1、.東 北 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)名稱:數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)專題題目：指導(dǎo)教師：學(xué)生：學(xué)號(hào)：專 業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級(jí)：設(shè)計(jì)日期: 2017 年 7 月 3 日 2017 年 7 月 7日目錄摘要3Abstract3第1章概述41.1設(shè)計(jì)思路41.2主要容4第2章課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求52.1 設(shè)計(jì)任務(wù)52.2 設(shè)計(jì)要求5第3章系統(tǒng)設(shè)計(jì)63.1 方案論證63.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)63.2.1 結(jié)構(gòu)框圖及說明63.2.2 系統(tǒng)原理圖及工作原理73.3單元電路設(shè)計(jì)83.3.1數(shù)字時(shí)鐘秒脈沖信號(hào)的設(shè)計(jì)83.3.2器件分析83.3.3 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)93.3.4 計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)113.3.5 數(shù)字時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)123

2、.3.6 校時(shí)電路123.3.7 整點(diǎn)報(bào)時(shí)133.3.8 鬧鐘電路14第4章仿真調(diào)試164.1時(shí)鐘顯示174.1.1 時(shí)鐘顯示完整的00:00:00174.1.2 時(shí)鐘完整顯示01:00:00174.1.3 時(shí)鐘完整顯示23:59:59184.1.4 仿真開關(guān)校準(zhǔn)“秒”電路184.1.5 仿真開關(guān)校準(zhǔn)“分”電路194.1.6 仿真開關(guān)校準(zhǔn)“時(shí)”電路194.2 整點(diǎn)報(bào)時(shí)204.2.1 07:59:5007:59:59報(bào)時(shí)204.3 鬧鐘電路214.3.1 7:59:00鬧鐘設(shè)定21第5章結(jié)論22第6章利用Multisim14.0仿真軟件設(shè)計(jì)體會(huì)23參考文獻(xiàn)23第7章收獲、體會(huì)和建議24摘要時(shí)間對(duì)

3、于人們來說總是那么的寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人們忘記當(dāng)前的時(shí)間。于是，20世紀(jì)末，,電子技術(shù)有了飛快地發(fā)展，不僅在通信技術(shù)上用數(shù)字信號(hào)替代模擬信號(hào)，數(shù)字時(shí)鐘相比模擬鐘能給人一種一目了然的感覺，它不僅可以同時(shí)顯示時(shí)、分和秒，并且可以完成準(zhǔn)確的校正。數(shù)字時(shí)鐘具有走時(shí)精確，校準(zhǔn)方便設(shè)計(jì)和使用簡單的特點(diǎn)。對(duì)于Multisim軟件進(jìn)行數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)和仿真。首先在Multisim創(chuàng)建好數(shù)字時(shí)鐘的總電路圖。然后用該軟件中的仿真功能進(jìn)行仿真。一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘需要振蕩器，計(jì)數(shù)器，譯碼器和顯示器電路精確時(shí)間“小時(shí)”“分”“秒”與數(shù)字顯示，并需要校正電路，使其準(zhǔn)確的工作，也可有定時(shí)和計(jì)時(shí)功能。數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用

4、，有著非常現(xiàn)實(shí)的意義。在本文中，multisim14.0的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘，由數(shù)字集成電路，數(shù)碼組成。關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘，振蕩器，計(jì)數(shù)器譯碼，顯示，仿真AbstractThe time for people to always so precious，A busy and complex nature of the work is easy to make people forget the current time。So, At the end of the twentieth Century,Electronic technology has been rapid development。N

5、ot only in communication technology with digital signal instead of analog signal，but also in our daily life,Digital clock compared to analog clock can give people a feeling of stick out a mile，It not only can display hours, minutes and seconds，And it can accomplish accurate correction.Digital clock

6、is accurate, convenient and simple in design with calibration.For design and simulation with Multisim software in digital clock .We first created Multisim software digital clock circuit diagram of the total.And then use the softwares simulation features in the simulation .a digital clock t

7、o the oscillator,a  counter,decoder and display circuit accurately time "hours" "minutes" seconds" with digital display, and the need for correction circuit make its accu

8、rate work, also can have from time to time and timekeeping function. Digital clock and the expansion of its application, has very realistic significance. In this paper,&#

