仿真的“虚拟电子工作台”软件 ,他是目前全球最直观、最高效的 件。该软件的自动化程度高、功能强大、运行速度快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。能够提供电阻、电容、三极管、集成电路等 14 大类几千种元器件 ;能够提供示波器、万用表等十几种常用的电子仪器 ;具有强大的电路图绘制功能 ,可绘制出符合标准的电子图纸 ;他还具有强大的波形显示功能 ,并且结果可轻松放入各类文档。用该软件进行设计、分析非常方便。本文在 础 上设计的数字钟 ,是由数字集成电路构成、用数码管显示的一种现代计时器 ,与传统机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性 ,且无机械装置 ,具有更长的使用寿命 ,因此可望得到广泛使用。 第二章 件介绍与应用 件概述 在当今电子设计领域， 众多的 各高校电信类专业电子电路的仿真和设计中得到了较广泛的应用。 新设计理念有较大的好处。 2 户界面友好，各类器件和集成芯片丰富，尤其是其直观的虚拟仪表是 包含的虚拟仪表有：示波器，万用表，函数发生器，波特图图示仪，失真度分析仪，频谱分析仪，逻辑分析仪，网络分析仪等。而通常一个普通实验室是无法完全提供这些设备的。这些仪器的使用使仿真分析的操作更符合平时实验的习惯。 随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。电子设计自动化（ 术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功 能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。与早期的 能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。 电子工作平台 现称为 软件是加拿大 司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，它具有这样一些 特点： （ 1）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。 （ 2） 供多种电路分析方法。 （ 3）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。 （ 4） 是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。 3 件使用 件主界面 图 2界面 件元件库 图 2件库 4 件工具栏 图 2具栏 件信号库栏 图 2号库 5 件基本器件库栏和指示器件库栏 图 2件基本器件库栏和指示器件库栏 6 第三章主要元件介绍 计构思 要构成一电子钟电路，首先应有一个秒脉冲产生器，这可由石英晶体振荡器 产生的基准信号经过整形和分频获得。秒脉冲经过秒计数器（ 60进制）可以累计秒钟数，而秒计数器 输出的分脉冲计数器（ 60进制）可以累计分钟数。同样地， 分计数器输出的时脉冲经过时计数器 （ 24进制）可以累计小时数。这此时、分、秒计 数器通过译码器和显示器便可以显示时、分、秒。最后，还需要考虑校对时电路。 (1) 设计一个具有时、分、秒的十进制数字显示 (小时从 0023) 的计数器。 (2) 具有手动校时、校分的功能。 (3) 具有整点报时的功能（整点灯闪 1秒）。 计方案 根据所给设计构思 ,画出数字钟原理框图见图 3设计方案使用 7 图 3字钟原理框图 4数器应用 进制接线 演示电路： 74 34进制计数器连接图 步清零端 钟输入端（上升沿有效） ：数据输入端 数控制端 步并行置入控制端 位输出端 8 表 1 74160的功能表如表 1所示。由表 1可知， 74160 具有以下功能： 异步清零 当 =0 时，不管其他输入端的状态如何（包括时钟信号 ，计数器输出将被直接置零，称为异步清零。 同步并行预置数 在 的条件下，当 )=0、且有时钟脉冲 上升沿作用时， 1、 入端的数据将分别被 接收。由于这个置数操作要与升沿同步，且 数据同时置入计数器，所以称为同步并行置数。 保持 在 D=1 的条件下 ,当 ,即两个计数使能端中有 0 时 ,不管有无冲作用，计数器都将保持原有状态不变 (停止计数 )。需要说明的是，当, 时，进位输出 当 时，不管 位输出 . 计数 当 D= 时， 74160处于计数状态 ,电路从 0000 状态开始，连续输入10 个计数脉冲后，电路将从 1001 状态返回到 0000 状态， 从高电平跳变至低电平。可以利用 9 进制接线 用 160和与非门组成 7进制加法计数器异步清零端设计 图 34160从 0000 状态开始计数，当输入第 7个 冲（上升沿）时，输出2 0 0110，此时反馈给 即使 2 0返回 0000状态，接着 ,74160 重新从 0000状态开始新的计数周期。 490 计数器应用 经过 4 片 7490 进行十进制级联形成 1000分频功能 ,因为每片为 1/ 10 分频 ,4 片级联正好获得。 74 五 十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。通过不同的连接方式， 74且还可借助 )、 )对计数器清零，借助 )、 10 )将计数器置 9。其具体功能详述如下： (1)计数脉冲从 二进制 计数器。 (2)计数脉冲从 为输出端，为异步五进制加法计数器。 (3)若将 数脉冲由 则构成异步 8421码十进制加法计数器。 (4)若将 数脉冲由 则构成异步 5421码十进制加法计数器。 (5)清零、置 9功能。 a) 异步清零 当 )、 )均为“ 1”； )、 )中有“ 0”时，实现异步清零功能，即 C A 0000。 