电子技术课程设计数电仿真

1、电子技术课程设计报告 多功能数字时钟电路的设 计与仿真姓名：学号：指导老师：2013年6月27日题目：多功能数字时钟电路的设计与仿真任务设计一个能够实现时、分、秒计时，整点报时，闹钟功能，具有校正 时间功能的电路。主要技术指标时间以24小时为一个周期；数值显示时、分、秒；有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；具有整点报时功能，当时间到达整点前5秒进行蜂鸣报时；具有闹钟功能，当时间到达预设的时间进行蜂鸣闹铃；为了保证计时的稳定及准确须由石英品体振荡器提供时间基准信号。3、电路形式DCD_HEX151DCD_HEXCLK74IS160N15U13ACLK741BUZZERN

2、AND2LOADCLRENP RCOENT141312TT7 ,107 1034562)14131211r_r14131211QD15U5DCD_HEX151DCD_HEXCLK74IS160N15U13ACLK741BUZZERNAND2LOADCLRENP RCOENT141312TT7 ,107 1034562)14131211r_r14131211QD15U5VCCLOADCLR74LS1&4NAC U6DQAQBQCQDENPENTLOADCLRRCOCLK74LS160NU7AQABQBCQCDQDENP RCO0ENTLOADCLRc 74CLK74LS160N厂710-9 :1

3、 b rLOADCLRLS1LOADCLRCLK74LS160NCLKQAQBQCQDRCOSETJQCLKU24KQRESET电路分析及特点电路分析：多功能数字时钟电路一般由中规模集成模块构成。在此次设计中包含秒脉冲发生器、时间显示、校准部分、整点报时、闹钟部分。秒脉冲发生器由谐振频率为32768Hz的石英品体振荡器经过15位二进制分频得到；时间显示部分秒、分均为六十进制计数器，时显示为二十四进制计数器；校准部分由单刀双掷开关、校准信号、逻辑门控电路组成；整点报时由逻辑门控电路控制蜂鸣器来实现。闹钟部分由四片74LS85四位数值比较器构成。不过，由于在一张电路 图上布置的问题，在最终的电路图

4、上并没有显示出来。特点：秒脉冲发生器由石英品体振荡器构成，具有精度高、稳定性好 的优点。设计与分析秒脉冲发生器由石英品体振荡器和分频器构成。由于采用的石英品体 振荡器的谐振频率为32768Hz，因此需要通过15为的二进制计数器 进行分频，才能得到1Hz的秒脉冲信号。选用的中规模集成模块为74LS160十进制计数器。实现六十进制计数器需要两片74LS160芯片，采用反馈清零法来实现。 因此，一片为十进制，一片为六进制(反馈状态为0110).时计数器需要的是一个二十四进制转换的递增计数电路。个位和十位 均应连接成十进制计数形式，并采用两片芯片同步级联的复位方式。由于74LS160为十进制计数器，因

5、此当计数状态到达00100100时就 要反馈置零。整点报时由逻辑门控电路来实现。当分、秒显示为59分55秒59分 59秒时进行整点报时。转换为二进制代码就是 0101 1001 0101 01010101 1001 0101 1001 这个区间，蜂鸣器发出响声。因此，可以用逻辑门来实现。校准电路同样由逻辑门控电路来实现。闹钟定时分为两部分，一部分是定时另一部分为报时。定时由开关来 决定是高低电平表示二进制数；报时由74LS85四位比较器来构成。如果时间与设定时间相同，则与门输出高电平蜂鸣器工作。否则，蜂鸣器不工作。电路仿真及调试六十进制计数器:U5DCD HEXV1500-Hz5 VLOADC

6、LRCLK:AQA.BQB.CQCDQD.ENPRCOENTLOADCLRCLK74LST60D U3A-六十进制的波形图二十四进制计数器：AQABQBCQCDQDENPRCOENTLOADCLRCLK74LS160D U3A-710-9】-C1AQABQBCQCDQDENPRCOENTLOADCLRCLK74LS160DDCD_HEX二十四进制输出波形整点报时：当七输入的与门输出为高电平时，蜂鸣器工作发出“嘟嘟” 声。校准电路:校准电路中单刀单掷开关S1、S2分别为时分校正开关。不校正时S1 和S2闭合，校正时时，S1闭合，拨动单刀双掷开关S5来进行调整 显示；校正分同校正时操作一样。单刀双

7、掷开关S4、S3为控制时分 校正信号与基准信号的开关。当进行校正操作时，单刀双掷开关打向 左侧，此时校正信号与计时器接通，可以进行校正操作。秒脉冲发生器：石英品体的谐振频率为32768Hz，经过左侧电路频率降为2Hz，在经 过二进制计数器进行分频就可以得到1Hz的信号。周期盼冲寇台I交流.I 直流顼垂计教黯MFC?v触发电平灵敏度IRM3触盅电平o灵逾度皿1上升/下降裁合周期盼冲寇台I交流.I 直流顼垂计教黯MFC?v触发电平灵敏度IRM3触盅电平o灵逾度皿1上升/下降裁合恣命缕丧信号正缩比:口缓登信号 压宿比:16从图中可以看出电路的输出波形大致在1Hz,满足要求。完整的电路基本实现了多功能

8、数字时钟的功能。定时闹钟:电路图可以对时分进行定时，能够准确报时。元器件参数介绍：石英晶体振荡器：精度高，稳定性好；数码显示管：可以显示09之间的任意一个数字;蜂鸣器：工作电压为5V,发声频率为1KHz；逻辑门：与门、或门、非门； 74LS160:十进制计数器，从00001001为有效计数状态输 入输出CLKLOADCLRENPENTQXX0XX全 001XX预置数1111计数X110X保持X11X0保持74LS85:四位数值比较器A3,B3 333333333333AAAAAAAAAAAAAAB3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3ComparingA3,B3 3333333