9、160;the Multisim14.0 based on the design of the digital clock, is composed of a digital integrated circuit, digital display. Keywords:digitalclock,oscillators,counter,decodingdisplay , simulation第1章 概述數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)

10、現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大擴(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播。而且與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、無機(jī)械傳動(dòng)、無需人的經(jīng)常調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)涉及到模擬電子與數(shù)字電子技術(shù)，其中絕大部分是數(shù)字部分、邏輯門電路、數(shù)字邏輯表達(dá)式、計(jì)算真值表與邏輯函數(shù)間的關(guān)系、編碼器、譯碼器顯示等基本原理。現(xiàn)在主要用各種芯片實(shí)現(xiàn)其功能，更加方便和準(zhǔn)確。Multisim14.0作為一種高效的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)。其強(qiáng)大的虛擬儀器庫和軟件仿真功能，為電路設(shè)計(jì)提供了先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和方法。本課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電子時(shí)

11、鐘的控制電路。該電路用于反映電路的時(shí)間顯示，時(shí)鐘共有六個(gè)顯示屏。當(dāng)電路啟動(dòng)時(shí)，以啟動(dòng)時(shí)間為初始時(shí)間，按正常時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)和報(bào)時(shí)操作。當(dāng)需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)試的時(shí)候需要對(duì)時(shí)分秒三個(gè)部分都進(jìn)行必要的調(diào)時(shí)工作。當(dāng)時(shí)間顯示為整時(shí)（即整點(diǎn)）時(shí)需要進(jìn)行響鈴提示操作。1.1 設(shè)計(jì)思路經(jīng)過以上所述的設(shè)計(jì)容及要求的分析，可以將電路分為以下幾部分： 1.由秒時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器、計(jì)時(shí)電路和校時(shí)電路構(gòu)成電路。2.首先由開關(guān)控制電路，進(jìn)而對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)時(shí)調(diào)分調(diào)秒操作，開關(guān)電路包括：非門，異或門，與非門，電阻，直流穩(wěn)壓電源。分別控制輸出的接通與斷開以便達(dá)到控制各芯片工作的目的。 3其次將開關(guān)電路輸出的信號(hào)輸入到74LS160芯片分別

12、控制顯示時(shí)分秒的逐步遞增。 4通過級(jí)聯(lián)將74LS160芯片擴(kuò)展為24進(jìn)制和十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，秒和分之間，分和時(shí)之間的進(jìn)制為60進(jìn)制。 5.計(jì)時(shí)電路中采用兩個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器分別完成秒計(jì)時(shí)和分計(jì)時(shí)；24進(jìn)制計(jì)數(shù)器完成時(shí)計(jì)時(shí)；采用譯碼器將計(jì)數(shù)器的輸出譯碼后送七段數(shù)碼管顯示。6.校時(shí)電路采用開關(guān)控制時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)為校時(shí)脈沖以完成校時(shí)7.系統(tǒng)應(yīng)具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，因此，應(yīng)有譯碼電路將整點(diǎn)時(shí)間識(shí)別出來，同時(shí)應(yīng)有報(bào)時(shí)電路。8.系統(tǒng)應(yīng)有定時(shí)功能，因此，應(yīng)有定時(shí)輸入電路和時(shí)間比較電路。9.系統(tǒng)應(yīng)具有鬧鐘功能。10. 理論部分用Multisim14軟件進(jìn)行仿真，并且達(dá)到設(shè)計(jì)要求。1.2主要容熟悉Multi

13、sim14.0仿真軟件的應(yīng)用；設(shè)計(jì)一個(gè)具有顯示、校時(shí)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)和定時(shí)功能的數(shù)字時(shí)鐘,.能獨(dú)立完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；用Multisim14.0仿真實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘的功能第2章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘電路，實(shí)現(xiàn)顯示時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、整點(diǎn)報(bào)時(shí)、鬧鈴提醒等功能。2.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)數(shù)字時(shí)鐘需要有六個(gè)顯示屏來顯示時(shí)間，根據(jù)課程設(shè)計(jì)中提出的需求，設(shè)計(jì)出的時(shí)鐘電路應(yīng)當(dāng)滿足如下要求：1.啟動(dòng)時(shí)鐘后，時(shí)鐘可以進(jìn)行正常的時(shí)間按秒增加；2.時(shí)鐘可以正常顯示信息；3.時(shí)鐘的進(jìn)制正常，即秒與分之間，分與時(shí)之間均為六十進(jìn)制，當(dāng)表示小時(shí)的部分為24時(shí)全體清零；4.時(shí)鐘具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，即當(dāng)顯示時(shí)間為整點(diǎn)

