數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)-多功能數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)報(bào)告()08006

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1、多功能數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)報(bào)告 目錄 一、 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求……………………………………………2 二、 設(shè)計(jì)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(shuō)明………………………………………………3 三、 電路設(shè)計(jì)計(jì)算與分析………………………………………4 （1） 小時(shí)計(jì)時(shí)電路………………………………………4 （2） 分鐘計(jì)時(shí)電路………………………………………5 （3） 秒鐘計(jì)時(shí)電路………………………………………7 （4） 校時(shí)選擇電路……………

2、…………………………8 （5） 整點(diǎn)譯碼電路………………………………………9 （6） 定時(shí)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(xì)表……………………………………………15 （2） 附圖………………………………………………………17 七、 參考文獻(xiàn)……………………………………………………17 一、 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 實(shí)現(xiàn)24小時(shí)的時(shí)鐘顯示、校準(zhǔn)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)、鬧鈴

3、等功能。 具體要求： （1）顯示功能：具有“時(shí)”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示（“時(shí)”從0~23，分0~59，秒0~59）。 （2）校時(shí)功能：當(dāng)剛接通電源或數(shù)字時(shí)鐘有偏差時(shí)，可以通過(guò)手動(dòng)的方式去校時(shí)。 （3）整點(diǎn)報(bào)時(shí)：當(dāng)時(shí)鐘計(jì)時(shí)到整點(diǎn)時(shí)，能進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)。 （4）鬧鈴功能：在24小時(shí)之內(nèi)，可以設(shè)定定時(shí)時(shí)間，當(dāng)數(shù)字時(shí)鐘到定時(shí)時(shí)間時(shí)能進(jìn)行報(bào)時(shí)提醒。 二、 設(shè)計(jì)的方案的選擇與論證 （1） 總體電路分析 總體電路設(shè)計(jì)是將單元電路模塊小時(shí)計(jì)時(shí)電路、分鐘計(jì)時(shí)電路、秒計(jì)時(shí)電路、校時(shí)選擇電路、整點(diǎn)譯碼電路、鬧鐘電路等模塊連接在一起，外接輸入開(kāi)關(guān)和輸出顯示數(shù)碼管構(gòu)成。總

4、體結(jié)構(gòu)圖如下： 時(shí)顯示電路 分顯示電路 秒顯示電路 時(shí)譯碼電路 分譯碼電路 秒譯碼電路 時(shí)計(jì)數(shù)電路 分計(jì)數(shù)電路 秒計(jì)數(shù)電路 校時(shí)選擇電路 鬧鐘電路 秒脈沖產(chǎn)生電路 （2） 仿真分析 單擊運(yùn)行按鈕，可觀測(cè)仿真結(jié)果。電路能完成顯示計(jì)時(shí)、校時(shí)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)以及鬧鈴等功能。 計(jì)時(shí)功能。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1、S2都處于左邊觸點(diǎn)時(shí)，數(shù)字時(shí)鐘工作于計(jì)時(shí)狀態(tài)。此時(shí)，電路中的秒計(jì)時(shí)電路、分計(jì)時(shí)電路以及小時(shí)計(jì)時(shí)電路分別對(duì)秒脈沖、分脈沖和小時(shí)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)結(jié)果經(jīng)數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)時(shí)間值。 校時(shí)功能。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1、S2都處于右邊觸點(diǎn)時(shí)，數(shù)字時(shí)鐘工作于校時(shí)狀態(tài)。按瞬態(tài)按鈕B鍵，可以選擇對(duì)