9、33333AAAAAAAAAAAAAAB3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3ComparingInputsCa.s-&a.dlngInputsOutput意2. B2A1. BlAD.BDA BA BA D2XXXXXIILL D1XXXXIILL=D2A1 XXXIILL=D2A1 =B1AS XXXLHL=B2A1 = B1A0= BDIILLHLL=B2A1 = B1A0= BDLHLLHL=B2A1 = B1A0= 80LLIILLH=B2A1 = B1A0= BDXXIILLH=B2A1 = B1A0= 80IIHLLLL=B2A1 = B1A0= BOLLLHHL

10、好A2A2A2A2A2A2A2A2A2A2A2H 一 Kgli LwdL L Low L改H X Dont Care小结: 由于之前做过了模拟电路的设计，本以为数字电路的设计会简单一些， 但事实上，数字电路的设计自己搞的也并不轻松。模拟电路的元器件 很多需要自己计算得出理论结果来选取，而数字电路的元器件基本上 是以模块的形式给出的，也就是只要将元器件以正确的方式连接起来 就可以了。但在实际的操作过程中仍然遇到了较多的困难。 首先，就是六十进制、二十四进制计数器的设计。由于之前做设计用 的是74LS161,数字电路书上和实验课上用到的也是74LS161,因此 这次首先考虑的也是74LS161。在

11、设计六十进制、二十四进制的过程 中没有遇到问题。但后来考虑到74LS161为4位二进制计数器，而 74LS160为十进制计数器，因此最后选用了 74LS160芯片。选用 74LS160后在设计六十进制计数器时，一片就可以直接使用。整点报时电路设计的还是比较顺利的。我觉得主要是自己理解的比较 简单，用的电路简单，精度不够高，但实现了报时的功能。至于，精 度和准确度，就有待自己知识储备和设计能力的提高了。校时电路的设计也遇到了困难，主要是自己对如何校时不理解，根本 想不通如何对时分进行校时调整。因此，关于校时电路的部分是在参 考有关Multisim设计书上的数字时钟电路来进行仿真测试的。经过 分析

12、，自己还是理解校时原理啦。在这个多功能数字时钟电路中，秒脉冲发生器是最麻烦的部分。如果 不考虑精度和准确度，由555定时器构成的多谐振荡器是最理想的选 择，但是这个设计中要求精度和准确度，因此就把555定时器排除在 外，必须选择石英晶体振荡器。而石英品体振荡器的谐振频率有多个 型号的，但是没有1Hz的，所以即使选用石英品体振荡器也必须进行 分频。本来选用谐振频率为32768Hz的石英晶体振荡器构成振荡电路， 在经过15位的二进制计数器进行分频后，得到1Hz的秒脉冲信号。15位二进制分频器由CMOS元器件库中的4 0 6 0 BD和D触发 器构成。理论上，4 0 6 0 BD芯片可以对信号进行1

13、4位的二分频， 进过D触发器就可以得到1Hz的信号。但是，在Multisim12.0软件 中进行仿真时并未得到预期的效果。而4060BD芯片的使用也没有错 误，在网上查找的电路图也和这个差不多，但是结果就是不对，因此 我就放弃这种方法，改用了另外一种方法。这种方法虽然可以分频得 到1Hz左右的脉冲信号，但是还是有一定的误差。至于4060BD芯片 的使用以及如何解决这个问题就有待自己在以后的学习设计中琢磨 实践了。闹钟定时这个功能的实现需要用到比较器。我采用的是四位数值比较 器74LS85。但是，如何预定时间却让我犯了难。起初，考虑用74LS138 译码器，但是译码器的输入端如何输入要设置的时间

14、也是个问题。后 来，仔细想了一下，根本不需要用译码器。考虑到二进制数的特点， 可以用高低电平来表示二进制数，因此就可用开关控制电路的导通与 否，间接的来表示二进制数。通过开关来进行预定时间的设置。除了需要将十进制的时间转化为二进制数比较麻烦，其他的还是很简单的。通过数字电路的设计，我发现如果直接进行电路的连接会比较麻烦， 而且电路图很复杂，也不美观，不易于理解电路图。而Multisim中 提供了电路子模块的功能，可以将一部分电路以模块的形式放入总电 路图中，只需要留出接线的端口即可。但是，自己对这个操作并不是 特别熟悉，这就需要在以后的学习和设计中不断熟悉软件的功能。在设计的过程中，更加觉得自

15、己专业知识的不牢固和缺乏。虽然学过 了数电课程，在实验课程中也做过数电的实验，但是真正让自己去设 计一个电路时，还是会出现这样那样的问题。一方面是自己知识的欠 缺，思维不够开阔，另一方面自己对所学过的知识根本就没有完全消 化吸收，不能做到灵活运用，仅仅局限于书本上的例子。多功能数字 时钟中所用到的电路芯片以及电路结构都是老师课堂上所讲过的。但 是，自己照葫芦画瓢却不能搞好，不得不说自己学到的东西完全还不 是自己的。以后的学习过程中，自己要学会将知识活学活用，真正的 融会贯通。自己的思维也要开阔，不能囿于书本上的例子和自己想当 然的想法。要经过思考，分析在进行实际的操作。通过这么一次仿真设计自己的收获还是很大的。自己认识到了自己的 不足，清醒地看到了自己距离优秀的差距。可能自己在数电的考试考 得不错，但自己也要知道考试的题目毕竟是没有发散思维的题目。要 真正学好，需要自己在课后花时间去操作和实践。IO6整