14、時(shí)應(yīng)當(dāng)有響鈴提示。5.時(shí)鐘具備鬧鈴功能，當(dāng)時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)應(yīng)當(dāng)有響鈴提示。第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 方案論證根據(jù)課程設(shè)計(jì)中提到的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合本學(xué)期課程容及所學(xué)，本方案設(shè)計(jì)了一個(gè)“數(shù)字電子時(shí)鐘控制電路”。考慮到“數(shù)字電子時(shí)鐘控制電路”作為數(shù)字電子技術(shù)課程的基礎(chǔ)實(shí)踐，遂對(duì)該設(shè)計(jì)進(jìn)行分析后考慮選取片選如下：四位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160，二輸入與非門74LS00,二輸入正與門74LS08，二輸入正或門74LS32，非門74LS04，四輸入與或門74LS20，74LS85以及電阻、開關(guān)、蜂鳴器等。該設(shè)計(jì)方案主要通過74LS160以及該片選的級(jí)聯(lián)構(gòu)成所需要的進(jìn)制計(jì)數(shù)器并通過各型邏輯門芯片向其他位產(chǎn)生進(jìn)

15、位信號(hào)，構(gòu)成數(shù)字時(shí)鐘的基本功能，通過74LS85進(jìn)行比較完成鬧鈴設(shè)定功能。數(shù)字時(shí)鐘電路主要由時(shí)、分、秒三部分組成，秒時(shí)鐘電路主要由秒脈沖信號(hào)發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼管組成，秒計(jì)數(shù)周期60s。同樣分時(shí)鐘電路由計(jì)數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼管組成，計(jì)數(shù)周期為60m，與秒時(shí)鐘電路不同的是脈沖信號(hào)由秒時(shí)鐘電路提供。時(shí)時(shí)鐘電路采用同樣的設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)周期為24h。3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)課程設(shè)計(jì)題目要求，對(duì)該電路控制系統(tǒng)進(jìn)行一系列設(shè)計(jì)，現(xiàn)說明如下。3.2.1 結(jié)構(gòu)框圖及說明圖3.2.1 數(shù)字電子鐘框圖說明：數(shù)字電子鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（例如時(shí)間）一致

16、，故需要在電路上加上一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定，通常使用555定時(shí)器產(chǎn)生脈沖，從而得出數(shù)字電子鐘的功能結(jié)構(gòu)框圖如圖3.2.1所示。3.2.2 系統(tǒng)原理圖及工作原理圖3.2.2.1 數(shù)字電子鐘執(zhí)行原理流程圖根據(jù)各單元電路的設(shè)計(jì)，將555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器、校對(duì)電路、六十進(jìn)制秒、分計(jì)數(shù)器及二十四進(jìn)制時(shí)計(jì)數(shù)器、開關(guān)控制電路、譯碼及顯示電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路和比較器構(gòu)成的鬧鐘電路進(jìn)行整合調(diào)試得到所設(shè)計(jì)的數(shù)字電子鐘控制電路的總原理圖。圖3.2.2.2 課設(shè)總電路圖3.3單元電路設(shè)計(jì)3.3.1數(shù)字時(shí)鐘秒脈沖信號(hào)的設(shè)計(jì)振蕩器可由晶振組成，也可以由555與RC組成的多諧振蕩器。由5

17、55定時(shí)器得到1Hz的脈沖，功能主要是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)和提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)。由555定時(shí)器構(gòu)成的1Hz秒時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器。下面的電路圖產(chǎn)生1Hz的脈沖信號(hào)作為總電路的初輸入時(shí)鐘脈沖。由555定時(shí)器得到1Hz的脈沖，功能主要是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)和提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)。利用555多諧振蕩器，優(yōu)點(diǎn)：555部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。缺點(diǎn)：要精確輸出1Hz脈沖，對(duì)電容和電阻的數(shù)值精度要求很高，所以輸出脈沖既不夠準(zhǔn)確也不夠穩(wěn)定.3.3.2器件分析 74LS160分析在數(shù)字鐘的控制電路中，分和秒的控制都是一樣的，都是由一個(gè)十進(jìn)制

