基于数字钟的大小月份自动调节系统.doc

基于数字钟的大小月份自动调节系统 摘 要：数字钟在生活中帮助人们计算日期，它主要由计数器级联构建而成。本次设计要求具有大小月份自动调节功能，即日计数器实现大月31天，小月30天，二月28天。基于要求可用两片十进制计数器（74160）级联构成日计数器，控制置数端使其每次从01开始计数（对应每月第一天是1号）;从日计数器的输出通过与非门等译出31、30、28这三个信号，再根据月计数器的四个输出端译码输出两个控制端控制74153的数据选通端，选择译出的31、30、28三个信号，同时月计数器加1，当月数为12时输出端用与非门控制其同步置数端置1。 关键字：计数器、数据选择器、大小月份自动调节1、前言计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件，它的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即实现计数操作，它也可用与分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。例如，计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。计数器的种类很多，构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，可分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同，可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；还有可预制数和可编计数器等等。2、设计原理设计的基本原理为：1、两片74160构成日计数器，74160（1）为高位片，74160（2）为低位片，两片74160的同步脉冲，清零端clr都接高电平（不清零），74160（2）的d、c、b、a置数端为0001，74160（1）的d、c、b、a置数端为0000，74160（2）的使能端enp、ent接高电平，其进位端rco接到74160（1）的使能端enp，ent接高，两片74160的置数端接到一起，由74153的选通输出信号控制，当日期为31、30或28时，它们的置数端会分别为0，置数后日期低位置为1，高位置为0。2、16进制计数器74161构成月计数器，其脉冲与74160的脉冲是同步的，使能端ent、a、clr接高电平，enp接74160置数端的反，即在日置数时月份加1，其置数输入为0001，置数端load由它的输出端译码控制，即在12月后置1。3、由日计数器译码产生的28、30、31三个信号分别接到74153数据选择器的1c0、1c1、1c2,数据选择器的个1g接地，选择端a、b与月计数器译码输出两个信号相接，实现ba在2月时输入为10；1、3、5、7、8、10、12月ba为00；4、6、9、11为01，以控制通道选通而实现31、30、28三种不同月数。时钟 置数端输出 输入日计数器（高）74153数据选择器控制逻辑月计数器脉冲月显示逻辑电路（28、30、31天） 日显示 时钟 置数端 输入 输出日计数器（低）00010000 图1 整体结构3、主要芯片功能介绍3.1 74160十进制计数器(1)74160的引线图如下图所示(2)74160的功能表clk clrloadenp ent工作状态01111 0111 0 1 01 1置零预置数保持保持（但c=0）计数它的主要功能为：异步清除：当clr=0时，无论有无clk，计数器立即清零，qd-qa均为0，称为异步清除。 同步预置：当load=0时，在时钟脉冲上升沿的作用下，qd=d，qc=c，qb=b，qa=a。 当使能端enp=ent=1时，计数器计数。 锁存：当使能端enp=0或ent=0时，计数器禁止计数，为锁存状态。3.2 74161十六进制计数器 (2)74161的功能表clk clrloadenp ent工作状态01111 0111 0 1 01 1置零预置数保持保持（但c=0）计数它的主要功能为：异步清除：当clr=0时，无论有无clk，计数器立即清零，qd-qa均为0，称为异步清除。同步预置：当load=0时，在时钟脉冲上升沿的作用下，qd=d，qc=c，qb=b，qa=a。当使能端enp=ent=1时，计数器计数。锁存：当使能端enp=0或ent=0时，计数器禁止计数，为锁存状态。3.3 74ls153双四选一数据选择器74ls153的功能表：输 入输 出a1 a0 d3 d2 d1 d0y 1 0 0 0 0 0 0 0 0000 00 0 0 11 0 0 10 0 0 0000 10 0 1 01 0 1 00 0 0 0001 00 1 0 01 0 1 10 0 0 0001 11 0 0 01选通控制端st为低电平有效，即st=0时芯片被选中，处于工作状态；st=1时芯片被禁止。a1、a2为控制信号，或称地址输入端，d0 d3为4路数据输入端。在控制输入端的作用下，从多个输入信号中选择某一个输入的信号传送到输出端4、单元电路4.1 日计数器模块设计思路：采用并行级联方式连接两片74160作为日计数器。两片74160的clk为同一个脉冲信号（此处采用手动脉冲），高位74160的enp由低位74160的进位端控制，此为它的进位功能。