5、“小時(shí)”、“分鐘”和“秒鐘”進(jìn)行校時(shí)。校時(shí)時(shí)通過(guò)開(kāi)關(guān)S3（按C鍵）手動(dòng)輸入校時(shí)時(shí)間。 整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。整點(diǎn)譯碼電路通過(guò)識(shí)別整點(diǎn)時(shí)間，產(chǎn)生整點(diǎn)報(bào)時(shí)信號(hào)。當(dāng)前時(shí)間為零點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生整點(diǎn)報(bào)時(shí)，此時(shí)探針會(huì)亮，蜂鳴器會(huì)響。 鬧鐘報(bào)時(shí)功能。通過(guò)校時(shí)功能將“小時(shí)”、“分鐘”和“秒鐘”設(shè)定在某一時(shí)間點(diǎn)，然后重新校時(shí)，調(diào)整到設(shè)定點(diǎn)以前的某一時(shí)間，當(dāng)時(shí)鐘到達(dá)設(shè)定點(diǎn)時(shí)，信號(hào)燈會(huì)亮，并且蜂鳴器會(huì)響。 （3） 仿真說(shuō)明。 因版面有限，總設(shè)計(jì)圖并未納入本設(shè)計(jì)報(bào)告中，而是在此之外通過(guò)PROTELL畫(huà)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(hào)線連線簡(jiǎn)介、美觀，電路可持續(xù)性

6、強(qiáng)。 三、 電路設(shè)計(jì)計(jì)算與分析 （1） 小時(shí)計(jì)時(shí)電路。小時(shí)計(jì)時(shí)電路如下圖： 該電路用兩片74LS160構(gòu)成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，與非門74LS00D構(gòu)成譯碼電路，該譯碼電路能識(shí)別代碼“24”，輸出信號(hào)使～CLR=0，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值被置0.所以，整個(gè)計(jì)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(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。小時(shí)計(jì)時(shí)電路的封裝模塊如下圖： 其引腳功能如表： 引腳 信號(hào)流向 信號(hào)連接 HOURSET 輸入 校時(shí)選擇輸入，正常工作為高電平 CLOCK 輸入 接小時(shí)計(jì)數(shù)脈沖 H04 輸出 接LED數(shù)碼管，顯示計(jì)時(shí)時(shí)

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

8、 輸入 校時(shí)選擇輸入，正常工作為高電平 CLOCK 輸入 接分鐘計(jì)數(shù)脈沖 H04 輸出 接LED數(shù)碼管，顯示計(jì)時(shí)時(shí)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(jì)時(shí)時(shí)間（分鐘）低位 L03 輸出 L02 輸出 L01 輸出 （3） 秒鐘計(jì)時(shí)電路。秒鐘計(jì)時(shí)電路如下圖： 該電路用兩片74LS160構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，與非門74LS00D構(gòu)成譯碼電路，該譯碼電路能識(shí)別代碼59。整個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)圖為00至01至…至58至5

9、9至00…,共有60個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。其封裝引腳同小時(shí)計(jì)時(shí)電路。秒鐘計(jì)時(shí)電路的封裝模塊如下圖： 其引腳功能如下表： 引腳 信號(hào)流向 信號(hào)連接 SECSET 輸入 校時(shí)選擇輸入，正常工作為高電平 CLOCK 輸入 接秒鐘計(jì)數(shù)脈沖 H04 輸出 接LED數(shù)碼管，顯示計(jì)時(shí)時(shí)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(jì)時(shí)時(shí)間（秒鐘）低位 L03 輸出 L02 輸出 L01 輸出 （4） 校時(shí)選擇電路。校時(shí)選擇電路如下圖：

10、 校時(shí)選擇電路用計(jì)數(shù)器74LS160和譯碼器74LS138組成，計(jì)數(shù)器74LS160設(shè)計(jì)為三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，譯碼器的輸出為反變量，其輸出要接反向器。校時(shí)選擇電路的封裝模塊如下圖： 其對(duì)應(yīng)的封裝引腳如下表： 引腳 信號(hào)流向 信號(hào)連接 TIMESET 輸入 接瞬態(tài)開(kāi)關(guān) HOUR 輸出 接小時(shí)計(jì)時(shí)電路的HOURSET輸入端 MIN 輸出 接分鐘計(jì)時(shí)電路的MINSET輸入端 SEC 輸出 接秒鐘計(jì)時(shí)電路的SECSET輸入端 TIMESET：接瞬態(tài)開(kāi)關(guān)，可手動(dòng)選擇校時(shí)信號(hào)。當(dāng)校時(shí)信號(hào)HOUR=1、MIN=0、SEC=0時(shí)（選中“小時(shí)”計(jì)時(shí)電路，