18、計(jì)數(shù)器和一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器串聯(lián)而成的，在電路的設(shè)計(jì)中我采用的是統(tǒng)一的器件74LS160D的反饋置數(shù)法來實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制功能和六進(jìn)制功能，根據(jù)74LS160D的結(jié)構(gòu)把輸出端的0110（十進(jìn)制為6）用一個(gè)與非門74LS00引到CLR端便可置0，這樣就實(shí)現(xiàn)了六進(jìn)制計(jì)數(shù)。由兩片十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS160級(jí)聯(lián)產(chǎn)生，采用的是異步清零法。 74LS160真值表 CLR LOAD ENP ENT CLKA B C DQA QB QC QD 0XXXXX X X X0 0 0 010XXX X X XA B C D1111X X X X 計(jì)數(shù)同樣，在輸出端的1001（十進(jìn)制為9）用一個(gè)與非門74LS00引到Lo

19、ad端便可置0，這樣就實(shí)現(xiàn)了十進(jìn)制計(jì)數(shù)。在分和秒的進(jìn)位時(shí)，用秒計(jì)數(shù)器的Load端接分計(jì)數(shù)器的CLK控制時(shí)鐘脈沖，脈沖在上升沿來時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。時(shí)計(jì)數(shù)器可由兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器串接并通過反饋接成二十四制計(jì)數(shù)器。由計(jì)數(shù)器得到的4位二進(jìn)制碼的必須通過譯碼后轉(zhuǎn)為人們習(xí)慣的數(shù)字顯示。如12：54：30的二進(jìn)制碼為00010010：01010100：00110000。秒信號(hào)經(jīng)秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器之后，分別得到“秒”個(gè)位、十位、“分”個(gè)位、十位以及“時(shí)”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)輸出信號(hào)，然后送至顯示電路，以便實(shí)現(xiàn)用數(shù)字顯示時(shí)、分、秒的要求。“秒”和“分”計(jì)數(shù)器應(yīng)為六十進(jìn)制，而“時(shí)”計(jì)數(shù)器應(yīng)為二十四進(jìn)制。采用1

20、0進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。3.3.3 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)于74LS160計(jì)數(shù)，如圖所示，秒計(jì)數(shù)電路由U1和U2倆部分組成。時(shí)計(jì)數(shù)電路由U3和U4兩部分組成。秒、時(shí)電路都為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，個(gè)位計(jì)數(shù)單元U2為74LS160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)QDQCQBQA變成1010時(shí)，清零端置0，計(jì)數(shù)器的輸出被置零，又從0000開始，如此重復(fù)。十位計(jì)數(shù)單元U1為6進(jìn)制，當(dāng)QDQCQBQA變成0110時(shí)，通過與非門把它的清零端置0，計(jì)數(shù)器的輸出被置零，跳過0110到1001的狀態(tài)，又從0000開始，如此就是60進(jìn)制。 用1HZ的脈沖控制U1的計(jì)數(shù)，用U1的進(jìn)位端QCC取非門控制

21、U2的計(jì)數(shù)，保證U1的QDQCQBQA從1001跳變到0000時(shí)，提供給U2一個(gè)上升沿脈沖，實(shí)現(xiàn)U2的六進(jìn)制計(jì)數(shù)。圖3.3.3.1六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)計(jì)時(shí)電路與分、秒計(jì)時(shí)電路相比，首先就是觸發(fā)信號(hào)來源于分計(jì)時(shí)電路的進(jìn)位，其計(jì)時(shí)圍為0-23。故在前面的基礎(chǔ)上只需修改及時(shí)圍即可。如圖所示，時(shí)計(jì)數(shù)電路由U3和U4倆部分組成。當(dāng)時(shí)個(gè)位U4計(jì)數(shù)為4，U3計(jì)數(shù)為2時(shí)，兩片74LS160復(fù)零,從而構(gòu)成24進(jìn)制計(jì)數(shù)。圖3.3.3.2 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器3.3.4 計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)秒、分計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)秒、分計(jì)時(shí)電路計(jì)數(shù)周期為60s，觸發(fā)信號(hào)由秒脈沖信號(hào)發(fā)生器提供，當(dāng)計(jì)數(shù)值為59時(shí)，下一次觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí)，向