b)置 9功能 当 )、 )均为“ 1”； )、 )中有“ 0”时，实现置 9功能 即 C A 1001。图 34 11 下图中为 7490 计数器的十进制接线图： 图 3490计数器的十进制接线图 12 第四章 数字钟基本原理及单元电路设计 字钟的基本原理 工作原理 :数字电子钟由振荡器、分频器、计数器、译码显示、报时等电路组成。其中振荡器和分频器组成标准秒信号发生器 ,由不同进制的计数器、译码器和显 示器组成计时系统。秒信号送入计数器进行计数 ,把累加的结果以时、分、秒的数字显示出来。时显示由 24 进制计数器、译码器、显示器构成 ,分、秒显示分别由 60进制计数器、译码器、显示器构成。可进行整点报时 ,计时出现误差时 ,可以用校时电路手动校时、校分和秒。 英晶体振荡器 振荡器是计时器的核心 ,振荡器的稳定度和频率的精准度决定了计时器的准确度。振荡电路如图 2 所示。由石英晶体、微调电容 (等构成。晶振 0 输出反馈电阻 555提供偏置 ,使电路工作于放大区 。与石英晶体串联的微调电容 ,可以对振荡器频率做微量调节 ,从而在输出端得到较稳定的 10 冲信号。 图 英晶体振荡器 13 频电路 分频电路如图 4示 ,产生标准秒脉冲信号 ,选用 4 片计数器 7490 实现。由振荡电路产生频率为 10 周期性方波信号 ,经过 4 片 7490 进行级联 ,因为每片为 1/ 10 分频 ,4 片级联正好获得 1 准秒脉冲信号。 图 4分频电路 数与译码显示电路 计数电路 秒、分为 60 进制计数器 ,他们的个位为 十进制 ,十位为六进制。时为二十四进制计数器 ,个位为十进制 ,当十位计数为 2 ,个位计数到 4 时清零。采用 6 片中规模计数器 74160 实现。 (1) 秒、分计数电路秒、分计数电路为 60 进制 ,如图 4秒计数电路 ,由2 片 74160 四位二进制计数器组成。 74160 具有异步清零的功能 ,第一片构成十进制计数器 ,第二片构成六进制。在第一片计数器中 ,当第 10 个脉冲到来时 ,他的输出状态为“ 1010” ,高电平。因为 74160 异步清零端为高电平清零 ,所以 别接到清零端即构成十进制。第二片为 六进制 ,当第一片清零的同时给第二片的 当 个脉冲到来时 ,第二片的 为高电平 ,将他们连接到计数器的清零端 ,在清零的同时给上一级进位。从而构成 60 进制计数器。分别把秒十位、个位输出端接到带译码的七段显示器 ,当电 14 路运行后 ,计数器便开始从 00 59 计数 ,显示器就会显示相应的数码。 图 秒计数电路 计数电路 图 4计数电路 15 计数电路 时计数电路为 24 进制 ,如图 5 所示 ,由 2 片 74160、与门、或门组成。个位接成十进制 ,十位接成八进制 ,每当个位为 4 ,十位为 2 时 ,由与门送出一高电平清零信号 ,2 片 74160 同时清零 ,使电路构成二十四进制。 图 4时计数电路 计数电路 周计数电路为 7进制 ,如图 4由 1片 74160、若干与非门组成。接成7 进制 ,每当计数为 7 时由与非门送出一低电平清零信号 ,1 片 74160 清零 ,使电路构成 7进制。 由 5个二输入与非门构成三输入与非门如图 4示 16 图 4输入与非门 关系式： Y= ）（ （ B ） 非。其中 图 4计数电路 时电路 当刚接通电源或计时出现误差时 ,需要对时间进行校正。如图 4由开关构成。 S， F ,M 分别为时校正、分秒校正开关。不校正时 S， F 开关是闭合的。当校正时、分位时 ,打开 S， 然后拨动 来回拨动一次 ,就会使时、分 17 位增加 1 ,校正完毕后把 S， 其中秒校时当拨动开关时秒被清零不是加一，最后即可完成时间的校正。 图 4时电路 整点报时电路 如图 4于整点时分计数器为 00 状态，且保持此状态 1秒钟，运用此特性连接出整点报时电路，当到达整点时灯亮 1秒钟。 图 4整点报时电路 18 由若干二输入与非门若干非门和一个二输入或门组成八输入异或门电路如上图所示。 表达式： Y= 数字钟整体逻辑电路 计数电路和分频电路 图 4频电路 图 4 19 总结 课程的选定到软件仿真件的调试成功花了不少时 间，却在其中收获了不少东西。通过这次课程设计，理解能力和动手能力都得到了提高，也加深了对课本知识的理解。 这次课程设计是对去年学过的数字电子技术基本知识的应用，本来对数字电子技术中的有些东西就不太熟悉，通过这次设计，更深刻的了解了各种芯片的引脚、时序图、逻辑图以及功能表，能够用各种芯片以及触发器等组建逻辑电路。 这次的设计虽然短暂 以前书本上的内容第一次完完全全的在实际中实现 遇到了书本中不曾学到的情况 感谢刘洪朋老师为我们提供这次机会。数字钟是现实生活 中常用的工具，经过这次独自设计并成功完成它，我深刻的了解了它的工作原理，虽然它与现实生活中的有一定的差距。但也使我体会到数字电子技术对当代社会发展的重要性。 20 致谢 在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。人生的道路有许多的坎坷，不是一条通往光明之路，有痛苦，有伤心，有无助，也有面对一切所不能忍受的，这就是生活。但是生活中确实有许多美好的东西，有些时候你不会看到它的本身的色彩，如果你用这一种方式感受不到的话，不妨换一种方式去感受，也许它正是你所需要的那种生活方式。千万不要放弃生活，你放弃了它，生活 也就放弃了你，人生贵在的是感受，会感受才会有幸福，在生活中如果你感受的多了，那你才会感受到生活中的美好，你才会知道你在前世所选择的是今生的最正确的人生路。 伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指 导 ,经由您悉心的点拨 ,再经思考后的领悟 ,常常让我有“山重水复疑无路 ,柳暗花明又一村”。感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助