高位的输入端dcba为0000，低位的dcba为0001，低位的输入端d0接高电平，当置数数将从01开始计数。其置数端与74153的输出端y相接。单元电路图如下：图2 日计数模块4.2 月计数器模块设计思路：原理略同日计数器。采用一片16进制的74161作为月计数器。月计数器的置数端由其输出端控制，用与门与输出端d、c端连接，其输出再和74153输出的反y接与非门并将输出接到置数端load，由此实现了112位数与clk同步的循环。将计数器的输入端dcba接为0001，由此实现了从1开始计数的功能。月计数器的ent,clr都接高电平，enp接一开关，实现能手动设置月份。单元电路图如下：图3 月计数模块4.3 数据选择器模块设计思路： 如图所示，地址端a、b分别接74161输出的d、c、a经过逻辑电路的两个输出，这样可将三种月份大、小、平月从12个月区分出来。153的1c2、1c1、1c0分别接从日期显示引出的三条逻辑电路（28、30、31三种月的天数信号），y传输给日置数端，y接到月的enp端。单元电路图如下：图4 数据选择模块4.4 控制模块设计思路：三种置数日期（31、30、28）信号输出电路：为了找出三种月份的特殊天数，日期显示的低位的a及高位的b、a通过与非门连接，当且仅当高位为xx11、低位0001时输出一低电平信号，即31天；三十天时将日期高位的ba接与非门后（此处用一与门加以非门）再与31天的输出信号相与再做30天的信号输出，目的是防止在设置日期后若日恰好为31时其不能正确地输出置数信号；28天的信号则只用了高位的b和低位的d，即0010、1000时，利用者两端接与非门即可得到28天的置数信号。电路采用同步clk信号，所以日期及月数都会同步变化。再将得到的三种置数信号接到74153的1c2、1c1、1c0，它们有153的ab选择端控制。下图为此部分的逻辑电路图：图5 控制模块三种天数的选择电路：从与计数器的d、c、a三端引线接入大小月份判断逻辑电路中，74153的选择a端与引入的dca三端的逻辑表达式为：a c d+ad；选择b端与引入的dca三端的逻辑表达式为：acd。上两表达式时将1到12月的真值表列出而化简的,31天的为00,30天的为01,28天为10，其他月数不须考虑：月数ba月数ba000100011100001010100000001100100101010001101000010100101101011001110000此电路如下：图6 三种天数的选择电路5、总电路图小结 此次的数电电子技术课程设计让我熟悉了很多数电的知识，特别是更加熟练的掌握了数电电路的设计，对计数器的功能有更进一步的掌握,对multisim2001这个软件的使用更加的熟练。这次大小月份自动调节系统主要的困难在于区分每个月的是大月还是小月，这部分的逻辑电路需要写出真值表并化简出最简形式，并以此连接与非门等的逻辑电路。由于日期需要同步变化，所以采用全部为同步时钟，但同步时钟也带来一些问题：如月的设置问题，日会随月的设置一起增加，但多加开关虽可解决此问题可带来设置时操作更麻烦；同步电路在进位时出现错误，如日对月的进位（且月恰好在12月）此时就会出现月先变为1再加1即为2月，或者仍为12月。还有就是由于没有选修过multisim2001 的课，对这个软件起初并不熟悉，通过看书并上机练习才对这个软件有所掌握。参考文献(1)现代电子学及应用，童诗白、徐振英编，高等教育出版社，1994年(2)电子系统设计，何小艇等编，浙江大学出版社，2000年(3)集成电子基础教程，郑家龙、王小海编，高教出版社，2002年5月(4)电子技术课程设计指导，彭介华编，高等教育出版社，1997年10月(5)数字电子技术，刘守义、钟苏编，西安电子科技大学出版社，2003年(6)multisim2001及其应用，蒋卓勤、邓玉元编，西安电子科技大学出版社，2003年(7) 相关网络资源读书笔记1、数字电子电路的设计方法：（电子技术课程设计指导，彭介华编，高等教育出版社）进行数字电路设计时，首先要对设计题目做认真分析，明确任务和性能指标，然后做总体设计，在设计过程中，要根据具体情况，反复对设计方案进行论证，以求方案最佳，在整体方案确定后，便可设计单元电路，选择元器件，画原理草图，实验进行性能测试，最后画总体电路图。1)明确系统的设计任务通过对系统设计要求的具体分析，充分了解系统的性能、所要达到的主要技术指标、设计的内容及要求，以便明确系统应完成的任务。2)设计方案的确定方案选择的重要任务经要充分利用所学的知识和掌握的资料，对系统提出的任务、要求和条件进行仔细的分析，完成系统的功能设计。3) 单元电路设计、元器件选择单元电路是构成整个系统的基础，单元电路性能的好坏直接影响整个系统的性能。在每个单元电路的设计前必须明确本单元电路应完成的任务，拟定出单元电路的性能指标，与其它单元电路之间的连接关系，确定电路的组成形式。电路形式一旦确定后就要进行电路元器件的选择。电路元器件包括阻容元件、分立元件和集成电路等。不同的电路对元器件性能的要求也不同，设计时要根据电路的要求选择性能和参数合适的元器件。5、数字电路的特点：（现代电子学及应用，童诗白、徐振英编，高等教育出版社）1数字电路可以进行算术运算，此时它大多采用二进制，只需处理0、1两个数符；数字电路也可进行逻辑运算与判断，此时它大多处理“二值逻辑”问题，例如“真”和“假”，“是”与“非”，“有”与“无”等。