22、前進(jìn)位并對(duì)計(jì)數(shù)值清零同時(shí)開始進(jìn)入下一個(gè)計(jì)數(shù)周期。使用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成秒、分計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)。同時(shí)用秒計(jì)時(shí)電路進(jìn)位端向分計(jì)時(shí)電路輸入進(jìn)位脈沖，組成一個(gè)60×60=3600的秒、分計(jì)時(shí)電路。圖3.3.4.1 秒、分計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)在數(shù)字電子時(shí)鐘中，時(shí)計(jì)時(shí)時(shí)鐘周期都為24h，當(dāng)觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)1，累計(jì)到23后，下一秒開始清零并向前進(jìn)位，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到23時(shí)，下一個(gè)觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí)，計(jì)數(shù)器清零同時(shí)開始進(jìn)入下一個(gè)計(jì)數(shù)周期。時(shí)計(jì)時(shí)電路電路設(shè)計(jì)原理圖如下圖3.3.4.2 時(shí)計(jì)時(shí)電路3.3.5 數(shù)字時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)的組成利用上面的六十進(jìn)制和二十四進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器子電路構(gòu)成的數(shù)

23、字鐘系統(tǒng)如圖所示圖3.3.5 數(shù)字鐘電路系統(tǒng)以上電路可完成計(jì)時(shí)周期為24h，可以準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，具有“時(shí)”（00-23）“分”（00-59）“秒”（00-59）數(shù)字顯示。3.3.6 校時(shí)電路數(shù)字鐘應(yīng)具有秒校正、分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)嗝雮€(gè)位、分個(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中。校正信號(hào)可直接取自信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)；輸出端則與分或時(shí)個(gè)位計(jì)時(shí)輸入端相連。開關(guān)采用PB-NO系列代替校正按鈕，當(dāng)其處于斷開狀態(tài)時(shí)，正常輸入信號(hào)可以順利通過，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)；按下開關(guān)時(shí)，信號(hào)通過，校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。校時(shí)電路采用開關(guān)控制時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器的時(shí)

24、鐘信號(hào)為校時(shí)脈沖以完成校時(shí)。如圖，當(dāng)開關(guān)A,B C斷開時(shí)，電路進(jìn)行正常的計(jì)時(shí)工作；按下A、B、C，就也可以手動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)、分和秒時(shí)間，每次按下開關(guān)一次，只改變一個(gè)數(shù)。其中A是校時(shí)開關(guān),B是較分開關(guān)，C是校秒開關(guān)，按下時(shí)，將秒計(jì)時(shí)器直接置0。考慮到開關(guān)電路中到59秒及開始向前進(jìn)位，故添加反向器，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)校時(shí)電路圖3.3.6.1 校時(shí)電路將開關(guān)校時(shí)加入到時(shí)鐘電路中，時(shí)鐘出現(xiàn)誤差時(shí)，需校準(zhǔn)。當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間。校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能。對(duì)校時(shí)電路的要，在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。校時(shí)方式有快校時(shí)和慢校時(shí)兩種，快校時(shí)是，通過

25、開關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器對(duì)1Hz的校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。慢校時(shí)是用手動(dòng)產(chǎn)生單脈沖作校時(shí)脈沖下圖所示為校時(shí)電路、校分電路和校秒電路。其中A是校時(shí)用的開關(guān)，B是校分用的控制開關(guān)，C為校秒用的控制開關(guān)，它們的控制功能下表所示。校時(shí)脈沖采用分頻器輸出的1Hz脈沖，當(dāng)或AB分別為0時(shí)可進(jìn)行快校時(shí)。如果校時(shí)脈沖由單脈沖產(chǎn)生器提供，則可以進(jìn)行慢校時(shí)。Multisim14.0仿真軟件校時(shí)的具體設(shè)計(jì)方法是：用一個(gè)PB-NO開關(guān)切換計(jì)數(shù)功能與校時(shí)功能，另一端接計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端，開關(guān)按下連接函數(shù)發(fā)生器這一端便可以校時(shí)，置于計(jì)數(shù)器的進(jìn)位端便是計(jì)時(shí)。不校正時(shí)間時(shí)開關(guān)都處于彈開狀態(tài)。圖3.3.6.2 開關(guān)校時(shí)電路3.3.7 整點(diǎn)報(bào)時(shí)