11、表示對(duì)“小時(shí)”進(jìn)行校時(shí)）；單擊一次開(kāi)關(guān)按鈕，可使校時(shí)選擇信號(hào)變?yōu)镠OUR=0、MIN=1、SEC=0（選中“分鐘”計(jì)時(shí)電路，表示對(duì)“分鐘”進(jìn)行校時(shí)），再單擊一次開(kāi)關(guān)按鈕，可使校時(shí)選擇信號(hào)變?yōu)镠OUR=0、MIN=0、SEC=1（選中“秒”計(jì)時(shí)電路，表示對(duì)“秒”進(jìn)行校時(shí)），這樣可手動(dòng)設(shè)置系統(tǒng)的時(shí)、分和秒。 （5） 整點(diǎn)譯碼電路。 整點(diǎn)譯碼電路的作用是識(shí)別整點(diǎn)時(shí)間信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能。整點(diǎn)時(shí)間信號(hào)的特征是零分，零分作為數(shù)字量來(lái)說(shuō)，是一個(gè)代碼，用門電路組成的譯碼電路可識(shí)別一個(gè)代碼。整點(diǎn)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(hào)流向 信號(hào)連接 I01 輸入 接分鐘計(jì)時(shí)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(diǎn)報(bào)時(shí)指示燈 （6） 定時(shí)比較電路（鬧鐘電路）。 定時(shí)比較電路是將設(shè)定的定時(shí)時(shí)間和當(dāng)前的計(jì)時(shí)時(shí)間進(jìn)行比較，電路可選用數(shù)值比較器CC4585。定時(shí)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(shí)比較電路，因?yàn)槎〞r(shí)時(shí)間為小時(shí)和分鐘，共16位二進(jìn)制代碼，每片數(shù)值比較器CC4585能比較兩個(gè)4位二進(jìn)制代碼，用4片CC45

13、85能構(gòu)成16位數(shù)值比較器。當(dāng)數(shù)字時(shí)鐘的計(jì)時(shí)時(shí)間等于設(shè)定時(shí)間時(shí)，定時(shí)比較電路輸出高電平，否則輸出低電平。定時(shí)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(shí)器構(gòu)成時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路。由于其相對(duì)于MULTSIM軟件提供的脈沖產(chǎn)生器件較復(fù)雜，故在此并不是用這個(gè)秒脈沖電路，而是用所提供器件。 四、 總結(jié)與心得 時(shí)間過(guò)的好快，轉(zhuǎn)眼間，為期一周的數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)就結(jié)束了。通過(guò)這一周的課程設(shè)計(jì)，我拓寬了知識(shí)面，鍛煉了能力，綜合素質(zhì)得到較大提高。 設(shè)計(jì)，給人以創(chuàng)作的沖動(dòng)。但凡涉及設(shè)計(jì)都是一件良好的事情，因?yàn)樗芙o人以美的幻想，因?yàn)樗芙o人以金般

14、財(cái)富，因?yàn)樗芙o人以成就之感，更為現(xiàn)實(shí)的是她能給人以成長(zhǎng)以及成長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)，而這種營(yíng)養(yǎng)更是一種福祉，一輩子消受不竭享用不盡。安排課程設(shè)計(jì)的基本目的，在于通過(guò)理論與實(shí)際的結(jié)合、人與人的溝通，進(jìn)一步提高思想覺(jué)悟。尤其是觀察、分析和解決問(wèn)題的實(shí)際工作能力，以便培養(yǎng)成為能夠主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的高素質(zhì)的復(fù)合型人才。 課程設(shè)計(jì)發(fā)端之始，思緒全無(wú)，舉步維艱，對(duì)于理論知識(shí)學(xué)習(xí)不夠扎實(shí)的我深感“書(shū)到用時(shí)方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾教材與實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，對(duì)知識(shí)系統(tǒng)而全面進(jìn)行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學(xué)請(qǐng)教，終于熟練掌握了基本理論知識(shí)，而且領(lǐng)悟諸多平時(shí)學(xué)習(xí)難以理解掌握的較難知識(shí)，