2数字电路重点研究输入信号和输出信号之间的逻辑关系，它的数学分析工具是逻辑代数，描述电路逻辑功能的主要方法是逻辑变量的真值表、逻辑函数式，卡诺图、特性方程、状态转换表、时序图、逻辑电路图等。3.模拟信号与数字信号的比较 （1）模拟信号：在时间和数值上都是连续变化的信号。模拟电路：凡用来生产、加工和处理模拟电信号的电子电路称为模拟电路。（2）数字信号：在时间上、幅值上都是离散的、不连续的信号。数字电路：凡用来生产、加工和处理数字电信号的电子电路称为数字电路。3、数据选择器：（数字电子技术，刘守义、钟苏编，西安电子科技大学出版社）数据选择器又称为多路开关，是一种重要的组合逻辑部件，它可以实现从多路数据传输中选择任何一路信号输出，选择的控制由专列的端口编码决定，称为地址码，数据选择器可以完成很多的逻辑功能，例如函数发生器、并串转换器、波形产生器等。数据选择器是能够从来自不同地址的多路数字信息中任意选出所需要的一路信息作为输出的组合电路，至于选择哪一路数据输出，则完全由当时的选择控制信号决定。4、计数器：（数字电子技术，刘守义、钟苏编，西安电子科技大学出版社）计数器是组成数字系统的重要部件之一，它的功能就是计算输入脉冲的数目，计数器的功能表较为前面的反映了计数器的功能，看懂功能表是正确使用计数器的第一步。因此，学习使用计数器，必须掌握计数器的功能表。计数器除了有计算脉冲输入端、计数值输出端以外，通常还有数据加载端、复位端、进位端、借位端等，合理的利用这些控制端，可以用同一个计数器实行多种不同进制的计数功能。这是一种非常有用的技术，应该重点掌握。计数器的种类很多。按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，可分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同，可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器等等。5、计数器的级联：（电子系统设计，何小艇等编，浙江大学出版社）一般集成计数器都设计有级联用的输出端和输入端，正确级联，就可以获得大容量的n进制计数器。当被设计计算器的容量大于单片中规模集成计数器的模时，必须通过多片级联方式实现。片间级联方式有同步级联和异步级联两种。各级计数器的时钟脉冲相同，称这种级联方式为同步级联。同步级联要求中规模集成计数器具有同步保持功能。各级计数器的时钟脉冲不同，当前级时钟由前级计数器决定，称这种级联方式为异步级联。在计数器电路的设计中应用计数器级联，可以充分利用已设计过的或现有的集成电路的功能，使得有些模值较大的计数器电路的设计过程简化。6、绘制电路图：（集成电子基础教程，郑家龙、王小海编，高教出版社）为详细表示设计的整机电路及各单元电路的连接关系，设计时需绘制完整电路图。 电路图通常是在系统框图，单元电路设计，参数计算和器件选择的基础上绘制的，它是组装，调试和维修的依据。绘制电路图时要注意一下几点：（1） 布局合理，排列均匀，图片清晰，便于看图，有利于对图的理解和阅读。有时一个总电路由几部分组成，绘图时应尽量把总电路图画在一张图纸上。如果电路比较复杂，需绘制几张图，则应把主电路画在同一张图纸上，二把一些比较独立和次要的部分画在另外的图纸上，并在图的断口两端做上标记，标出信号从一张图到另一张图的引出点和引入点，以此说明各图纸在电路连线之间的关系。 有时为了强调并便于看清各单元电路的功能关系， 每一个功能单元电路的元件应集中布置在一起，并尽可能按工作顺序排列。（2） 注意信号的流向，一般从输入端和信号源画起，由左至右或由上至下按信号的流向依次画出各单元电路，而反馈通路的信号流向则与此相反。（3） 图形符号要标准，图中应加适当的标注。图形符号表示器件的项目或概念。电路图中的中，大规模集成电路器件，一般用方框表示，在方框中标出它的型号，在方框的变新两侧标出每根线的功能名称和管脚号。图中，大规模器件外，其余元器件符号应当标准化。（4） 连接线应为直线，并且交叉和折弯应最少。通常连接可以水平或垂直布置，一般不画斜线，互相连同的交叉除用原点表示，根据需要，可以在连接线上加注信号名或其他标记，表示其功能或其去向。由的连线可用符号表示。7、multisim2001软件的介绍:（multisim2001及其应用，蒋卓勤、邓玉元编，西安电子科技大学出版社）该软件是ewb软件的最新版本，专门用于电路仿真，是迄今为止使用最方便、最直观的仿真软件，增加了大量的vhdl元件模型，可以仿真更复杂的数字元件，在保留了ewb形象直观等优点的基础上，大大增强了软件的仿真测试和分析功能，大大扩充了元件库中的元件的数目，特别是增加了大量与实际元件对应的元件模型，使得仿真设计的结果更精确、更可靠、更具有实用性。其优点是：完整、实用、直观、方便、安全。它把实验过程涉及到的电路、仪器以及实验结果等一起展现在使用者面前，整个学习过程好象在实验室中进行，电路参数调整方便，绝不束缚使用者的现象力。自学、扩展很容易实现。应用multisim2001软件进行仿真教学直观、方便，易懂。8、mtisim2001软件的功能：（源自百度百科：/view/20fc6004e87101f69e3195b8.html）（1）具有丰富的元件库multisim2001主元件库提供了一个庞大的元件模型数据库，并且用户