26、電路應(yīng)在整點(diǎn)前10 秒鐘開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59 分50 秒到59 分59 秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào)。當(dāng)時(shí)間在59 分50 秒到59 分59 秒期間時(shí)，分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為5、9 和5，因此可將分計(jì)數(shù)器十位的Qc 和Qa 、個(gè)位的Qd 和Qa及秒計(jì)數(shù)器十位的Qc 和Qa 相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)。報(bào)時(shí)電路可選74LS00、20、32、04、10組合來構(gòu)成。整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能要求時(shí)，每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快到整點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲響。由原理可知當(dāng)分鐘計(jì)數(shù)到一個(gè)周期向前進(jìn)位時(shí)，蜂鳴器開始工作。圖3.3.7 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路3.3.8 鬧鐘電路利用上邊的二十四進(jìn)制和六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器作為信息的比

27、較源之一，另外利用四片數(shù)值比較器74LS85對(duì)小時(shí)的個(gè)位和十位以及分鐘的個(gè)位和十位進(jìn)行比較，如果與設(shè)定的時(shí)間一樣，則產(chǎn)生輸出信號(hào)，利用7440和7404組成的電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的鳴叫，鳴叫的時(shí)間是一分鐘，從*：*：00到*：*：59。假設(shè)：要求上午7時(shí)59分發(fā)出鬧時(shí)信號(hào)，持續(xù)時(shí)間為1分鐘。7分59分對(duì)應(yīng)數(shù)字鐘的時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（Q3Q2Q1Q0）HI=0111，分十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（Q3Q2Q1Q0）M2=0101, 分個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（Q3Q2Q1Q0）M1=1001。若將上述計(jì)數(shù)器輸出為“1”的所有輸出端經(jīng)過與門電路去控制音響電路，可以使音響電路正好在7點(diǎn)59分響，持續(xù)1分鐘后（8點(diǎn)）停

28、響。所以鬧時(shí)控制信號(hào)z的表達(dá)式為Z=(Q2Q1Q0)HI*(Q2Q0)M2*(Q3Q0)M1*M,其中M為上午的信號(hào)輸出，要求M=1。用與非門實(shí)現(xiàn)可將Z進(jìn)行變換，即Z=其邏輯電路如圖，74LS20為4輸入二與非門，74LS03為集成電路開路（OC門）的2輸入四與非門，因OC門的輸出端可以進(jìn)行“線與”，使用時(shí)在它們的輸出端與電源+5V端之間應(yīng)接一電阻RL=3.3。由圖可知在上午7點(diǎn)59分時(shí)，音響電路的晶體管導(dǎo)通，則揚(yáng)聲器發(fā)出1KHz的聲音。持續(xù)1分鐘到8點(diǎn)整，晶體管因輸入端為0而截止，電路停鬧。指定的時(shí)刻發(fā)出信號(hào)，或驅(qū)動(dòng)音響電路“鬧時(shí)”；或?qū)δ逞b置的電源進(jìn)行接通或斷開“控制”。不管時(shí)鬧時(shí)還是控制

29、，都要求時(shí)間準(zhǔn)確，即信號(hào)的開始時(shí)刻與持續(xù)時(shí)間必須滿足規(guī)定的要求。圖3.3.8.2 鬧鐘控制電路采用開關(guān)的形式控制74LS85的定時(shí)輸入與時(shí)鐘時(shí)間比較，當(dāng)比較數(shù)值一致時(shí)產(chǎn)生輸出信號(hào)1，蜂鳴器工作，工作時(shí)長為1分鐘。如圖所示，采用開關(guān)控制方便用戶對(duì)鬧鐘時(shí)間的設(shè)定圖3.3.8.1 鬧鐘設(shè)定控制電路第4章 仿真調(diào)試基于Multisim14的數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基本的時(shí)鐘以及對(duì)時(shí)鐘的校準(zhǔn)、定時(shí)鬧鐘，整點(diǎn)報(bào)時(shí)，各個(gè)子電路的設(shè)計(jì)如第三部分子電路設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)電路一樣，將各個(gè)部分連接在一起的整機(jī)連調(diào)的電路圖在multisim14.0平臺(tái)上進(jìn)行仿真。Multisim14.0是一個(gè)電路原理設(shè)計(jì)、電路功能測試的虛擬仿