15、學(xué)會(huì)了如何思考的思維方式，找到了設(shè)計(jì)的靈感。 課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于對(duì)理論掌握的不熟練，或者是操作過(guò)程中發(fā)生失誤，都會(huì)導(dǎo)致最后結(jié)果出不來(lái)。至善至美，是人類永恒的追求。但是，不從忘卻“金無(wú)足赤，人無(wú)完人”，我們換種思維方式，去惡亦是至善，改錯(cuò)亦為至美。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測(cè)調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過(guò)而能改，善莫大焉”的知行觀。 對(duì)我們電子信息專業(yè)的本科生來(lái)說(shuō)，實(shí)際能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，而這種實(shí)際能力的培養(yǎng)單靠課堂教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須從課堂走向?qū)嵺`。這也是一次預(yù)演和準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，讓我們找出自身狀況與實(shí)際需要的差距，并在以

16、后的學(xué)習(xí)期間及時(shí)補(bǔ)充相關(guān)知識(shí)，為求職與正式工作做好充分的知識(shí)、能力準(zhǔn)備，從而縮短從校園走向社會(huì)的心理轉(zhuǎn)型期。 作為整個(gè)學(xué)習(xí)體系的有機(jī)組成部分，課程設(shè)計(jì)雖然安排在兩周進(jìn)行，但并不具有絕對(duì)獨(dú)立的意義。它的一個(gè)重要功能，在于運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果。運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，把課堂上學(xué)到的系統(tǒng)化的理論知識(shí)，嘗試性地應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)工作，并從理論的高度對(duì)設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)代化提出一些有針對(duì)性的建議和設(shè)想。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作到底有多大距離，并通過(guò)綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計(jì)劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實(shí)踐依據(jù)。 通過(guò)課程設(shè)計(jì)，我還更加明白了一個(gè)真理。時(shí)至今日，課程設(shè)計(jì)基本告成，才

17、切身領(lǐng)悟“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，才明曉實(shí)踐出真知。因?yàn)樵诮滩纳希瑪?shù)字鐘不過(guò)是由計(jì)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(wèn)題，譬如短路開(kāi)路，EWB中引腳懸空即為低電平，現(xiàn)實(shí)中引腳懸空呈現(xiàn)大電阻特性即高電平，不為則不知，無(wú)為則無(wú)知，實(shí)踐出真知。 課程設(shè)計(jì)達(dá)到了專業(yè)學(xué)習(xí)的預(yù)期目的。在一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)之后，我們普遍感到不僅實(shí)際動(dòng)手能力有所提高，更重要的是通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的了解，進(jìn)一步激發(fā)了我們對(duì)專業(yè)知識(shí)的興趣，并能夠結(jié)合實(shí)際存在的問(wèn)題在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)。 五、 附錄 一、 元器件明細(xì)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(hào)燈 秒脈沖 開(kāi)關(guān)

20、 雙選擇開(kāi)關(guān) 開(kāi)關(guān) 二、 附圖（見(jiàn)A3打印紙） 六、 參考文獻(xiàn) 1. 從宏壽.Multisim8仿真與應(yīng)用實(shí)例開(kāi)發(fā).北京：清華大學(xué)出版社，2007 2. 黃智偉.基于NI Multisim的電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)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(chǔ).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(shè)計(jì)、仿真與綜合應(yīng)用.北京：人民郵電出版社，2008