30、真軟件，其元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，同時(shí)也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫。有超強(qiáng)板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。Multisim14.0軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真分析的基本步驟為:設(shè)計(jì)創(chuàng)建仿真電路、原理圖電路圖、選項(xiàng)的設(shè)置、使用仿真儀器、設(shè)定仿真分析方法，啟動(dòng)Multisim14.0仿真。仿真分析開始前可雙擊儀器圖標(biāo)打開儀器面板。準(zhǔn)備觀察被測試波形。按下程序窗口右上角的啟動(dòng)停止開關(guān)狀態(tài)為1，仿真分析開始。若再次按下，啟動(dòng)停止升關(guān)狀態(tài)為0，仿真分析停止。電路啟動(dòng)后，需要調(diào)整示波器的時(shí)基和通道控制，使波形顯示正常。

31、在Multisim14.0軟件中，根據(jù)數(shù)字鐘的總電路圖，設(shè)置函數(shù)發(fā)生器的頻率為1Hz，把A開關(guān)和B開關(guān)都接到與非門的那端，再運(yùn)行就可以讓數(shù)字鐘自行計(jì)數(shù)了。如果運(yùn)行的太慢可以適當(dāng)調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器的頻率。如果把A開關(guān)接到函數(shù)發(fā)生器上，就是對(duì)小時(shí)進(jìn)行校正，如果把B開關(guān)接到函數(shù)發(fā)生器上那就是對(duì)分進(jìn)行校正。小時(shí)的計(jì)數(shù)是從01到12，不是從00到11，但在校正小時(shí)位時(shí)初始狀態(tài)仍為00。振蕩器的仿真可以直接運(yùn)行，然后用示波器觀察現(xiàn)象便可。直流穩(wěn)壓電源的仿真中可以看到用萬用表測量出關(guān)鍵點(diǎn)的電壓5.123V。用示波器A通道和B通道分別顯示整流濾波后電壓UI的波形和穩(wěn)壓輸出電壓UO的波形，從示波器顯示窗口可以看出：

32、上面一條鋸齒波曲線為UI波形，下面一條線為UO波形。如果以上設(shè)計(jì)的電路通過模擬仿真分析，不符合設(shè)計(jì)要求，可通過逐漸改變元器件參數(shù)，或更改元器件型號(hào)，使設(shè)計(jì)符合要求，最終確定出元器件參數(shù)。并可對(duì)更改的電路立即進(jìn)行仿真分析，觀察虛擬結(jié)果是否滿足設(shè)計(jì)要求。4.1時(shí)鐘顯示4.1.1 時(shí)鐘顯示完整的00:00:004.1.2 時(shí)鐘完整顯示01:00:004.1.3 時(shí)鐘完整顯示23:59:594.1.4 仿真開關(guān)校準(zhǔn)“秒”電路4.1.5 仿真開關(guān)校準(zhǔn)“分”電路4.1.6 仿真開關(guān)校準(zhǔn)“時(shí)”電路4.2 整點(diǎn)報(bào)時(shí)4.2.107:59:5007:59:59報(bào)時(shí)當(dāng)時(shí)鐘跳變到07:59:50時(shí)，整點(diǎn)報(bào)時(shí)控制電路蜂

33、鳴器接通，整個(gè)過程持續(xù)10秒，至07:59:59時(shí)停止。圖4.1.1.1 報(bào)時(shí)開始圖4.1.1.2 報(bào)時(shí)結(jié)束4.3 鬧鐘電路4.3.17:59:00鬧鐘設(shè)定當(dāng)時(shí)鐘跳變到7:59:00時(shí)，鬧鐘控制電路蜂鳴器接通，模擬鬧鐘響鈴，整個(gè)過程持續(xù)1分鐘，至8:00:00時(shí)停止。4.3.3.1 鬧鐘開始4.3.3.2 鬧鐘結(jié)束第5章 結(jié)論本次數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)選作了數(shù)字電子時(shí)鐘的控制電路設(shè)計(jì)，課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘電路，實(shí)現(xiàn)顯示時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、整點(diǎn)報(bào)時(shí)、鬧鈴提醒等功能。設(shè)計(jì)過程中采用在電腦的電路模擬軟件上設(shè)計(jì)電路圖，并在電腦上調(diào)試出正確結(jié)果，進(jìn)行記錄并在最后將自己的實(shí)驗(yàn)做成報(bào)告上交的形式開展。根據(jù)這次

34、要求的各項(xiàng)任務(wù)指標(biāo)，啟動(dòng)時(shí)鐘后，時(shí)鐘可以進(jìn)行正常的時(shí)間按秒增加時(shí)鐘可以正常顯示信息，時(shí)鐘的進(jìn)制正常，秒與分之間，分與時(shí)之間均為六十進(jìn)制，當(dāng)表示小時(shí)的部分為24時(shí)全體清零，具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，顯示時(shí)間為整點(diǎn)時(shí)應(yīng)當(dāng)有響鈴提示，具備鬧鈴功能，當(dāng)時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)應(yīng)當(dāng)有響鈴提示。在仿真實(shí)驗(yàn)中，通過對(duì)74LS160為主的一系列芯片進(jìn)行級(jí)聯(lián)與組合，設(shè)計(jì)得到的電路在軟件上仿真模擬完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。控制電路的仿真和性能測試是在Multisim 14軟件上進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常正確和明顯。 對(duì)強(qiáng)化學(xué)生的數(shù)字電子技術(shù)的知識(shí)水平，提高學(xué)生的自主思考自主設(shè)計(jì)自主實(shí)踐能力，以及讓學(xué)生提升對(duì)報(bào)告規(guī)性的認(rèn)識(shí)很有幫助。由震蕩器

35、、秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器、顯示數(shù)碼管設(shè)計(jì)了數(shù)字時(shí)鐘電路，經(jīng)過仿真得出較理想的結(jié)果，說明電路圖及思路是正確的，可以實(shí)現(xiàn)所要求的基本功能：計(jì)時(shí)、顯示精確到秒、時(shí)分秒校時(shí)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)和鬧鐘的功能。調(diào)試時(shí)有的器件在理論上可行，但在實(shí)際運(yùn)行中就無法看到效果，所以得換不少器件，有時(shí)無法找出錯(cuò)誤便更換器件重新接線以使電路正常運(yùn)行。Multisim14.0軟件有時(shí)會(huì)出問題，在理論上可行的電路在調(diào)試中未必能顯示出來，這就需要耐心、仔細(xì)地分析和解決問題，不斷地嘗試才能得出正確的答案。第6章 利用Multisim14.0仿真軟件設(shè)計(jì)體會(huì)通過對(duì)軟件Multisim14.0的學(xué)習(xí)和使用，進(jìn)一步加深了對(duì)數(shù)字電路的認(rèn)識(shí)

36、。在仿真過程中遇到許多困難，但通過自己的努力和同學(xué)的幫助都一一克服了。首先，連接電路圖過程中，數(shù)碼管不能顯示，后經(jīng)圖形放大后才發(fā)現(xiàn)是電路斷路了。其次，布局的時(shí)候因元件比較多，整體布局比較困難，因子電路不如原電路直觀，最后在不斷努力下，終于不用子電路布好整個(gè)電路。調(diào)試時(shí)有的器件在理論上可行，但在實(shí)際運(yùn)行中就無法看到效果，所以得換不少器件，有時(shí)無法找出錯(cuò)誤便更換器件重新接線以使電路正常運(yùn)行。在整個(gè)設(shè)計(jì)中，74LS160的接線比較困難，反復(fù)修改了多次，在認(rèn)真學(xué)習(xí)其用法后采用歸零法和置數(shù)法設(shè)計(jì)出60進(jìn)制和24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。同時(shí)，在最后仿真時(shí)，預(yù)置的頻率一開始用的是1hz，結(jié)果仿真結(jié)果反應(yīng)很慢，后把頻率加大，這才在短時(shí)間就能看到全部結(jié)果。總之，通過這次對(duì)數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與仿真，為以后的電路設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)，一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，將成為寶貴的學(xué)習(xí)財(cái)富。參考文獻(xiàn)1、 Multisim的用戶手冊2.景宏，馬學(xué)文電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程，：東北大學(xué).2002